Следует ли удалять или оставлять нефункциональные контактные площадки в переходных отверстиях высокоскоростной печатной платы?

Высокоскоростные сигналы — горячая тема, которой нельзя избежать в сфере связи. С увеличением объема передаваемой информации и скорости передачи высокоскоростные сигналы постепенно приобретают все большее значение. Высокоскоростная печатная плата представляет собой плату для загрузки высокоскоростных сигналов, и выбор материала, технология производства и конструкция разводки влияют на качество высокоскоростных сигналов. Non-Functional Pad, также известный как NFP, представляет собой технологический метод изготовления быстродействующих печатных плат, а вносимые потери являются одним из важнейших параметров, характеризующих качество сигнала. Удаление или сохранение NFP было неизбежной темой обсуждения между инженерами и производителями. В этой статье анализируется влияние NFP на вносимые потери высокоскоростных сигналов с точки зрения производственной процедуры экспериментальным методом, а также подсказывает, следует ли удалять или сохранять неиспользуемые контактные площадки.

Введение NFP

Нефункциональные контактные площадки — это контактные площадки на внутренних или внешних слоях, которые не связаны с какими-либо активными проводящими рисунками на слое. NFP не влияет на передачу электрического сигнала, но способен усилить сцепление меди со стенкой отверстия. NFP можно отобразить на рисунке 1 ниже.

Добавление NFP означает предоставление металлических точек крепления перед медью PTH (Plated Through Hole), поэтому многие производители склонны добавлять NFP, чтобы обеспечить лучший эффект PTH меди в процессе производства многослойных печатных плат.

Дизайн эксперимента

В этом эксперименте выбран тот же материал CCL (ламинат с медным покрытием). Все печатные платы содержат 20 слоев, среди которых трассировка реализована на третьем и восемнадцатом уровнях. Вносимые потери можно сравнить между добавлением NFP (схема 1) и удалением NFP (схема 2), чтобы убедиться, что NFP влияет на качество сигнала. Поскольку в процессе производства печатных плат присутствует много неопределенных факторов, ключевые параметры должны быть проверены помимо вносимых потерь, чтобы гарантировать, что никакие другие влияющие элементы не примешиваются к производству.

Проверка влияющих элементов

• Проверка согласованности импеданса

В тесте на затухание сигнала, как правило, возникает отражение сигнала из-за непостоянства импеданса, что в конечном итоге влияет на результат теста на вносимые потери. В результате корректность теста на вносимые потери напрямую зависит от качества согласованности импеданса. Испытание характеристического импеданса осуществляется соответственно в соответствии со схемой 1 и схемой 2, а полученное значение волнового сопротивления сведено в таблицу ниже.

Схема тестирования	Тестовый слой	Характеристическое сопротивление (Ом)
Схема1	3-й слой	113.03
Схема2	3-й слой	112,71
Схема1	18-й слой	111,93
Схема2	18-й слой	114.07

На основании приведенной выше таблицы видно, что разница импеданса между двумя схемами находится в пределах 5%, из чего можно сделать вывод, что влиянием характеристического импеданса на тест потерь можно пренебречь.

• Элементы, влияющие на проверку вносимых потерь

Вносимые потери состоят из диэлектрических потерь и потерь в проводнике. Поскольку в двух схемах, проверенных в этом эксперименте, используются одни и те же материалы и световая графика, диэлектрические потери и потери в проводнике являются результатом только производства печатных плат. Затем оба элемента будут соответственно проанализированы, чтобы гарантировать отсутствие влияния на производство печатных плат.

а. Контроль диэлектрических потерь

Применение листа с клеевым соединением в многослойной укладке приведет к некоторой рецессии смолы, а различная величина рецессии смолы приведет к различиям в диэлектрических потерях. С точки зрения неопределенности отступления смолы на листе с клеевым соединением, после укладки необходимо выполнить анализ поперечного сечения, чтобы полностью исключить влияние из-за разницы в величине отступления смолы.

На основе анализа можно сделать вывод, что толщина сердцевины верхнего слоя и нижнего слоя двух схем составляет соответственно 139,8 мкм и 135,2 мкм. После укладки толщина клеевого листа составляет соответственно 257,4 мкм и 251,9 мкм. Максимальная разница в толщине находится в пределах 6 мкм, что соответствует требованиям производственных допусков, а вносимые потери не будут зависеть от диэлектрических потерь.

б. Контроль потери проводника

Таким образом, потери в проводнике связаны с длиной и шириной линий, шероховатостью поверхности и боковой эрозией в процессе изготовления печатной платы в тестовой схеме. В двух схемах этого эксперимента схемотехника одинакова, но исключено влияние длины линии. Эффект коричневого цвета, концентрация травильного раствора и давление воды влияют на шероховатость поверхности. Чтобы избежать этих сложных элементов, согласованность схемы напрямую оценивается по конечному результату.

В ходе эксперимента измеренная ширина линии передачи составляет соответственно 168 мкм и 166 мкм с применением схемы 1 и схемы 2, а высота линии передачи составляет 18,3 мкм и 18,9 мкм. Шероховатость поверхности остается на уровне 2,5 мкм. Все данные показывают, что потери в проводниках в основном схожи с точки зрения изготовления линий передачи, поэтому влияние потерь в проводниках на вносимые потери можно исключить.

Анализ влияния NFP

Начиная с источника генерации диэлектрических потерь и потерь в проводнике в сочетании с принципом генерации вносимых потерь, выполняется серия проверок с точки зрения согласованности производства печатных плат, чтобы гарантировать, что только одна переменная, NFP, присутствует в двух схемах. В соответствии с методом FD (частотная область) в IPC-TM650-2.5.5.12 схемы 1 и схемы 2 протестированы, и результат показан на рисунке 2 ниже.

По единственной переменной, NFP, можно приблизительно судить о влиянии NFP на вносимые потери сигнала. Схема 1 удаляет NFP, а схема 2 сохраняет NFP. Из рисунка выше видно, что либо уровень 03, либо уровень 18, результат теста на вносимые потери на схеме 1 меньше, чем на схеме 2, что указывает на то, что добавление NFP усилит вносимые потери сигнала.

На основании этого эксперимента разница между вносимыми потерями между двумя схемами составляет примерно 9%. На рис. 3 показана первичная оценка материала известного коммуникационного терминала.

На Рисунке 3 видно, что разница между вносимыми потерями между всеми классами материалов очень мала. Если вносимые потери, проверенные в этом эксперименте, просто попадают в категорию порога, качество материала будет снижено на NFP, что сильно повлияет на всю производственную линию от производителя материала до конца.

Заключение

Когда дело доходит до высокоскоростных печатных плат, многослойные печатные платы являются неизбежной тенденцией развития, и сквозное производство является первой проблемой. NFP обладает значительным улучшением по сравнению с медью PTH в процессе производства печатных плат через стену и играет эффективную роль в предотвращении падения меди и решении проблем с качеством, таких как трещины в стене. За исключением других влияющих элементов, в этой статье рассматривается переменная NFP, и анализируется влияние NFP на вносимые потери, чтобы можно было дать некоторую ссылку на производителя материала, производителя печатных плат и производителей терминалов с точки зрения проектирования высокоскоростных печатных плат.

Полезные ресурсы
• Введение в технологию Via in pad (VIP)
• Советы по быстродействующей компоновке
• Методы высокоскоростной разводки печатных плат для снижения влияния электромагнитных помех
• Исследование высоких -Ускоренное проектирование печатных плат во встроенной прикладной системе
• Полнофункциональная услуга по изготовлению печатных плат от PCBCart — Несколько дополнительных опций
• Усовершенствованная услуга по сборке печатных плат от PCBCart — от 1 шт.