高速先生成員-- 黃剛

這不馬上就要過年（nián）了嘛，高速先生（shēng）就不打算給大（dà）家上難度了，整一篇簡單但很實用的文章給大夥瞧瞧好了（le）。相信這個標題一出來，尤其對於（yú）PCB設計工程師來說，心（xīn）就立（lì）馬（mǎ）涼了半截。他們辛辛苦苦進行PCB的過孔（kǒng）設計，高速先生（shēng）居然說設計多大的過孔他們不關心（xīn）！另外估計這時候就跳出很多“挑刺”的粉絲了哈，因為翻看很多以往的文章，高速先生（shēng）都（dōu）表達了過孔孔徑對高速（sù）性（xìng）能的影響（xiǎng）是很大的哦！咋滴（dī），今（jīn）天（tiān）居然說孔徑（jìng）不關（guān）心了？別（bié），別急哈，聽高速先生（shēng）在這（zhè）篇文章中娓娓道來。首（shǒu）先還是要對各位設計工程師的設計表示肯定，畢竟像我們公司有非常非常多資深的設計工（gōng）程師，在現在行業內動不動就二三十（shí）層的高速項目板盛行的年（nián）代，我們工（gōng）程師每塊都（dōu）完成的非常出色。正如上篇文（wén）章《鏈接文（wén）章不是！讓高速（sù）先生給個過孔優化方案咋就那麽難嗎？》所言，過孔的很多參數（shù）都影響了高速的性（xìng）能（néng）。但是隻要是多（duō）層板就肯定會有過孔嘛，說明工程師們對於高速（sù）過孔的設計還是非常的到位的，必須要先點個讚！

 

 

設（shè）計孔徑、完成孔徑和鑽孔孔徑這三個孔徑到底一樣不一樣嘛？那我們先（xiān）說說設計工程師接觸最多的設計孔徑唄。我們以一個測試板上的差分過孔的設計和仿真包（bāo）括加工（gōng）來給大家理清這三個名字哈！

首先（xiān）對於設計工程師來說，在layout版圖上打的過孔的直徑就稱為設計孔徑，就像下麵這對差分設計例（lì）子一樣，設計工程師打了一對差分過孔，然（rán）後去show過孔的（de）屬性，看到過孔的（de）孔徑是8mil，這個8mil就是設（shè）計孔徑了。

 

 

設計孔徑（jìng）估計大家（jiā）都（dōu）知道（dào），那麽完成孔徑呢？啥叫完成（chéng）孔徑啊，到底完成了啥？我們知道過（guò）孔用鑽刀鑽完之後，其實在Z方向上還不是導通的，需要在電鍍這個環節把過（guò）孔孔壁鍍上銅，這樣就是導通的過孔。鑽刀（dāo）長啥樣？其實就和你們平時看到的螺絲刀也大差不（bú）差，就是這樣子的。

 

 

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

 

 

咦，這不和設計孔徑一個概（gài）念嘛！的確，對於設計工程師來說，會把設計孔徑和完成孔徑等同起來（lái）。就像上麵那對差分過孔，設計孔徑是8mil，在（zài）這個鑽孔表（biǎo）上顯示的完成孔徑也是8mil。事實上，設（shè）計孔徑（jìng）和完成孔徑其實也不是一定一樣哈，加（jiā）工上還是要看看（kàn）電鍍之後的情況，隻不過（guò）我們可以認為大體一致而已。

好（hǎo），那最後就是鑽到孔徑了（le）哈。其實（shí）上麵已經說到了，那就是一開始用上麵的那把鑽刀鑽的（de）那一下的孔徑，再說白一點，就是這把鑽刀的（de）直徑（jìng）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孔徑，然（rán）後設計工程師又把設計孔徑和完成孔徑等同（tóng）起來。所以孔徑大小來排序的話，那就是鑽刀孔徑（jìng）>完成孔徑≈設計孔徑了。下麵是一張切片的過孔圖，能清晰的看到鑽刀孔徑和完成孔徑的區別。

 

 

媽呀，說了那麽多都沒進（jìn）入SI的正題啊！粉絲都不耐（nài）煩啦，紛紛等著高速先生怎麽（me）解釋（shì）自己（jǐ）說過的設計孔徑不關心這個說法啦！馬上安排哈，我（wǒ）們（men）把上麵的這對（duì）差分過孔提取到3D模型裏去，就是下麵這（zhè）個了。

 

 

按照常（cháng）規板廠的流程，如果設計工程師在版圖上約束完成孔徑是8mil的話，那麽大部分一線的板廠會（huì）用10mil的鑽刀進行鑽孔，然後把電鍍後的過孔做到我們要求的（de）8mil。所以我們從俯視圖就能看到（dào）鑽刀孔徑比完成孔（kǒng）徑大2mil的直徑。下圖大家可以放大來仔細（xì）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的直徑是多大呢？我們首先對上麵這個模型進行仿真，仿真（zhēn）結束後不急著看過孔的阻抗（kàng），先看看電磁場在過（guò）孔的分布（bù）情況。為了讓大家有更直觀的感受，我（wǒ）們（men）把電磁場在過孔的分布結果做（zuò）成一個動圖，就是下麵這（zhè）個。

 

 

哪裏是重點呢？我們可以（yǐ）看看藍色的位置，也就是沒有電磁場能量分布的地方。然後大家就會驚奇的（de）發現（xiàn），在（zài）過孔（kǒng）的內壁居然是沒（méi）有（yǒu）能量分布的（de）！

 

當（dāng）然大（dà）家會驚訝是因為可能不知道一個（gè）SI的基本理論，那（nà）就是趨膚效應。用（yòng）通俗易（yì）懂的話翻譯就（jiù）是，當（dāng）傳輸（shū）的信號達到了一定（dìng）頻率之後，能量就不會（huì）像直（zhí）流一樣均勻分（fèn）布在過孔的每個角（jiǎo）落了，而是會慢慢集中到過（guò）孔的外（wài）表麵去。哪個麵算外表（biǎo）麵（miàn）呢？就是靠近回流地過孔方向的那一麵。然後一定頻率是多少呢？真的低到大家不信，基本上從幾百MHz的低頻開始，就有比較強的趨膚效（xiào）應了。

 

既然能量都（dōu）不會在過孔的內表麵走，沒有能量到的地方就意味著這個地方不影響過孔的性能。內表（biǎo）麵是哪（nǎ）裏呢？說的就是過孔的完成孔徑，也就是工程（chéng）師說的設計孔徑（jìng）的位置了。

 

那既然能量都集（jí）中到了外表麵，就不難得出結論，到（dào）底是哪個孔徑對過孔的影響最（zuì）大了吧。必須就是鑽孔孔徑了。剛剛也說了，對於8mil的設計孔徑而（ér）言，大多數一線板廠會用10mil的鑽（zuàn）刀去鑽（zuàn）孔，如果是（shì）二線的板廠（chǎng）用（yòng）更大的鑽刀就對（duì）過孔的影響可就大了。我們再建一個（gè）模型，模擬用12mil的選鑽刀去鑽孔，但是同樣也能電鍍成8mil的完成孔徑，也就是它這樣搞其實也沒違（wéi）反我們的約束的case。

 

 

我們仿真10mil鑽刀和12mil鑽刀去鑽孔，然後（hòu）都電鍍成8mil的兩（liǎng）個過孔模型的（de）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（ōu）姆！對，你沒看錯，有接近10個歐姆的差異！

 

 

這就是高速先生所說的我們（men）不（bú）關心（xīn）高速（sù）過孔（kǒng）的設計孔徑的來龍（lóng）去脈了（le）。其實這個案例一方麵是設計（jì）工程師不了解鑽孔孔徑才是（shì）對過（guò）孔產生最大影響的因素這個問題點（diǎn），另一方麵，對過孔的加工過程也不夠了解。對於（yú）板廠來說，如（rú）果能用更大的鑽刀進行鑽孔，就相當於放鬆了加工厚徑比的要求，降低了加工難度。但（dàn）是從信號質量角度（dù）說，明顯我們看（kàn）到鑽（zuàn）孔（kǒng）孔徑的加大（dà）對過孔性能的影響（xiǎng）是巨大的，因此問題就變成了（le）板廠能不能用我們預期的更小鑽刀去鑽孔的問題了。所以友情提示一下，假設（shè）你們設（shè）計8mil的過孔，板（bǎn）廠的EQ回來寫著用（yòng）12mil的鑽刀去鑽，最後電鍍成8mil，大家千萬別隨便同意哦！最後再加上一句哈，對於厚徑比的加工要（yào）求，我們板廠是（shì）非常有（yǒu）信心的，有需求的粉絲可以谘詢下我（wǒ）們板廠的加工能力哈（hā），絕對不會讓大家失望！