高速先生成員--王輝東

上期文章SI大（dà）神黃剛寫一篇在於背鑽STUB的文章《仿真結果天下（xià）無敵，板廠加工讓你一敗塗地（dì）》，十分火爆，講了香蕉视频污视频PCB新工廠做（zuò）出來的背鑽stub的效果特別好(2MIL左右)，一（yī）次就過了測試。

那麽究竟這麽短的STUB工廠是怎麽加工出來的的呢，我們今（jīn）天就（jiù）深入（rù）鑽孔車間，從最基本的的原理和操（cāo）作，來為大家揭謎。

背（bèi）鑽的作用是什麽

背鑽的核心作用（yòng）：解（jiě）決 Stub 對信號的負麵影響

從上圖中（zhōng）我們可以看出，Stub 看似是 “無（wú）用的銅柱（zhù）”，但在高（gāo）速信（xìn）號傳輸場景中，會（huì）成為嚴重（chóng）的（de）信號幹擾源，具體影響如（rú）下：

1. 導致（zhì）信號反射與損耗

• 高速（sù）信號（hào）（如 10Gbps 以上的以太網、DDR 信號）在傳輸時，Stub 相當於一段 “終端未匹配（pèi）的（de）傳輸線”。當信號到（dào）達 Stub 的末端時（shí），會因（yīn）阻（zǔ）抗（kàng）不連續（Stub 的特（tè）性阻抗與主（zhǔ）傳輸線（xiàn）不（bú）一致）發生信號反射，導致信（xìn）號波形（xíng）失真（如過衝、振蕩）。
• 反射信號與原始信（xìn）號疊加後，會降低信（xìn）號的信噪比（SNR），可（kě）能引發數據傳輸錯誤（如誤碼率上升）。

2. 增加信號延遲與串擾

• Stub 本身具有寄生電感和電容（róng），會（huì）改變信號的傳輸延遲（Time Delay），尤其在高頻場景下，延遲可能超（chāo）出時序要求（qiú）（如高速芯片的 Setup/Hold 時（shí）間窗口（kǒu））。
• 相鄰 Stub 之間（jiān）會通過電磁耦合產生串（chuàn）擾（Crosstalk），即一個信號的（de）能量幹（gàn）擾到相（xiàng）鄰信號，進一步惡化信號質量。

3. 影響 PCB 的散熱與可靠性（xìng）

• 多餘的 Stub 會增加 PCB 的銅層麵積，在高（gāo）密度板（bǎn）中可能導致局部散熱不暢（尤其大功率器件附近）。
• 若 Stub 長期（qī）處於高頻信號環境中，可能因焦耳熱積累導致銅層疲（pí）勞，降低 PCB 的長期可靠性。

為分析背鑽（zuàn）stub所（suǒ）帶來信號的影響，我們的黃老師（shī）做了下麵（miàn）的仿真分析，采用保留stub長度分別為，8、10、12、14、16mil,  進行（háng）研究。

分析結論：

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

分（fèn）析結論：

 1.短孔和長孔比較（jiào）可知，長孔增加（jiā）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（le）信號的衰減，因此盡量在頂（dǐng）  層走線（xiàn）換層，如（rú）果中間層換層（céng）去掉stub最好。

背鑽的加工流程

那麽PCB背（bèi）鑽是用普通鑽（zuàn）機加（jiā）工的呢，還是有其它的神器，我們這一期來講一講，背鑽的加工神器，CCD鑽機。

有很多（duō）工廠還是用普通鑽機（jī）去加工背鑽，結果XY方向有很（hěn）大的偏移，如下圖所示;

孔偏導致孔銅鑽一半，看似工廠做（zuò）了（le）很多東西，又感覺什（shí）麽也沒有做， 信號質量就更不用說了。

PCB CCD 鑽機的（de）核心原理- “視覺定（dìng）位引導機械運動”

CCD 鑽機是印製（zhì）電路板（PCB）製造中用於高精度（dù）鑽孔（kǒng）的關（guān）鍵設（shè）備，其核心優勢（shì）在於（yú）通過CCD 視覺定位技術實現鑽孔位置的（de）精準控製，滿足現代 PCB 對微小孔徑、高密度孔位的精度要求（通常定位（wèi）精度可達 ±5μm 以內）。通過 CCD 視覺係統實時識別 PCB 的位置偏差，再（zài）由控製（zhì）係統驅動機械結構動態補償，最終實現微米級精度的鑽孔。這一技術解決了傳統機械定位（依賴工裝夾具，易受 PCB 變形、上料誤差影響）的精度瓶頸，是現代高（gāo）密度 PCB製造的必備設備。

二（èr）、工作（zuò）原理（核心流程）

PCB CCD 鑽機的工作過程可概（gài）括為 “上料（liào）→視覺定位→偏差補償→鑽孔→下料” 的閉環流程，其中CCD 視覺定位（wèi）與（yǔ）實時補（bǔ）償是區別於（yú）傳統機械定位鑽機的核心。

1. PCB 上料與固定

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

CCD鑽機使用用大理（lǐ）石底座，有如下幾點（diǎn）優點：

1.       9 噸質量實現減震

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

3.       無需特（tè）殊的地（dì）麵基礎
機床置於特殊設計的（de）減震元件上。

分析結論：

 1.短孔和長孔比較可知，長（zhǎng）孔增加了電感效應，增加了（le）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（yīn）此盡量在頂  層走線換層，如果中間層換層去掉stub最好。

• 圖像采集：CCD 相機（通常為工業麵（miàn）陣相機，分辨率 1200 萬像（xiàng）素以上）通過光學（xué）鏡頭（焦距根據 Mark 點大小匹配（pèi））對 PCB 表麵拍照，同時配合同（tóng）軸光源（避免反光幹擾）照亮 Mark 點，確保圖像清晰。
• 圖像處理（lǐ）與偏差計算：圖像處理器對采集的圖像進行預處理（灰度（dù）化、降噪、邊緣檢測），提取 Mark 點的實際坐標（像素（sù）位置）；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（yǔ）理論位置的（de）偏差（chà）值（ΔX、ΔY、Δθ，θ 為旋轉（zhuǎn）偏差（chà））。
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3. 實時偏差補償

• 控製係統接收視覺係統輸出的偏差值（ΔX、ΔY、Δθ），通過運動學模（mó）型（xíng）換算為工（gōng）作台（X/Y 軸）的調整量。
• 驅動係統（伺服電機 + 滾珠絲杠）實時驅動（dòng）工作台運（yùn）動，補償偏差（例如：若 Mark 點實際偏右 0.01mm，工作台則向（xiàng）左移動 0.01mm），確保鑽孔位置（zhì）與設（shè）計坐標一致。

4. 高精度鑽孔（kǒng）

• 定位補償完成後，主軸（Z 軸）帶動鑽頭（高速鋼（gāng）、硬質合金或金剛石（shí）材質）高速旋（xuán）轉（zhuǎn）（轉速通常 10,000-150,000rpm），根據設定的鑽孔參數（孔徑（jìng）、深度）向下進給，完成單個孔的加（jiā）工。
• 單孔加工後，工作台根據下一個孔（kǒng）的坐標（biāo）自動移動，重複 “視覺二次定位（若板內孔位密集，需多次補正）→補償→鑽（zuàn）孔” 流程，直至完成所有孔位加工。

5. 下料與檢測

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

核心技術：CCD 視（shì）覺定位的關鍵邏輯

CCD 視覺（jiào）係統（tǒng）是實現高精度的核心，其定位邏輯可拆解為 3 步：

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

工廠通常在發EQ時，總（zǒng）是建議要用更大的背鑽頭，背鑽（zuàn）孔到線的距離太近等問題（tí），我們要問下你所在的加工廠有沒有（yǒu）用CCD鑽機。

有的工廠背鑽名頭選（xuǎn）用D+8mil甚（shèn）至更大，還有偏移。

背鑽孔到線的原稿間距在（zài）12mil以上，還要改設計。

這（zhè）一期先（xiān）講CCD鑽機的原理，如何精準的控製XY方向（xiàng）的偏移，下一期（qī）我們講如何精準的控製Z方向的深度，大家如果感興趣，可以砸單來鼓勵。