Mantenimiento vs. eliminación de pads no funcionales en vías para PCBs de alta velocidad: Impacto en la integridad de señal

Introducción a los NFP

Las señales de alta velocidad son un tema candente que no puede evitarse en la industria de las comunicaciones. Con el aumento de la cantidad de información transmitida y la velocidad de transmisión, las señales de alta velocidad se han vuelto cada vez más significativas. El PCB de alta velocidad es la placa base de las señales de alta velocidad y su selección de materiales, tecnología de fabricación y diseño de enrutado afectan la calidad de las señales de alta velocidad. El Pad No Funcional (Non-Functional Pad, NFP) es un método tecnológico para fabricar PCBs de alta velocidad, mientras que la pérdida de inserción es uno de los parámetros más importantes que indican la calidad de la señal. Eliminar o mantener los NFP ha sido un tema de discusión inevitable entre ingenieros y fabricantes. Este artículo analiza la influencia de los NFP en la pérdida de inserción de señales de alta velocidad desde la perspectiva del proceso de fabricación mediante un método experimental, y le guía hacia la respuesta de si eliminar o mantener los pads no utilizados.

Diseño del experimento

En este experimento, se selecciona el mismo material CCL (Copper Clad Laminate). Todos los PCBs contienen 20 capas, entre las cuales el enrutado se implementa en la tercera y decimoctava capa. La pérdida de inserción puede compararse entre agregar NFP (Esquema 1) y eliminar NFP (Esquema 2) para determinar si el NFP influye en la calidad de la señal. Dado que existen muchos elementos inciertos en el proceso de fabricación de PCB, los parámetros clave deben inspeccionarse además de la pérdida de inserción para garantizar que no se mezclen otros elementos de influencia en la fabricación.

Inspección de elementos influyentes

Inspección de consistencia de impedancia

En la prueba de pérdida de señal, la reflexión de señal tiende a generarse debido a una impedancia inconsistente, lo que influirá finalmente en el resultado de la prueba de pérdida de inserción. Como resultado, la corrección de la prueba de pérdida de inserción depende directamente de la calidad de la consistencia de impedancia. La prueba de impedancia característica se implementa respectivamente según el Esquema 1 y el Esquema 2, y el valor de impedancia característica obtenido se resume en la tabla siguiente.

Esquema de prueba	Capa de prueba	Impedancia característica (Ohm)
Esquema 1	3ª capa	113,03
Esquema 2	3ª capa	112,71
Esquema 1	18ª capa	111,93
Esquema 2	18ª capa	114,07

Basándose en la tabla anterior, se puede ver que la diferencia de impedancia está dentro del 5% entre los dos esquemas, con la conclusión de que la influencia de la impedancia característica en la prueba de pérdida puede despreciarse.

Inspección de elementos que influyen en la pérdida de inserción

La pérdida de inserción está compuesta por pérdida dieléctrica y pérdida del conductor. Dado que se aplica el mismo material y gráficos de fotolitografía en los dos esquemas inspeccionados en este experimento, la pérdida dieléctrica y la pérdida del conductor solo resultan de la fabricación de PCB. A continuación, se analizarán ambos elementos respectivamente para garantizar la no influencia en la fabricación de PCB.

a. Inspección de pérdida dieléctrica

La aplicación de hoja de adhesión en el apilado multicapa producirá cierta recesión de resina y diferente cantidad de recesión de resina conduce a diferencias en la pérdida dieléctrica. En términos de incertidumbre de la recesión de resina en la hoja de adhesión, el análisis de sección transversal debe implementarse después del apilado para eliminar totalmente la influencia debida a la diferencia en la cantidad de recesión de resina.

Mediante el análisis, se puede resumir que el grosor del núcleo de la capa superior e inferior de los dos esquemas es respectivamente 139,8 µm y 135,2 µm. Después del apilado, el grosor de la hoja de adhesión es respectivamente 257,4 µm y 251,9 µm. La diferencia máxima de grosor está dentro de 6 µm, cumpliendo con el requisito de tolerancia de fabricación y la pérdida de inserción no se verá influenciada por la pérdida dieléctrica.

b. Inspección de pérdida del conductor

La pérdida del conductor está relacionada con la longitud y anchura de las líneas, rugosidad superficial y erosión lateral durante el proceso de fabricación de PCB en el circuito de prueba. En los dos esquemas de este experimento, el diseño del circuito es el mismo con la influencia de la longitud de línea eliminada. El efecto Brown, la concentración de la solución de grabado y la presión del agua influyen en la rugosidad superficial. Para evitar estos elementos complejos, la consistencia del circuito se juzga directamente desde el resultado final.

Mediante el experimento, el ancho de la línea de transmisión se mide en 168 µm y 166 µm con la aplicación del Esquema 1 y Esquema 2 respectivamente, y la altura de la línea de transmisión 18,3 µm y 18,9 µm. La rugosidad superficial se mantiene en 2,5 µm en ambos casos. Todos los datos indican que la pérdida del conductor es básicamente similar en términos de fabricación de línea de transmisión, por lo que la influencia de la pérdida del conductor en la pérdida de inserción puede eliminarse.

Análisis de la influencia del NFP

Partiendo de la fuente de generación de la pérdida dieléctrica y del conductor, acoplado con el principio de generación de la pérdida de inserción, se implementa una serie de inspecciones en términos de consistencia de fabricación de PCB para garantizar que solo ocurra una variable, que es el NFP, en los dos esquemas. Según el método FD (Frequency Domain) en IPC-TM650-2.5.5.12, el Esquema 1 y el Esquema 2 se prueban con el resultado mostrado en la Figura 2.

Como resultado de la única variable, el NFP, la influencia del NFP en la pérdida de inserción de la señal puede juzgarse aproximadamente. El Esquema 1 elimina el NFP mientras que el Esquema 2 mantiene el NFP. Se puede ver en la figura anterior que, ya sea en la capa 03 o en la capa 18, el resultado de la prueba de pérdida de inserción en el Esquema 1 es menor que el del Esquema 2, lo que indica que agregar NFP aumentará la pérdida de inserción de la señal.

Basándose en este experimento, la diferencia de pérdida de inserción se mantiene en aproximadamente un 9% entre los dos esquemas. La Figura 3 es una clasificación primaria en un material famoso para terminales de comunicación.

Basándose en la Figura 3, se puede ver que ocurre una diferencia muy pequeña de pérdida de inserción entre todos los rangos de materiales. Si la pérdida de inserción inspeccionada en este experimento cae justo dentro de la categoría de umbral, el grado del material disminuirá por el NFP, lo que influirá enormemente en toda la línea de producción, desde el fabricante de materiales hasta el final.

Conclusión

En lo que respecta a PCBs de alta velocidad, los PCBs multicapa son inevitables como tendencia de desarrollo y la fabricación de vías through-hole es el primer problema. El NFP presenta una gran mejora en el cobre PTH en el proceso de fabricación de la pared de la vía del PCB y desempeña un papel eficaz para evitar que el cobre de la vía se caiga y tratar problemas de calidad como grietas en la pared de la vía. Eliminando otros elementos influyentes, se considera la variable del NFP en este artículo y se analiza la influencia del NFP en la pérdida de inserción, de modo que es capaz de proporcionar alguna referencia al fabricante de materiales, fabricante de PCB y fabricante terminal en términos de diseño de PCB de alta velocidad.

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