高速先生成員-- 黃剛

這不馬上就（jiù）要過年了嘛，高速先生（shēng）就不打算給大家上難度了，整（zhěng）一篇簡單但很實用的文章（zhāng）給大夥（huǒ）瞧瞧好（hǎo）了。相信這個（gè）標題一出來，尤其對於PCB設計工程師來說，心就立馬（mǎ）涼（liáng）了半截。他們辛辛苦（kǔ）苦進行PCB的過孔設計，高速先生居然說設計多大的過孔他們不關心！另外估計這時候就跳出很（hěn）多“挑刺”的粉絲了哈，因為翻看很多以往的文章，高速先生都（dōu）表達了過孔孔徑（jìng）對高速性（xìng）能的（de）影響是很大的哦（ò）！咋滴（dī），今天居然說孔徑不關（guān）心了？別，別急哈，聽高速先生在這篇文章中娓（wěi）娓道來。首先（xiān）還（hái）是要對各（gè）位（wèi）設計工程師（shī）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程師，在現在行業內動不動就二三十層的高速項目板盛行的年代，我們工程（chéng）師每塊都完（wán）成的非常出色。正如（rú）上篇文章《鏈接文章不是！讓高（gāo）速先生給個過孔優化方案咋就那麽難嗎？》所言，過孔的很多參數都影（yǐng）響了高速（sù）的性能。但是隻（zhī）要是多層板就（jiù）肯定（dìng）會有過孔嘛，說明工程師們對於高（gāo）速過孔的設計還是（shì）非常的到位的，必須要先點個讚！

 

 

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

首先對於設計（jì）工程師來（lái）說，在（zài）layout版圖上打的過孔的直徑就稱為設計孔徑，就像（xiàng）下麵這對差分（fèn）設計例子一樣，設計（jì）工程師打了一對差分過孔，然（rán）後（hòu）去show過孔的屬（shǔ）性，看到（dào）過孔（kǒng）的孔徑是8mil，這個8mil就是設計孔徑了。

 

 

設計孔徑估計大家都知道，那麽完成孔徑呢？啥叫完成孔徑啊，到底完成了啥？我們知道過（guò）孔用（yòng）鑽刀鑽完之後，其實在Z方向（xiàng）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（jiù）是導通的過孔。鑽刀長啥樣？其實就和你們平（píng）時看到的螺（luó）絲刀（dāo）也大差不差，就是這樣子的。

 

 

IPC的標準會告（gào）訴我（wǒ）們過孔電鍍的厚度在0.7mil左右。所以完成孔徑就是過孔電（diàn）鍍後的孔徑了。我（wǒ）們也可以在（zài）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（gè）概念嘛！的確（què），對於設計工程師來說，會把設計孔徑和完成（chéng）孔（kǒng）徑等同起來。就像上麵那對差分過孔，設計孔徑是8mil，在這個鑽孔表（biǎo）上顯示的（de）完成孔徑也（yě）是8mil。事實上，設計孔徑和完成孔徑其（qí）實也不是一定一樣哈，加工上還是要看看電鍍之後的情況，隻不過（guò）我們可以認（rèn）為大體一致而已。

好，那最後就是鑽到孔徑（jìng）了哈。其實（shí）上麵已經說到了，那就是一開始用上麵的那把鑽（zuàn）刀鑽的那一下（xià）的孔徑，再說白一點，就是這把鑽（zuàn）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孔徑，然後設計工程師又把設計孔徑和完成孔徑等同起來。所以（yǐ）孔徑大小來排序的話，那就是（shì）鑽刀孔徑>完成孔徑≈設計（jì）孔徑了。下麵是一張切片的過孔（kǒng）圖，能清晰的看到（dào）鑽刀孔徑和完成（chéng）孔徑的區別。

 

 

媽呀，說了那麽多都沒進入（rù）SI的正題啊！粉絲都不耐煩（fán）啦，紛紛（fēn）等著（zhe）高速先生怎（zěn）麽解釋自己說（shuō）過的設計孔徑（jìng）不關心這個說（shuō）法啦！馬上安（ān）排哈，我們把上麵的這對差分過（guò）孔提取到3D模型（xíng）裏去，就是下麵這個了。

 

 

按照常規板（bǎn）廠的流程，如果設計（jì）工程師在版（bǎn）圖上（shàng）約（yuē）束完成孔徑是8mil的話，那麽大部分一線的板廠會用10mil的鑽刀（dāo）進行鑽孔，然後把電鍍後的過孔（kǒng）做到（dào）我們（men）要求的8mil。所以我們從俯視圖就能看到鑽刀孔徑比完成（chéng）孔徑大（dà）2mil的直徑（jìng）。下圖大家可以放大（dà）來仔細看看標注的位置哈！

 

 

為什麽我們說不（bú）關心設（shè）計孔徑也就是上圖紅色標（biāo）注的直徑是多（duō）大呢？我們（men）首先對上麵這個模型進（jìn）行仿真，仿真結（jié）束（shù）後不急著看過孔的阻抗，先看看電磁場在過孔的分布情況。為了讓大家有（yǒu）更直觀（guān）的感受，我（wǒ）們把電磁場在過孔的分布結果做成一個動圖，就是下麵這（zhè）個。

 

 

哪裏是重點呢？我（wǒ）們可以看看藍（lán）色的位（wèi）置，也就是沒有電磁場能量分布的（de）地方。然後大（dà）家就（jiù）會驚（jīng）奇（qí）的（de）發現，在過（guò）孔的內壁居然是沒（méi）有（yǒu）能量分布的！

 

當然大（dà）家會驚訝是因為可能不知道一個SI的基（jī）本理論，那就是趨膚效應。用通俗易（yì）懂（dǒng）的話翻譯就是，當傳輸的信號達到（dào）了一定頻率之後，能量就不會（huì）像（xiàng）直（zhí）流一樣均勻分布在過（guò）孔的每個（gè）角落了（le），而是會慢慢集中到過孔的外表麵（miàn）去。哪個麵算外表麵呢？就（jiù）是靠近回流地過孔方向的那一麵。然後（hòu）一定頻率是多少呢？真的低到大家不信，基本上從幾百MHz的（de）低頻開始，就有（yǒu）比較強的趨膚效應了。

 

既然能量都不會在過孔的內表麵走，沒有能量到的地方就意味著這個（gè）地方（fāng）不影響過孔的性能。內表麵是哪裏（lǐ）呢？說的就是過孔的完成孔徑，也就是工程師說（shuō）的（de）設計孔徑的（de）位置了。

 

那（nà）既然能量都集中到了外表麵，就不難得出結論，到底是哪個孔徑對過孔的影響最大了（le）吧。必須就是鑽孔孔徑了。剛剛也說了（le），對於8mil的設計孔徑而（ér）言，大（dà）多數一線板廠會用10mil的（de）鑽刀去鑽孔，如果是二線的板廠用更大的鑽刀就對過孔的影響可就大了。我（wǒ）們再建一個模型，模擬用（yòng）12mil的選鑽刀去鑽孔，但是同樣也能電鍍成（chéng）8mil的完成孔徑，也就是它這樣搞其實也沒違反我們的約束的case。

 

 

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

 

 

這就是高速先生所說的我們不關心高速過孔的設計孔徑（jìng）的來龍去脈了（le）。其實這個案例一方麵（miàn）是設計工（gōng）程（chéng）師不了解鑽孔孔徑才是對過孔產生最大影響的因素這個（gè）問題點（diǎn），另一方麵，對過孔（kǒng）的加工過（guò）程也不夠了解。對於（yú）板廠來說（shuō），如果能用更大的鑽刀進行鑽孔，就相當於放鬆了（le）加工（gōng）厚徑比的要求（qiú），降低了加工難度。但是從信號質量（liàng）角度說，明顯我們看到鑽（zuàn）孔孔徑的（de）加（jiā）大對過孔性（xìng）能的影響是巨大的，因此問（wèn）題就變成了板廠能不能用我們預期的更小（xiǎo）鑽刀去鑽（zuàn）孔的問題了。所以友情提示一下，假設你們設計8mil的過孔，板廠的EQ回來寫著用12mil的鑽刀去鑽（zuàn），最後（hòu）電鍍成8mil，大家千萬（wàn）別隨便同意哦！最後再加上（shàng）一句哈，對於厚（hòu）徑比的加工要求，我們板廠（chǎng）是非常有信心的，有需求的粉絲可（kě）以谘詢下我們板廠的加工能力哈，絕（jué）對不會讓大家失望！