Сохранение или удаление нефункциональных падов в виа для высокоскоростных печатных плат: влияние на целостность сигнала

Высокоскоростные сигналы — это горячая тема, которой не могут избежать коммуникационные отрасли. С увеличением объема передаваемой информации и скорости передачи высокоскоростные сигналы постепенно становятся значимыми. Высокоскоростная печатная плата — это плата для высокоскоростных сигналов, и выбор материалов, технологии производства и проектирование трассировки все влияют на качество высокоскоростных сигналов. Нефункциональный пад (NFP) — это технологический метод производства высокоскоростных печатных плат, а потери вставки — один из самых важных параметров, указывающих на качество сигнала. Оставить или удалить NFP — неизбежная тема для обсуждения между инженерами и производителями. В данной статье анализируется влияние NFP на потери вставки высокоскоростных сигналов с точки зрения производственного процесса экспериментальным методом, и дается ответ на вопрос, следует ли удалять или сохранять неиспользуемые пады.

Введение в NFP

Нефункциональные пады — это пады на внутренних или внешних слоях, которые не подключены к каким-либо активным проводящим структурам на слое. NFP не влияет на передачу электрических сигналов, но способен усилить адгезию меди на стенке отверстия. NFP показан на рисунке 1 ниже.

Добавление NFP означает предоставление точек крепления металла перед медированием металлизированных отверстий (PTH), поэтому многие производители склонны добавлять NFP для обеспечения лучшего эффекта медирования PTH в процессе производства многослойных печатных плат.

Проектирование эксперимента

В этом эксперименте выбран один и тот же материал CCL (медообкладная ламинат). Все печатные платы содержат 20 слоев, среди которых трассировка реализована на третьем и восемнадцатом слоях. Потери вставки можно сравнить между добавлением NFP (Схема 1) и удалением NFP (Схема 2), чтобы определить, влияет ли NFP на качество сигнала. Поскольку в процессе производства печатных плат существует много неопределенных элементов, ключевые параметры должны быть проверены помимо потерь вставки, чтобы гарантировать отсутствие других влияющих факторов в производстве.

Проверка влияющих элементов

• Проверка согласованности импеданса

В тесте потерь сигнала отражение сигнала имеет тенденцию генерироваться из-за несогласованного импеданса, что в конечном итоге влияет на результат теста потерь вставки. Следовательно, правильность теста потерь вставки напрямую зависит от качества согласованности импеданса. Тест характеристического импеданса проводится соответственно по Схеме 1 и Схеме 2, и полученные значения характеристического импеданса суммированы в таблице ниже.

Тестовая схема	Тестовый слой	Характеристический импеданс (Ом)
Схема 1	3-й слой	113,03
Схема 2	3-й слой	112,71
Схема 1	18-й слой	111,93
Схема 2	18-й слой	114,07

Исходя из приведенной таблицы, видно, что разница в импедансе находится в пределах 5% между двумя схемами, с выводом о том, что влияние характеристического импеданса на тест потерь можно пренебречь.

• Проверка элементов, влияющих на потери вставки

Потери вставки состоят из диэлектрических потерь и потерь в проводнике. Поскольку в двух схемах, проверяемых в этом эксперименте, применяются одинаковые материалы и графики фоторезиста, диэлектрические потери и потери в проводнике возникают только из-за производства печатных плат. Далее оба пункта будут проанализированы соответственно, чтобы обеспечить отсутствие влияния на производство печатных плат.

а. Проверка диэлектрических потерь

Применение клеевого предпрогреванного материала (препрега) в многослойной сборке приведет к некоторому отхождению смолы, и разное количество отхождения смолы приводит к различиям в диэлектрических потерях. В связи с неопределенностью отхождения смолы на препреге, после сборки необходимо провести поперечный сечение, чтобы полностью устранить влияние из-за разницы в количестве отхождения смолы.

Через анализ можно резюмировать, что толщина ядра верхнего и нижнего слоев двух схем составляет соответственно 139,8 мкм и 135,2 мкм. После сборки толщина препрега составляет соответственно 257,4 мкм и 251,9 мкм. Максимальная разница в толщине находится в пределах 6 мкм, что соответствует требованиям производственной толерантности, и потери вставки не будут затронуты из-за диэлектрических потерь.

б. Проверка потерь в проводнике

Потери в проводнике связаны с длиной и шириной линий, шероховатостью поверхности и боковым подтравливанием в процессе производства печатных плат в тестовой цепи. В двух схемах этого эксперимента проектирование цепи одинаковое, что устраняет влияние длины линии. Эффект кожи, концентрация раствора для травления и давление воды влияют на шероховатость поверхности. Чтобы избежать этих сложных элементов, согласованность цепи оценивается напрямую по конечному результату.

Через эксперимент ширина линии передачи измерена соответственно 168 мкм и 166 мкм при применении Схемы 1 и Схемы 2, а высота линии передачи — 18,3 мкм и 18,9 мкм. Шероховатость поверхности в обоих случаях остается на уровне 2,5 мкм. Все данные указывают на то, что потери в проводнике по сути похожи в терминах производства линий передачи, поэтому влияние потерь в проводнике на потери вставки можно исключить.

Анализ влияния NFP

Исходя из источника генерации диэлектрических потерь и потерь в проводнике, в сочетании с принципом генерации потерь вставки, серия проверок проводится в терминах согласованности производства печатных плат, чтобы обеспечить только одну переменную — NFP — в двух схемах. Согласно методу частотной области (FD) в IPC-TM-650 2.5.5.12, Схема 1 и Схема 2 тестируются с результатом, показанным на рисунке 2 ниже.

В результате единственной переменной — NFP, влияние NFP на потери вставки сигнала можно примерно оценить. Схема 1 удаляет NFP, а Схема 2 сохраняет NFP. Из приведенной выше фигуры видно, что либо для слоя 03, либо для слоя 18, результат теста потерь вставки в Схеме 1 во всех случаях меньше, чем в Схеме 2, что указывает на то, что добавление NFP усиливает потери вставки сигнала.

Исходя из этого эксперимента, разница в потерях вставки между двумя схемами сохраняется примерно на уровне 9%. Рисунок 3 представляет собой первичную градацию известного материала коммуникационного терминала.

Исходя из рисунка 3, видно, что очень небольшая разница в потерях вставки возникает между всеми рангами материалов. Если потери вставки, проверенные в этом эксперименте, попадают в категорию порогового значения, класс материала будет снижен из-за NFP, что сильно повлияет на всю производственную линию от производителя материалов до конечного потребителя.

Заключение

Когда речь идет о высокоскоростных печатных платах, многослойные печатные платы являются неизбежным трендом развития, а производство сквозных виа — первая проблема. NFP обеспечивает большое улучшение медирования стенки виа в процессе производства печатных плат и играет эффективную роль в предотвращении отслаивания меди виа и решении проблем качества, таких как трещины стенки виа. Исключая другие влияющие элементы, в этой статье рассматривается переменная NFP и анализируется влияние NFP на потери вставки, чтобы предоставить некоторую справочную информацию для производителей материалов, производителей печатных плат и производителей терминалов в терминах проектирования высокоскоростных печатных плат.

Полезные ресурсы:
• Введение в технологию Via-in-Pad (VIP)
• Советы по компоновке высокоскоростных печатных плат
• Методы трассировки высокоскоростных печатных плат для уменьшения влияния EMI
• Исследование проектирования высокоскоростных печатных плат во встроенных прикладных системах
• Полнофункциональный сервис производства печатных плат от PCBCart — множество ценностных опций
• Продвинутый сервис монтажа печатных плат от PCBCart — от 1 штуки