PCB过孔的设计孔径是真的很主要，但高速先生也是真的不体贴
宣布时间：2025-01-20 17:28:51
高速先天生员-- 黄刚
这不马上就要过年了嘛，高速先生就不妄想给各人上难度了，整一篇简朴但很适用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个问题一出来，尤其关于PCB设计工程师来说，心就立马凉了半截。他们辛辛勤苦举行PCB的过孔设计，高速先生居然说设计多大的过孔他们不体贴！另外预计这时间就跳出许多“挑刺”的粉丝了哈，由于翻看许多以往的文章，高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦！咋滴，今天居然说孔径不体贴了？别，别急哈，听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先照旧要对列位设计工程师的设计体现一定，事实像我们公司有很是很是多资深的设计工程师，在现在行业内动不动就二三十层的高速项目板盛行的年月，我们工程师每块都完成的很是精彩。正如上篇文章《链接文章不是！让高速先生给个过孔优化计划咋就那么难吗？》所言，过孔的许多参数都影响了高速的性能。可是只要是多层板就一定会有过孔嘛，说明工程师们关于高速过孔的设计照旧很是的到位的，必需要先点个赞！
设计孔径、完成孔径和钻孔孔径这三个孔径究竟一样纷歧样嘛？那我们先说说设计工程师接触最多的设计孔径呗。我们以一个测试板上的差分过孔的设计和仿真包括加工来给各人理清这三个名字哈！
首先关于设计工程师来说，在layout国界上打的过孔的直径就称为设计孔径，就像下面这对差分设计例子一样，设计工程师打了一对差分过孔，然后去show过孔的属性，看到过孔的孔径是8mil，这个8mil就是设计孔径了。
设计孔径预计各人都知道，那么完成孔径呢？啥叫完成孔径啊，究竟完成了啥？我们知道过孔用钻刀钻完之后，着实在Z偏向上还不是导通的，需要在电镀这个环节把过孔孔壁镀上铜，这样就是导通的过孔。钻刀长啥样？着实就和你们平时看到的螺丝刀也大差不差，就是这样子的。
IPC的标准会告诉我们过孔电镀的厚度在0.7mil左右。以是完成孔径就是过孔电镀后的孔径了。我们也可以在设计文件输出的钻孔表上看到对完成孔径的形貌。
咦，这背面设计孔径一个看法嘛！简直，关于设计工程师来说，会把设计孔径和完成孔径等同起来。就像上面那对差分过孔，设计孔径是8mil，在这个钻孔表上显示的完成孔径也是8mil。事实上，设计孔径和完成孔径着实也不是一定一样哈，加工上照旧要看看电镀之后的情形，只不过我们可以以为概略一致罢了。
好，那最后就是钻到孔径了哈。着实上面已经说到了，那就是一最先用上面的那把钻刀钻的那一下的孔径，再说白一点，就是这把钻刀的直径了。由于钻刀钻完后要举行过孔电镀，电镀后的孔径是完成孔径，然后设计工程师又把设计孔径和完成孔径等同起来。以是孔径巨细来排序的话，那就是钻刀孔径>完成孔径≈设计孔径了。下面是一张切片的过孔图，能清晰的看到钻刀孔径和完成孔径的区别。
妈呀，说了那么多都没进入SI的正题啊！粉丝都不耐心啦，纷纷等着高速先生怎么诠释自己说过的设计孔径不体贴这个说法啦！马上安排哈，我们把上面的这对差分过孔提取到3D模子里去，就是下面这个了。
凭证通例板厂的流程，若是设计工程师在国界上约束完成孔径是8mil的话，那么大部分一线的板厂会用10mil的钻刀举行钻孔，然后把电镀后的过孔做到我们要求的8mil。以是我们从俯视图就能看到钻刀孔径比完成孔径大2mil的直径。下图各人可以放大来仔细看看标注的位置哈！
为什么我们说不体贴设计孔径也就是上图红色标注的直径是多大呢？我们首先对上面这个模子举行仿真，仿真竣事后不急着看过孔的阻抗，先看看电磁场在过孔的漫衍情形。为了让各人有更直观的感受，我们把电磁场在过孔的漫衍效果做成一个动图，就是下面这个。
那里是重点呢？我们可以看看蓝色的位置，也就是没有电磁场能量漫衍的地方。然后各人就会惊讶的发明，在过孔的内壁居然是没有能量漫衍的！
虽然各人会惊讶是由于可能不知道一个SI的基本理论，那就是趋肤效应。用通俗易懂的话翻译就是，当传输的信号抵达了一定频率之后，能量就不会像直流一样匀称漫衍在过孔的每个角落了，而是会逐步集中到过孔的外外貌去。哪个面算外外貌呢？就是靠近回流地过孔偏向的那一面。然后一定频率是几多呢？真的低到各人不信，基本上从几百MHz的低频最先，就有较量强的趋肤效应了。
既然能量都不会在过孔的内外貌走，没有能量到的地方就意味着这个地方不影响过孔的性能。内外貌是那里呢？说的就是过孔的完成孔径，也就是工程师说的设计孔径的位置了。
那既然能量都集中到了外外貌，就不难堪出结论，究竟是哪个孔径对过孔的影响最大了吧。必需就是钻孔孔径了。刚刚也说了，关于8mil的设计孔径而言，大大都一线板厂会用10mil的钻刀去钻孔，若是是二线的板厂用更大的钻刀就对过孔的影响可就大了。我们再建一个模子，模拟用12mil的选钻刀去钻孔，可是同样也能电镀成8mil的完成孔径，也就是它这样搞着实也没违反我们的约束的case。
我们仿真10mil钻刀和12mil钻刀去钻孔，然后都电镀成8mil的两个过孔模子的性能。从TDR阻抗的角度上，12mil的钻孔阻抗差未几比10mil钻孔低10个欧姆！对，你没看错，有靠近10个欧姆的差别！
这就是高速先生所说的我们不体贴高速过孔的设计孔径的前因后果了。着实这个案例一方面是设计工程师不相识钻孔孔径才是对过孔爆发最大影响的因素这个问题点，另一方面，对过孔的加工历程也不敷相识。关于板厂来说，若是能用更大的钻刀举行钻孔，就相当于松开了加工厚径比的要求，降低了加工难度。可是从信号质量角度说，显着我们看到钻孔孔径的加大对过孔性能的影响是重大的，因此问题就酿成了板厂能不可用我们预期的更小钻刀去钻孔的问题了。以是友情提醒一下，假设你们设计8mil的过孔，板厂的EQ回来写着用12mil的钻刀去钻，最后电镀成8mil，各人万万别随便赞成哦！最后再加上一句哈，关于厚径比的加工要求，我们板厂是很是有信心的，有需求的粉丝可以咨询下我们板厂的加工能力哈，绝对不会让各人失望！
