Via Stub
1 3秒看懂
Via Stub是高速PCB中，為連線不同訊號層而製作的未使用剩餘過孔段。在訊號速率超過10 Gbps時，這段短截線會像天線一樣引發諧振，嚴重劣化訊號完整性，是AI伺服器、800G交換器等算力硬體必須消除的“隱性殺手”。
2 3分鐘產業解釋
在多層PCB裡，過孔原本是為了連通走線層而鑽出的金屬化孔。當訊號只需走表層到某內層，過孔繼續往下延伸的那一段就成了廢棄的 “殘樁”（Stub）。高頻訊號到達這個分支時，如同走到一條斷頭路，完全反射回來，與原訊號發生干涉，在特定頻率出現劇烈衰減。
過去PCIe 3.0（8 Gbps）時代，Stub的危害尚可通過設計規避；但隨著AI計算叢集全面轉向56 G PAM4、112 G PAM4（對應單通道28 GHz、56 GHz奈奎斯特頻率），一根長度不到3 mm的Stub就可能耗盡整個鏈路損耗預算。深南電路在2023年年報揭露，AI伺服器用高多層板的背鑽工序滲透率已近100%；而臺資大廠欣興電子在2024年法說會上指出，輝達B200系列配套載板要求殘餘Stub長度不超過 5 mil（約127 μm），良率控制難度大幅躍升。
所以，Via Stub管理已經從“加分項”變成了高階PCB製造的准入門票，其工藝核心——背鑽（Back Drilling）——是決定誰能拿到AI硬體訂單的關鍵技術之一。
3 技術原理
3.1 物理根源與傳輸線模型
在標準層壓工藝中，過孔是一根圓柱形導體。假設一個高速訊號從頂層（L1）換層到L3，L3以下的孔壁就是Stub。根據傳輸線理論，Stub可等效為一段末端開路的並聯短截線：
- 輸入端位於訊號換層點，輸出端開路。
- 電磁波在開路端全反射，反射係數為+1，反射波返回主路徑與入射波疊加，造成頻率選擇性衰落。
3.2 諧振條件與插入損耗“深坑”
當Stub的電長度L_stub 等於訊號四分之一波長的奇數倍時，形成串聯諧振，輸入阻抗趨近於零，大幅“吸走”主訊號能量。諧振頻率近似公式為：
f_resonance ≈ c / (4 × L_stub × √ε_r_eff)其中 c 為光速，ε_r_eff 為Stub區域有效介電常數。實際PCB板材（如M6G級低損耗材料）的 ε_r≈3.6，那長度僅 2.5 mm（約100 mil）的Stub，第一個諧振點就在8 GHz左右，足以破壞28 Gbps NRZ訊號（奈奎斯特頻率14 GHz）的眼圖。
3.3 量化案例：112 G PAM4鏈路的“Stub預算”
在112 G PAM4標準下，端到端插入損耗上限通常小於-30 dB@28 GHz。某模擬平台（Keysight ADS，2023白皮書）的參考模型顯示，一根殘餘長度7 mil（178 μm）的Stub，在28 GHz處就能產生約-1.2 dB的額外損耗，且使回波損耗惡化6 dB以上。對於多層板中包含數十個過孔的長鏈路而言，累積效應足以讓系統由“通過”變為“失敗”。因此，業界的工程實踐要求背鑽後殘餘Stub ≤ 8 mil，頂級伺服器主機板甚至要求**≤ 4 mil**（深南電路2024年公開投資者交流紀要）。
3.4 其他破壞機制
- 阻抗不連續性：Stub連線處會有容性負載，造成區域性阻抗下跌，引發額外反射。
- 模式轉換：不對稱的Stub結構可把差模訊號轉換為共模噪聲，惡化EMI。
- 板材各向異性：玻纖布效應導致Stub區域 Dk 區域性變化，使諧振頻率偏移，加大模擬的不確定性。
4 關鍵引數
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殘餘Stub長度 (Residual Stub Length) 最核心指標。目前主流AI伺服器PCB（如輝達H100配套板）要求殘餘Stub ≤8 mil，而B200等下一代平台直指 ≤5 mil（來源：欣興電子2024Q1法說會演示材料）。IC載板領域更激進，部分旗艦ABF載板要求≤3 mil。
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背鑽對準精度 (Registration Accuracy) 二次鑽孔與一次鑽孔的同心度偏差。業界一流水平可控制在±2 mil以內。若偏位過大，會導致一側Stub未被完全鑽除，形成不均勻的殘餘，惡化訊號質量。鵬鼎控股2022年社會責任報告中揭露，其淮安園區背鑽製程的CPK可達1.67以上。
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首個諧振頻率與可用頻寬 為保證安全，系統設計要求 f_resonance ≥ 3×f_Nyquist。例如56 G PAM4的奈奎斯特頻率為14 GHz，則Stub的第一個諧振頻率至少要在42 GHz以上，對應殘餘Stub長度需短於約1.6 mm（M6G板材），這個要求驅動了超短Stub工藝。
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插入損耗增量 (ΔIL) 單根帶Stub過孔相對於理想過孔的額外損耗。112 G鏈路的模擬容限通常為ΔIL<0.5 dB@28 GHz，這對應於殘餘Stub < 4 mil（《Signal Integrity Journal》2022年技術文章）。各PCB廠商將此作為出廠質檢的關鍵電氣引數。
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深徑比 (Aspect Ratio) 與加工能力 厚徑比越大的通孔，背鑽時排屑、散熱越困難，深度控制越差。目前機械背鑽的極限深徑比約在20:1，雷射背鑽的適應範圍更寬，但成本高昂（據大族數控2024年產品手冊）。
5 技術路線
| 管理方案 | 原理 | 最小殘餘Stub（量產） | 加工成本倍率 | 典型速率覆蓋 | 代表裝置/廠商 |
|---|---|---|---|---|---|
| 機械背鑽 | 數控機械鑽頭從板底二次鑽除Stub | 6~10 mil | 1.0×（基準） | 10 G~56 G NRZ/PAM4 | Schmoll、日立、大族數控 |
| 精密機械背鑽 | 最佳化鑽頭塗層、主軸冷卻、深度即時監控 | 4~7 mil | 1.3~1.5× | 56 G~112 G PAM4 | Schmoll MXY系列+深度控制器 |
| 雷射背鑽（UV/CO₂） | 紫外或二氧化碳雷射汽化Stub段 | 2~5 mil | 2.0~4.0× | 112 G+ & 下一代224 G | Mitsubishi、ESI、大族雷射 |
| 盲/埋孔設計 | 僅製作所需層間連線，根本無貫穿Stub | 0 mil | 2.5~5.0×（視層數） | 任意速率，極致SI | AT&S、Ibiden任意層HDI |
| 背鑽+填孔 | 背鑽後再用樹脂/導電漿料回填空洞，改善機械可靠性 | 同背鑽，但可額外提升訊號平整度 | 額外+0.5× | 極端可靠性場景（航空航天） | 特殊工藝，非主流量產 |
補充說明：
- 2023年起，頭部AI伺服器PCB供應商（如滬電股份）已大規模匯入精密機械背鑽，其青淞工廠搭載的深度控制模組可將殘餘Stub的Cpk維持1.33以上（2023年年報披）。
- 雷射背鑽尚處快速滲透期。欣興電子2024年宣佈投資逾60億新臺幣擴建雷射背鑽產能，專供下一代GPU載板（來源：臺灣經濟日報2024.03）。
6 上游
6.1 鑽孔裝置
- 機械鑽機：德國Schmoll、日本日立（Hitachi Via Mechanics）、臺灣東臺等佔據高階市場份額。2023年全球PCB機械鑽孔機市場規模約18億美元（Prismark資料）。大族數控在中國大陸市佔率約28%（2023年業績快報），其五軸背鑽機已打入國內AI伺服器板供應鏈。
- 雷射鑽機：主要供應商包括日本Mitsubishi Electric、美國ESI、以色列Orbotech（KLA子公司）。紫外雷射鑽機毛利率超50%，2023年全球出貨約1,200臺（《Printed Circuit Design & Fab》估算）。大族雷射2024年推出自主紫外雷射背鑽平台，已獲深南電路、景旺電子驗證。
6.2 鑽頭與刀具
微鑽頭、槽鑽、背鑽專用階梯鑽頭需要極高的耐磨性和尺寸精度。日本佑能（UNION TOOL）、鼎泰高科是主要供應商。鼎泰高科2023年微鑽營收約8.6億元，其中背鑽鑽頭已小批次供貨（2023年年報）。
6.3 檢測與深度控制裝置
- X-Ray背鑽檢查機：用於非破壞性測量殘餘Stub長度。德律科技、Nordson MATRIX、正業科技有成熟方案。正業科技2023年半年度報告提及其背鑽檢查機在多家領先PCB廠家使用。
- 深度即時監控系統：鑽孔機內整合的接觸式或光電式深度感測，是精密背鑽區別於普通背鑽的壁壘，主要由Schmoll等主機廠自研。
6.4 低損耗覆銅板（CCL）
Stub本身是介質與銅的結合體，降低板材Dk可增長諧振波長，間接降低對Stub長度的敏感度。AI伺服器的M6、M7等級CCL主要供應：松下（Megtron 6/7）、臺光電子（EM-890K系列）、聯茂電子（IT-968G）、生益科技（Synamic 8GN）。2023年全球高速CCL市場約25億美元，生益科技佔約14%份額（Prismark 2023Q4估算）。
7 下游
7.1 AI伺服器與GPU載板
每塊8卡GPU基板（如HGX H100）上需數萬個高速過孔，背鑽需求密集。TrendForce估計，2024年全球AI伺服器出貨量約167萬臺，其中配置8-GPU的高階型號背鑽產值貢獻最大。
7.2 高速網路裝置
400G/800G交換器、51.2T路由器的主機板與線卡，普遍採用超低損耗材料+全板背鑽。博通（Broadcom）2023年釋出的Tomahawk 5交換器參考設計明確要求所有 112 G訊號過孔必須背鑽且殘樁<8 mil（博通設計指南公開摘要）。
7.3 測試儀器與光模組
高階示波器前端、相干光模組PCB，頻段直接進入微波區間，更依賴盲埋孔實現零Stub設計。是德科技（Keysight）Infiniium UXR系列主機板據公開資料為任意層HDI+盲孔，未採用背鑽（避免任何殘樁風險）。
7.4 消費電子與汽車雷達
PCIe 5.0/6.0已下沉到高階PC和工作站，對背鑽需求從伺服器向客戶端擴散；77 GHz毫米波雷達的基板必須管理Stub。據Prismark 2024年3月報告，消費/汽車領域高速板背鑽滲透率預計2026年可達30%以上。
8 受益公司
以下僅陳述工藝版面配置和產業地位，不含任何投資推薦。
8.1 高階PCB製造商
- 深南電路：國內AI伺服器背板與載板龍頭，南通三期IC載板專案已投產，背鑽能力業內領先，2023年來自資料中心/伺服器營收佔比約35%（年報）。
- 滬電股份：青淞工廠和黃石新廠均有大規模精密背鑽產能，2023年為輝達A100/H100供應高多層板，管理層在2024年4月業績交流會透露AI訂單能見度至2025年。
- 景旺電子：2023年公告投建高多層PCB專案，專攻伺服器與交換器，背鑽及樹脂塞孔產線已通過國內頭部通訊客戶認證。
- 勝宏科技：多層板產能迅速膨脹，2023年已實現AI伺服器板批次交付，背鑽工藝覆蓋至20層板（2023年報）。
8.2 IC載板廠商
- 欣興電子：ABF載板領先，2024年指出Nvidia B系列載板背鑽要求殘樁<5 mil，新增雷射背鑽產能將在2025年上半年到位（法說會資料）。
- 興森科技：廣州FCBGA載板專案處於產能爬坡，儲備了雷射背鑽和盲孔疊孔工藝，2024年6月投關記錄表示已開展與北美算力晶片客戶的樣品測試。
8.3 裝置與材料商
- 大族數控/大族雷射：國內背鑽裝置龍頭，已配套國內主要AI PCB製造商，2023年數控鑽/雷射鑽營收合計超30億元（大族數控年報）。
- 生益科技：高速CCL產品升級，2024年推出適用於112 G鏈路的 Synamic 9GN 板材，已向頭部AI伺服器PCB客戶匯入，有助於降低Stub敏感度。
9 市場規模
Via Stub管理工藝本身不單獨形成細分市場，其價值貫穿於高階PCB/載板的製造過程中。為此，我們以高速多層板和ABF載板中背鑽等相關工序的附加值作為參考：
- 根據Prismark Partners 2024年3月報告，2023年全球伺服器/資料儲存用PCB產值約97億美元，年增率12.5%；其中18層及以上高多層板佔比約40%，這些PCB幾乎100%需要背鑽。
- 在高速多層板的總製造成本中，鑽孔/背鑽環節通常佔10%
15%（《PCB Cost Modeling Report》2023年，N.T. Information）。按此推算，2023年全球伺服器PCB背鑽工序對應的市場規模約 **13億19億美元**。 - 若計入網路裝置（交換器、路由器）用板，總額外增加約10億美元規模；ABF載板中背鑽和盲孔加工附加值更高，據Topology Research Institute 2024年Q1統計，相關產值約 8億美元。粗略合計，2023年與Via Stub管理直接相關的高階鑽孔工序全球產值約為 31億~37億美元，且受AI投資拉動，預計2024~2027年CAGR可達20%以上（Prismark預測）。
- 地區分佈：中國大陸佔據全球高階PCB製造約55%份額（Prismark 2023），因此國內背鑽等工序產值約17億~20億美元。
10 玩家對比
| 企業 | 背鑽殘餘Stub能力（量產） | 主要下游客戶 | AI相關營收佔比（2023年） | 技術特色 | 產能擴張動向（公開揭露） |
|---|---|---|---|---|---|
| 深南電路 | ≤6 mil | 華為、中興、北美雲端廠商 | ~35% | 整合式Depth Control，X-Ray全檢 | 南通三期IC載板產能爬坡，廣州專案在建 |
| 滬電股份 | ≤7 mil | NVIDIA（間接）、Cisco等 | ~45% | 精密機械背鑽+智慧深度控制 | 2024年擴充青淞AI板產能20% |
| 欣興電子 | ≤5 mil（載板） | NVIDIA、AMD、Intel | 50%以上（載板） | 雷射背鑽與高深徑比工藝 | 60億新臺幣擴產雷射背鑽線 |
| Ibiden | ≤5 mil | Intel、AI晶片客戶 | 載板業務佔比超60% | 極薄殘餘+高密度盲埋孔 | 日本大垣工廠新建高規格載板廠房 |
| 景旺電子 | ≤8 mil | 國內頭部伺服器客戶 | ~15%（增長迅速） | 快速擴產，價效比高 | 江西新工廠聚焦高速高多層板 |
資料來源：各公司2023年年報、2024年公開投資者交流紀要、Prismark 2024Q1。未直接公開資訊的指標標註“公開資料未見”。
11 風險
- 技術顛覆風險：矽光互連、共封裝光學（CPO）等新技術將高速電訊號傳輸距離壓縮到極短，可能減少對傳統PCB長鏈路和背鑽的需求。但業內共識是，未來5~10年電互連仍是主體，且晶片到模組之間的PCB仍需要極限管理Stub。
- 工藝同質化與獲利擠壓：精密背鑽技術逐漸成熟，更多國內PCB企業有能力生產，可能導致高階板的價格溢價收窄。2023年下半年，伺服器板價格已出現5%~10%的年降（華泰證券行業報告），競爭加劇。
- 關鍵裝置依賴進口：頂級機械背鑽主軸和雷射源仍主要來自德、日供應商，地緣政治可能帶來供應中斷風險。例如，2023年日本對部分高階鑽機出口審查趨嚴（公開媒體報導），影響國內擴產節奏。
- 下游需求週期性：AI算力投資若出現短期降溫，或雲端服務商削減硬體採購，將直接減少對高階背鑽產能的利用。2024年Q1部分PCB廠商反映通用伺服器仍顯疲弱（鵬鼎控股月報），結構性分化明顯。
- 材料與環保成本上升：低Dk CCL和高品質鑽頭價格上漲，以及電鍍廢水處理環保要求趨嚴，都會推高生產成本，壓縮工序獲利。
12 誤讀糾偏
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誤讀1：“背鑽可以完全消除Via Stub的影響。” 糾偏：任何物理背鑽都留有殘餘Stub。工藝追求的是將其長度縮短到諧振頻率遠高於訊號工作頻帶，例如把殘餘Stub從50 mil壓至6 mil，把危害從“致命”降至“可忽略”。所謂“零Stub”只有盲孔設計才能達成。
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誤讀2：“只有資料中心高階裝置才需要背鑽。” 糾偏：PCIe 5.0（32 Gbps）已進入高階桌上型電腦和遊戲主機，其主機板開始普遍採用選擇性背鑽。USB4 40 Gbps 和下一代DisplayPort 2.1的線纜/聯結器中，背鑽也被用於阻抗最佳化。未來數年內，背鑽將從“特殊工藝”變為高速PCB的“常規選項”。
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誤讀3：“殘餘Stub越短，效能越好，所以追求無限接近於零。” 糾偏：當殘餘Stub極短（如<2 mil），其對訊號的影響已低於其他不連續效應（如焊盤/反焊盤），強行減短不僅代價極高，還可能因背鑽過深破壞參考平面，反而惡化阻抗。因此存在一個“收益遞減”的成本效益平衡點，工業界根據系統預算設定合理的殘餘長度目標。
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誤讀4：“Stub隻影響插入損耗，不影響延遲。” 糾偏：Stub的諧振不僅衰減訊號，還引起相位延遲的劇烈非線性，導致群延遲惡化，產生碼間干擾。對於PAM4訊號，眼圖的時間裕度損失往往比幅度損失更致命。
13 最新事件
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輝達B200 GPU載板Stub規格升級（2024年3月） 欣興電子法說會指出，搭配Blackwell B200的ABF載板對VIa Stub殘餘長度要求從上一代的≤7 mil加嚴至≤5 mil，迫使載板廠大量匯入雷射背鑽。該公司預計2025年相關改造投資將推升資本支出至歷史新高（來源：欣興電子2024Q1法說會簡報）。
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深南電路廣州封裝基板專案投產（2024年6月） 深南電路宣佈FC-BGA基板一期投產，採用雷射背鑽和精細盲孔技術，面向AI晶片封裝。管理層預計2024年下半年起可貢獻營收，並視產能爬坡情況啟動二期（來源：公司公告與投關活動記錄）。
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大族雷射紫外背鑽系統突破（2024年4月） 大族雷射在上海CPCA展會展出第二代紫外雷射背鑽平台，宣稱可穩定控制殘餘Stub ≤ 4 mil，加工效率較一代提升30%。已獲滬電股份、勝宏科技試用（來源：大族雷射官方新聞稿及行業媒體報導）。
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PCIe 6.0標準釋出帶動背鑽下沉（2024年初） PCI-SIG正式釋出PCIe 6.0（64 Gbps），採用PAM4，對PCB損耗要求甚於PCIe 5.0。PCB設計軟體商Cadence 2024年5月釋出的應用指南建議，PCIe 6.0長距離走線應無條件進行背鑽。這將推動泛伺服器、儲存、加速卡等更廣闊市場採用背鑽工藝。
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Prismark上調高階PCB增長率（2024年2月） Prismark報告將2024-2027年伺服器/資料儲存PCB產值CAGR由15%上調至21%，主要因為AI硬體爆發。報告特別提到“對低殘餘背鑽的剛性需求”是支撐高階PCB高附加值的關鍵因素之一。
14 追蹤指標
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核心PCB廠商季度營收與“高階板”佔比 追蹤深南電路、滬電股份、欣興電子的月度/季度營收及其“AI伺服器板”或“載板”營收佔比變化，可反映背鑽需求景氣度。資料來源於公司月報和季度報告。
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AI GPU出貨量與 HBM 容量 NVIDIA、AMD的GPU出貨量（如輝達季度營收中資料中心部分），以及HBM位元增長率，直接決定配套載板和主機板對高階背鑽的需求。TrendForce集邦和IDC提供預測，實際數字來自公司財報。
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112G/224G SerDes晶片滲透率 博通、Marvell、Synopsys等的112G PHY出貨量，以及224G的樣品進度，是判斷Stub管理要求升級節奏的前瞻指標。此類資訊通常出現在晶片公司投資人簡報中。
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PCB裝置商訂單與出貨 大族數控、Schmoll的季度訂單額及出貨量（尤其是背鑽機），以及Drill & Routing裝置行業的進口資料，可印證PCB廠擴產動向。
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低損耗CCL出貨量 臺光電子、生益科技、聯茂等的高速材料銷售額，能反映整個高速PCB市場需求，穩定增長說明背鑽等工藝應用維持擴張。可以從臺灣CCL廠商月度營收公告追蹤（臺光電子、聯茂每月5日前後釋出）。
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背鑽良率與殘餘Stub檢測資料 通過PCB廠社會責任報告或技術研討會揭露的背鑽良率、CPK等，評估行業工藝成熟度，間接反映競爭格局變化。
15 信源
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書籍
- Eric Bogatin, Signal and Power Integrity – Simplified, 2nd Edition, Prentice Hall.
- Stephen H. Hall et al., Advanced Signal Integrity for High-Speed Digital Designs, Wiley.
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行業報告
- Prismark Partners, PCB Industry and Technology Trends, 2024年3月.
- Prismark, Backdrilling and High-Speed Laminates Market Assessment, 2023年Q4.
- N.T. Information, PCB Cost Modeling Report, 2023.
- Topology Research Institute, IC Substrate Market Tracker, 2024年Q1.
- TrendForce, AI Server Market Outlook, 2024年2月.
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公司公開資訊
- 深南電路 2023年年報、2024年6月投資者關係活動記錄表.
- 滬電股份 2023年年報、2024年4月24日業績交流會紀要.
- 欣興電子 2024年Q1法說會演示文件及會議紀要.
- 景旺電子 2023年年報.
- 勝宏科技 2023年年報及2024年持續督導報告.
- 大族數控 2023年年報.
- 生益科技 2023年年報及2024年新品釋出新聞.
- 博通（Broadcom） Tomahawk 5 參考設計設計指南公開摘要.
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技術文章與標準
- Keysight Technologies, Via Stub Effects in 112Gbps PAM4 Links, Application Note, 2023.
- Signal Integrity Journal, “Modeling and Measurement of Via Stubs in High-Speed Designs”, 2022年10月.
- IPC-6012E, Qualification and Performance Specification for Rigid Printed Boards.
- IPC-A-600J, Acceptability of Printed Boards.
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媒體與公開報導
- 臺灣經濟日報，“欣興砸60億擴AI載板產能”，2024年3月.
- CPCA展覽會專題報道，大族雷射新品釋出會，2024年4月.
- Cadence Blog, “Designing for PCIe 6.0 – Via Stubs Optimization”, 2024年5月.