高速先生成員（yuán）-- 黃剛

這不馬上就要過年了嘛，高速先生就不打算給大家上難度了（le），整一篇簡單但很實用的文（wén）章給大夥瞧瞧好了。相信這（zhè）個標題一出來，尤其（qí）對於PCB設計工程師（shī）來說，心就立馬涼了半截。他們辛辛苦苦進（jìn）行PCB的過孔設計，高（gāo）速先生居然說設（shè）計多大的過孔（kǒng）他們不關心！另外估計這時候就跳出很多“挑刺”的粉（fěn）絲了哈（hā），因為翻看很多（duō）以往的文章，高速先生都表達了過孔孔徑對高（gāo）速性能的影（yǐng）響是很大的哦！咋滴（dī），今天居然說孔徑不關心了？別，別急哈，聽高速先生在這篇文章中娓娓道來。首先還是要對各（gè）位設計工程師的設計表示（shì）肯定，畢竟（jìng）像我們公司有非常非常多資深（shēn）的設計（jì）工程師，在現（xiàn）在行（háng）業內動（dòng）不（bú）動就二三十層的（de）高（gāo）速項目板盛行的年代，我們工程師每塊（kuài）都完成的非常出色。正如上篇文章《鏈接文章不是！讓高速先（xiān）生給個過孔優化方（fāng）案咋就那麽難嗎？》所言，過孔的很多參數都影響了高速的性能（néng）。但（dàn）是隻要是多層板就肯定會有過孔嘛，說明工程師們對於高速過孔的設計還是非常（cháng）的（de）到位的，必須要先點個讚！

 

 

設計孔徑、完成（chéng）孔徑和鑽孔孔徑這（zhè）三個孔徑到底一樣不一樣嘛？那（nà）我們先說說設計工程（chéng）師（shī）接觸（chù）最多的設（shè）計孔徑唄（bei）。我們以一個測試板上的差分過孔的設計和仿真包括加工來給大家理清這三個名字哈！

首先對於（yú）設（shè）計工程師來說（shuō），在layout版圖上打的過孔的直徑就稱為設計（jì）孔徑，就（jiù）像下麵這對差（chà）分設計例子一樣，設（shè）計工程師（shī）打了一對差分過孔，然後去（qù）show過孔的（de）屬性（xìng），看（kàn）到過孔的孔徑是（shì）8mil，這個8mil就是設計孔徑了。

 

 

設計孔（kǒng）徑估計大家都知道，那（nà）麽完（wán）成孔徑呢？啥叫完成（chéng）孔徑啊，到底完成了啥？我們知道過孔用鑽刀鑽完之後，其（qí）實在Z方向上（shàng）還不是導通的，需要在電鍍這個環節把過孔（kǒng）孔壁鍍上銅，這樣就是導通的過孔。鑽刀（dāo）長啥（shá）樣？其實就和你（nǐ）們平時看到的螺絲刀也大差不差，就是這樣子的。

 

 

IPC的標準會告（gào）訴我們過孔電鍍的厚（hòu）度在0.7mil左右。所以完成孔徑就是過孔電鍍後的孔徑了。我們也可以在設計文件輸出的鑽孔表上看到對完成孔徑的描述。

 

 

咦，這（zhè）不和設計孔徑一個概念嘛！的確（què），對於（yú）設計工程師來說，會把設計孔徑和完成孔徑等同起來。就（jiù）像上麵那對差分過孔，設計孔徑是8mil，在這（zhè）個鑽孔表（biǎo）上顯示的完成孔徑也是（shì）8mil。事實上，設計孔徑和完（wán）成孔徑其實也不（bú）是一（yī）定一樣哈，加（jiā）工（gōng）上還是（shì）要（yào）看看電鍍（dù）之後的（de）情況，隻（zhī）不過我們可以認為大（dà）體一致（zhì）而已。

好（hǎo），那最後就是鑽到孔（kǒng）徑了哈。其實上麵已經說（shuō）到了，那（nà）就是一開（kāi）始用（yòng）上麵的那把鑽（zuàn）刀鑽的那一下的孔徑，再（zài）說白一點，就（jiù）是這把鑽刀的直徑了。由（yóu）於鑽刀鑽完後要進行過孔電鍍，電鍍後的孔徑是完成（chéng）孔徑，然後設計工程師又把設計孔徑（jìng）和（hé）完成孔徑等同起來。所以孔徑大小來排序的話，那就是鑽刀孔徑>完（wán）成（chéng）孔徑≈設計孔徑了。下（xià）麵是一張切片的（de）過孔圖，能（néng）清晰的看到鑽刀孔徑和（hé）完成孔徑的區別。

 

 

媽呀，說了那麽多都沒進入SI的正題啊！粉絲都不耐煩啦，紛紛等著高速先生怎麽解釋自己說過的設（shè）計孔（kǒng）徑不關心（xīn）這個說法啦！馬上安排哈，我們把（bǎ）上麵的這對差分過孔提取到3D模型裏去，就是下麵這個了。

 

 

按照常規板廠的流（liú）程，如果設計工程師在版圖上約束完成孔徑是8mil的話，那麽大部分一線的（de）板廠會用10mil的鑽刀進行鑽孔（kǒng），然後把（bǎ）電鍍後的過孔做到我們要求的8mil。所以我們從俯視圖就能看到鑽刀孔徑比完（wán）成（chéng）孔（kǒng）徑（jìng）大2mil的直徑。下圖大家可以（yǐ）放大來（lái）仔細看看標注的位置哈！

 

 

為什麽我們說不關心設計孔徑也就是上圖紅色標注（zhù）的（de）直徑是（shì）多大呢？我們首先對上麵這（zhè）個（gè）模型進行仿真，仿真結束後不急著看過孔的阻抗，先看看電磁場在過孔的分（fèn）布情況。為了讓大家有更直觀的感受，我們把電磁場在過孔的分布結果做成一個動（dòng）圖，就是下麵這個。

 

 

哪裏（lǐ）是重點呢？我們可以看看藍（lán）色的位置，也就是沒有電磁場能量分布的地方（fāng）。然後大家就（jiù）會驚奇的發現，在過孔的內（nèi）壁居然是（shì）沒有能量分布（bù）的！

 

當然大家會驚訝是因為可能不知道一個SI的基（jī）本理論，那就（jiù）是趨膚效（xiào）應（yīng）。用通俗（sú）易懂的話翻譯就（jiù）是，當傳輸的信號達到了一定頻（pín）率（lǜ）之後，能量就不會像直流（liú）一（yī）樣均勻分布在過孔的（de）每個角落了，而是會慢慢集中到過孔的外表麵去。哪個麵算外表麵呢？就是靠近回流地過孔方向的（de）那一麵。然後一定（dìng）頻率是多少呢？真的低到大家不信，基本上從幾百MHz的低頻開始，就有比較強的（de）趨膚效應了。

 

既然能（néng）量都不會在過孔的內（nèi）表麵走，沒有能量到的地方（fāng）就意味著這個地（dì）方不影響過孔的（de）性能。內表麵是哪裏呢？說的就是過（guò）孔的完成孔徑（jìng），也就（jiù）是工程師說的設計孔徑的位置了。

 

那既然能量（liàng）都（dōu）集中到了外表麵，就不難（nán）得出（chū）結論，到底是哪個孔徑對過孔的影響最大了吧。必須就是鑽孔孔（kǒng）徑了（le）。剛剛也說了，對於8mil的設（shè）計孔徑而言，大多數一線板廠（chǎng）會（huì）用10mil的鑽刀去鑽孔，如果是二線的（de）板廠用更大的鑽刀就對過孔的影響可就大了。我們再建一個模型，模擬用12mil的選鑽刀去鑽孔，但是同（tóng）樣（yàng）也能電鍍成8mil的（de）完成（chéng）孔徑，也就是它這樣搞其實（shí）也沒違反我們的約束的（de）case。

 

 

我們仿真10mil鑽刀和12mil鑽刀去（qù）鑽孔，然後都電鍍成8mil的兩個過孔模（mó）型的性能。從TDR阻抗的角度上，12mil的鑽孔阻抗差不多比10mil鑽孔低10個歐姆！對，你沒看錯，有接（jiē）近10個歐姆的差異！

 

 

這就是（shì）高速先生所說的我們不關心高速過（guò）孔的設（shè）計（jì）孔徑的來龍（lóng）去脈了。其實這（zhè）個案例一方麵是設（shè）計工程師不了解鑽孔孔徑才是對過孔產（chǎn）生（shēng）最大影響的因素這個問題點，另一方麵，對過（guò）孔的加工過程也不夠了（le）解。對於板廠來說，如果能用更大的鑽刀進行鑽孔，就相當（dāng）於放鬆了加工厚徑比的要求，降低了加工難（nán）度。但是從信號質量角度說，明顯我們看到鑽孔孔徑的加大對過孔性能的影響是巨大的，因此問題就變成（chéng）了板廠能不能用（yòng）我們預期（qī）的更小鑽刀去鑽孔的問題了。所以友情提示一下（xià），假（jiǎ）設你們設計（jì）8mil的過孔，板廠的（de）EQ回來寫著用12mil的鑽刀去鑽，最後電鍍成（chéng）8mil，大家（jiā）千萬別隨便同意（yì）哦！最後再加上（shàng）一句哈，對於厚徑比（bǐ）的加工要求，我們板廠是非常有信（xìn）心的，有需（xū）求的粉絲可以谘（zī）詢下我們（men）板廠的（de）加工能力哈，絕對不會讓大家失望！