高速先生成員--王輝東

上期文章SI大神黃（huáng）剛寫一篇在於背鑽STUB的文章《仿真結果天下無敵，板廠加工讓你一敗塗地》，十分火爆（bào），講了香蕉视频污视频PCB新工（gōng）廠做出來的背鑽（zuàn）stub的效果特別好(2MIL左（zuǒ）右（yòu）)，一次就過（guò）了測試。

那麽究竟這麽短的STUB工廠是怎麽加工出來（lái）的的呢，我們今天就深入鑽孔車間，從最基本的的原理和操作，來為大家揭謎。

背鑽的作用是什麽

背鑽的（de）核心作用：解（jiě）決 Stub 對信號的負麵影響

從（cóng）上圖中我們可以（yǐ）看出，Stub 看似是 “無用（yòng）的（de）銅柱（zhù）”，但在高（gāo）速信號傳輸場景中，會成為嚴重的信號幹擾源，具體影響（xiǎng）如下：

1. 導致信號反射與損耗

• 高速信號（如 10Gbps 以上的以太網、DDR 信（xìn）號）在傳輸時，Stub 相當於一段 “終端未匹（pǐ）配的傳輸線”。當信號到達 Stub 的（de）末端時（shí），會因阻抗不連續（Stub 的特性阻抗與主傳輸線不一致）發生信號（hào）反射，導致信號波形失（shī）真（如過（guò）衝、振蕩）。
• 反射信號（hào）與（yǔ）原始信號疊加後，會（huì）降低信號的信噪比（SNR），可能引發（fā）數據傳輸錯誤（如誤碼率上升）。

2. 增加信號延遲與串擾

• Stub 本身具有（yǒu）寄生電感和電（diàn）容，會改（gǎi）變信號的傳輸延遲（Time Delay），尤其在高頻場景（jǐng）下，延遲（chí）可能超出時序要求（如高速芯片的 Setup/Hold 時間窗口）。
• 相鄰 Stub 之間會通過電磁耦合產生串擾（Crosstalk），即一個信號的能量幹擾到相鄰信號，進一步惡化信號質量（liàng）。

3. 影響 PCB 的散熱與可靠性

• 多餘的 Stub 會增（zēng）加（jiā） PCB 的銅層麵積，在（zài）高密（mì）度板中可（kě）能導致局部（bù）散熱不暢（尤（yóu）其大功率器件附近）。
• 若 Stub 長期處於高頻信號環境中，可能（néng）因焦（jiāo）耳熱積累導致銅層疲勞，降低 PCB 的長期可靠性（xìng）。

為分析（xī）背（bèi）鑽stub所帶來信號的影響，我們的黃老（lǎo）師做了下麵的仿真分（fèn）析，采用保留stub長度分別為（wéi），8、10、12、14、16mil,  進行研究。

分析結論：

 1.短孔和長孔比較可知，長孔增加了電感效（xiào）應，增加了信號的衰減，因此PCB采用薄的介質好些。

分析結論：

 1.短孔和（hé）長孔比較可知，長孔增加了（le）電感效應，增加了信號的衰減，因此（cǐ）PCB采用薄（báo）的介質好（hǎo）些。

2. 有無stub比較可知，stub增加了電容效（xiào）應，增加了信號的衰減，因此盡量在頂  層（céng）走線換層，如果中間層換（huàn）層去掉stub最好。

背鑽的加（jiā）工流程

那麽PCB背（bèi）鑽是用普通鑽機加工的（de）呢，還是有其它的神器，我們這（zhè）一（yī）期來講一講（jiǎng），背鑽的加工神器，CCD鑽機。

有很多工廠還是用普通（tōng）鑽機去加工背（bèi）鑽，結果（guǒ）XY方向有很大（dà）的偏移，如下圖所示;

孔偏導致孔（kǒng）銅鑽一半，看似工廠做了很多東西，又感覺什麽（me）也沒有（yǒu）做， 信號質量就更不用說了。

PCB CCD 鑽機的核心原理- “視（shì）覺定位引導機械運動（dòng）”

CCD 鑽機是印製電（diàn）路板（PCB）製（zhì）造中用於高精度鑽孔的關鍵設備，其核心優勢在於通過CCD 視覺定位技術實現鑽孔位置的精準（zhǔn）控製，滿足（zú）現代 PCB 對微小孔徑、高密度孔位的精（jīng）度要求（通常定位精（jīng）度可達 ±5μm 以內）。通過 CCD 視（shì）覺係統實時識（shí）別 PCB 的位置偏差（chà），再由控製係統驅（qū）動機械結（jié）構（gòu）動態補償，最終實現微（wēi）米級精度的鑽孔。這一技術解決了（le）傳統（tǒng）機械定位（依賴工裝夾具（jù），易受 PCB 變形、上料誤差影響）的（de）精度瓶頸，是現代高密（mì）度 PCB製造的必備設備。

二、工作原理（核（hé）心流程）

PCB CCD 鑽機（jī）的工作過程可概括為 “上料→視覺定位→偏差補償→鑽孔→下料” 的閉環流（liú）程，其中CCD 視覺定位與實時補償是區別於傳統（tǒng）機械定位鑽機的核心。

1. PCB 上料（liào）與固（gù）定（dìng）

• 待加工 PCB送至工作台，通過真空吸附或機械夾具固定，避免鑽孔時因振動導致的位移。
• 工作台通常為大理石材質（低膨脹係數），保證運動時的穩定性（減少溫度 / 振動對精度的影響）。

CCD鑽機使用用大理石底座，有如下幾點優（yōu）點：

1.       9 噸質量實現減震

2.       花崗岩熱膨脹係數為 6μm/m°C， 通過大理石低熱膨（péng）脹係數實現溫度穩定性。

3.       無需特殊的地麵（miàn）基礎
機床（chuáng）置於特殊設計的減震元件（jiàn）上。

分析結論：

 1.短（duǎn）孔和長（zhǎng）孔比較（jiào）可知，長（zhǎng）孔增加了電感效應，增加了信號的衰減，因此PCB采用薄的介質好些。

2. 有無stub比較可知，stub增加了電容效應，增加了信號的衰減，因此盡量在頂  層走線換層，如果中間層換層去掉stub最好。

• 圖（tú）像采集：CCD 相機（通常（cháng）為工業麵陣相機，分辨率 1200 萬像（xiàng）素以上）通過光學鏡頭（焦距根（gēn）據 Mark 點大小匹（pǐ）配）對 PCB 表麵拍照，同時配合同軸光源（避免反光幹擾）照亮 Mark 點，確保圖像清晰（xī）。
• 圖像處理與偏（piān）差計算（suàn）：圖（tú）像處理（lǐ）器對采集（jí）的圖像（xiàng）進（jìn）行預處理（灰度化、降噪（zào）、邊緣檢測），提取 Mark 點的實際坐標（像素位（wèi）置）；再結合 PCB 設計文件中的理論坐標（CAD 數據），計算出實際位置與理論位置的偏差值（ΔX、ΔY、Δθ，θ 為旋轉偏差）。
•  

3. 實時偏差補償

• 控製係統接收視覺係統輸（shū）出的偏差值（ΔX、ΔY、Δθ），通過運動學模型換算為工作（zuò）台（X/Y 軸）的調整量。
• 驅動（dòng）係統（tǒng）（伺服電（diàn）機 + 滾（gǔn）珠絲杠）實時（shí）驅動工作台運動，補償偏差（例如：若 Mark 點實際偏（piān）右 0.01mm，工作台則向左移動 0.01mm），確保鑽孔位置（zhì）與設計坐標（biāo）一致。

4. 高精度（dù）鑽孔

• 定位補（bǔ）償完成後，主軸（zhóu）（Z 軸）帶動鑽頭（高（gāo）速鋼（gāng）、硬質合金或金剛石材（cái）質）高速旋轉（轉速通常 10,000-150,000rpm），根據設定的鑽孔參數（孔徑、深度）向下進給，完成單個孔（kǒng）的加（jiā）工。
• 單孔加工後，工作台根據下一個（gè）孔的坐標自動移動，重（chóng）複 “視覺二（èr）次定位（若板內孔位（wèi）密集，需多次（cì）補正）→補（bǔ）償→鑽孔” 流程，直（zhí）至完成所有孔位加工。

5. 下料（liào）與檢測

• 鑽孔完成後，工作台將 PCB 送至下料區，同（tóng）時設備可聯動 AOI（自動光學檢測）係統，對孔位精度、孔徑尺寸進行抽（chōu）檢，確保符合（hé）工藝要求。

核心技術：CCD 視覺定位的關鍵邏輯

CCD 視（shì）覺係統是（shì）實現高精度的核心，其定（dìng）位邏輯可（kě）拆解為 3 步：

1. 圖像特征提取
   Mark 點（diǎn）設計為高對比（bǐ）度（dù）圖案（如銅層與（yǔ）基材的顏色差異），圖（tú）像處理器通過 “邊緣輪廓提（tí）取” 算法（如 Canny 算子）識別（bié） Mark 點的幾何中心（像素級精度（dù）），轉化為物理坐標（通（tōng）過 “像素 - 毫米” 標定係數（shù）換算）。
2. 多 Mark 點聯合校準
   單塊（kuài） PCB 通常設（shè）置 2-4 個 Mark 點（分布在板的不同位置（zhì）），通過多個點的偏差計算，可同時補償平移偏差（ΔX、ΔY）、旋轉偏差（Δθ）和縮（suō）放偏（piān）差（因 PCB 熱脹冷縮導致的比例誤差），進一步提升定（dìng）位精（jīng）度。
3. 動態定位與運動同步
   為避免工作台運動導致的 “拍照位置與實（shí）際鑽孔位置偏差”，係統采用 “飛拍技術（shù）”：CCD 相機（jī）在工作台（tái）高速移（yí）動時同步拍（pāi）照（曝光時間≤1ms），通過圖像匹配（pèi）算法消除運動模糊，確保定位與運動（dòng）的實時性（響應延（yán）遲≤10ms）。

工廠通常在發EQ時，總是建議要用更大的背鑽頭，背鑽孔到線的距離（lí）太近等問題，我們（men）要問（wèn）下你所在的加工廠有沒有用CCD鑽機。

有的工廠背鑽名頭選用D+8mil甚至更大（dà），還有偏移。

背鑽孔到線的（de）原稿間距在12mil以上，還要（yào）改設計。

這一期先講CCD鑽機的原理，如何精準的（de）控製XY方向的偏（piān）移，下一期我們講如何精準的控製Z方向的深度，大家如果感（gǎn）興趣，可以砸單來鼓勵。