Moeten niet-functionele pads worden verwijderd of bewaard in vias van high-speed PCB?

High-speed signalen is een hot topic dat niet kan worden vermeden door communicatie-industrieën. Met de toename van de hoeveelheid verzonden informatie en de transmissiesnelheid, zijn hogesnelheidssignalen geleidelijk significant geworden. High-speed PCB is een laadbord van high-speed signalen en de materiaalkeuze, productietechnologie en routing-ontwerp hebben allemaal invloed op de kwaliteit van high-speed signalen. Non-Functional Pad, ook bekend als NFP, is een technologische methode om high-speed PCB's te vervaardigen, terwijl insertion loss een van de belangrijkste parameters is die de signaalkwaliteit aangeeft. Het verwijderen of behouden van NFP is een onvermijdelijk gespreksonderwerp geweest tussen ingenieurs en fabrikanten. Dit artikel analyseert de invloed van NFP op invoegverlies van hogesnelheidssignalen vanuit het perspectief van de fabricageprocedure in een experimentele methode, en begeleidt u bij het antwoord op het al dan niet verwijderen of behouden van ongebruikte pads.

Introductie van NFP

Niet-functionele pads zijn pads op interne of externe lagen die niet zijn verbonden met actieve geleidende patronen op de laag. NFP heeft geen invloed op de transmissie van elektrische signalen, maar kan de koperhechting op de wand van het gat versterken. NFP kan worden weergegeven in Afbeelding 1 hieronder.

Het toevoegen van NFP betekent het voorzien van metalen bevestigingspunten voorafgaand aan PTH (Plated Through Hole) koper, dus veel fabrikanten hebben de neiging om NFP toe te voegen om een ​​beter effect van PTH-koper in het proces van meerlaagse PCB-productie te garanderen.

Experimentontwerp

In dit experiment wordt hetzelfde CCL (Copper Clad Laminate) materiaal geselecteerd. Alle PCB's bevatten 20 lagen, waaronder routing op de derde en achttiende laag. Invoegverlies kan worden vergeleken tussen het toevoegen van NFP (Schema 1) en het verwijderen van NFP (Schema 2) om er zeker van te zijn of NFP invloed heeft op de signaalkwaliteit. Omdat er veel onzekere elementen aanwezig zijn in het productieproces van PCB's, moeten de belangrijkste parameters worden geïnspecteerd, afgezien van insertieverlies, om te garanderen dat er geen andere invloedselementen in de productie worden gemengd.

Inspectie van elementen beïnvloeden

• Impedantie consistentie inspectie

In de signaalverliestest wordt signaalreflectie meestal gegenereerd als gevolg van inconsistente impedantie, wat uiteindelijk het testresultaat van invoegverlies zal beïnvloeden. Dientengevolge hangt de juistheid van de insertieverliestest rechtstreeks af van de kwaliteit van de impedantieconsistentie. Karakteristieke impedantietest wordt uitgevoerd volgens respectievelijk Schema 1 en Schema 2 en de verkregen karakteristieke impedantiewaarde is samengevat in onderstaande tabel.

Op basis van bovenstaande tabel kan worden gezien dat het impedantieverschil binnen 5% valt tussen twee schema's met de conclusie dat de invloed van karakteristieke impedantie op de verliestest kan worden verwaarloosd.

• Elementen die de inspectie van insertieverlies beïnvloeden

Invoegverlies bestaat uit diëlektrisch verlies en geleiderverlies. Omdat hetzelfde materiaal en lichtvervende afbeeldingen worden toegepast in twee schema's die in dit experiment zijn geïnspecteerd, zijn diëlektrisch verlies en verlies van geleiders alleen het gevolg van de fabricage van PCB's. Vervolgens zullen beide items respectievelijk worden geanalyseerd om ervoor te zorgen dat er geen invloed is op de PCB-productie.

a. Inspectie diëlektrisch verlies

Toepassing van een zelfklevend hechtvel bij stapelen met meerdere lagen zal enige harsrecessie veroorzaken en een verschillende hoeveelheid harsrecessie leidt tot verschillen tussen diëlektrisch verlies. In termen van onzekerheid van harsrecessie op zelfklevend hechtvel, moet een x-sectie-analyse worden uitgevoerd na het stapelen om de invloed als gevolg van het verschil in termen van harsrecessiehoeveelheid volledig te elimineren.

Door de analyse kan worden samengevat dat de kerndikte van de bovenste laag en de onderste laag van de twee schema's respectievelijk 139,8 m en 135,2 μm is. Na het opstapelen is de dikte van het hechtvel respectievelijk 257,4 m en 251,9 m. Het maximale dikteverschil valt binnen 6 m, rekening houdend met de vereiste productietolerantie en invoegverlies wordt niet beïnvloed door het diëlektrische verlies.

b. Inspectie geleiderverlies

Geleiderverlies houdt dus verband met lengte en breedte van lijnen, oppervlakteruwheid en laterale erosie tijdens het fabricageproces van PCB's in het testcircuit. In de twee schema's van dit experiment is het circuitontwerp hetzelfde, waarbij de invloed van de lijnlengte is geëlimineerd. Bruineffect, concentratie van etsoplossing en waterdruk hebben allemaal invloed op de oppervlakteruwheid. Om deze gecompliceerde elementen te vermijden, wordt de consistentie van het circuit direct beoordeeld op basis van het eindresultaat.

Door het experiment wordt de transmissielijnbreedte gemeten als respectievelijk 168 m en 166 m met de toepassing van Schema 1 en Schema 2 en de transmissielijnhoogte 18,3 m en 18,9 m. De oppervlakteruwheid blijft beide op 2,5 m. Alle gegevens geven aan dat geleiderverlies in principe vergelijkbaar is in termen van transmissielijnproductie, zodat de invloed van geleiderverlies op invoegverlies kan worden geëlimineerd.

NFP-invloedanalyse

Uitgaande van de generatiebron van diëlektrisch verlies en geleiderverlies, gekoppeld aan het generatieprincipe van invoegverlies, wordt een reeks inspecties geïmplementeerd in termen van PCB-productieconsistentie om ervoor te zorgen dat slechts één variabele, namelijk NFP, in de twee schema's voorkomt. Volgens de FD-methode (Frequency Domain) in IPC-TM650-2.5.5.12 worden Schema 1 en Schema 2 getest met het resultaat weergegeven in Afbeelding 2 hieronder.

Als resultaat van de enige variabele, NFP, kan de invloed van NFP op signaalinsertieverlies bij benadering worden beoordeeld. Schema 1 verwijdert NFP terwijl Schema 2 NFP behoudt. Uit de bovenstaande afbeelding blijkt dat ofwel laag 03 ofwel laag 18, het resultaat van de insertieverliestest in Schema 1 allemaal kleiner is dan dat van Schema 2, wat aangeeft dat het toevoegen van NFP het signaalinsertieverlies zal versterken.

Op basis van dit experiment blijft het verschil in insertieverlies tussen twee schema's op ongeveer 9%. Afbeelding 3 is een primaire beoordeling op een beroemd communicatie-eindmateriaal.

Op basis van figuur 3 kan worden gezien dat er zeer weinig verschil in insertieverlies optreedt tussen alle rangen van materialen. Als het in dit experiment geïnspecteerde invoegverlies net binnen de categorie van de drempel valt, zal de materiaalkwaliteit door NFP worden verlaagd, wat een grote invloed zal hebben op de hele productielijn van materiaalfabrikant tot einde.

Conclusie

Als het gaat om high-speed PCB's, zijn meerlaagse PCB's onvermijdelijk de ontwikkelingstrend en via productie is het eerste probleem. NFP biedt een grote verbetering ten opzichte van PTH-koper tijdens het vervaardigen van PCB's via de muur en speelt een effectieve rol bij het voorkomen dat via koper valt en bij het oplossen van kwaliteitsproblemen zoals via muurscheuren. Door andere beïnvloedende elementen te elimineren, wordt de variabele van NFP in dit artikel beschouwd en wordt de invloed van NFP op invoegverlies geanalyseerd, zodat het in staat is om enige verwijzing te bieden naar materiaalfabrikant, PCB-fabrikant en terminalfabrikant in termen van high-speed PCB-ontwerp.

Nuttige bronnen
• Introductie via in pad (VIP)-technologie
• Snelle lay-outtips
• Snelle PCB-routeringstechnieken om de invloed van EMI te verminderen
• Onderzoek naar hoge -Speed ​​PCB Design in Embedded Application System
• Full Feature PCB-productieservice van PCBCart - Meerdere opties met toegevoegde waarde
• Geavanceerde PCB-assemblageservice van PCBCart - Start vanaf 1 stuk