고속 PCB를 통해 작동하지 않는 패드를 제거하거나 보관해야 합니까?

고속 신호는 통신 업계에서 피할 수 없는 화두입니다. 전송되는 정보의 양이 증가하고 전송 속도가 빨라짐에 따라 고속 신호가 점차 중요해지고 있습니다. 고속 PCB는 고속 신호의 로딩 보드이며 재료 선택, 제조 기술 및 라우팅 설계가 모두 고속 신호의 품질에 영향을 미칩니다. NFP라고도 하는 Non-Functional Pad는 고속 PCB를 제조하는 기술적인 방법이며 삽입 손실은 신호 품질을 나타내는 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. NFP를 제거하거나 유지하는 것은 엔지니어와 제조업체 사이에 피할 수 없는 토론 주제였습니다. 이 글은 실험적인 방법으로 제조과정의 관점에서 고속 신호의 삽입 손실에 대한 NFP의 영향을 분석하고, 사용하지 않는 패드를 제거할지 보관할지에 대한 답을 안내한다.

NFP 소개

비기능 패드는 레이어의 활성 전도성 패턴에 연결되지 않은 내부 또는 외부 레이어의 패드입니다. NFP는 전기 신호 전송에 영향을 미치지 않지만 구멍 벽에 구리 접착력을 강화할 수 있습니다. NFP는 아래 그림 1에 표시될 수 있습니다.

NFP를 추가한다는 것은 PTH(Plated Through Hole) 구리 이전에 금속 부착 지점을 제공하는 것을 의미하므로 많은 제조업체에서 다층 PCB 제조 과정에서 PTH 구리의 더 나은 효과를 보장하기 위해 NFP를 추가하는 경향이 있습니다.

실험 디자인

이 실험에서는 동일한 CCL(Copper Clad Laminate) 재료가 선택되었습니다. 모든 PCB에는 20개의 레이어가 포함되어 있으며 그 중 3번째와 18번째 레이어에서 라우팅이 구현됩니다. NFP가 신호 품질에 영향을 미치는지 여부를 확인하기 위해 NFP 추가(Scheme 1)와 NFP 제거(Scheme 2) 간의 삽입 손실을 비교할 수 있습니다. PCB 제조 공정에는 불확실한 요소가 많이 존재하기 때문에 주요 매개변수를 삽입 손실과 별도로 검사하여 다른 영향 요소가 제조에 혼합되지 않도록 해야 합니다.

영향 요소 검사

• 임피던스 일관성 검사

신호 손실 테스트에서 임피던스 불일치로 인해 신호 반사가 발생하는 경향이 있으며, 이는 결국 삽입 손실 테스트 결과에 영향을 미칩니다. 결과적으로 삽입 손실 테스트의 정확성은 임피던스 일관성의 품질에 직접적으로 의존합니다. 특성 임피던스 시험은 각각 Scheme 1과 Scheme 2에 따라 수행하였으며, 얻어진 특성 임피던스 값은 아래 표와 같다.

테스트 계획	테스트 레이어	특성 임피던스(옴)
계획 1	세 번째 레이어	113.03
계획 2	세 번째 레이어	112.71
계획 1	18번째 레이어	111.93
계획 2	18번째 레이어	114.07

위의 표를 보면 두 방식 간의 임피던스 차이가 5% 이내임을 알 수 있으며 특성 임피던스가 손실 테스트에 미치는 영향을 무시할 수 있다는 결론을 내렸습니다.

• 삽입 손실 검사에 영향을 미치는 요소

삽입 손실은 유전 손실과 도체 손실로 구성됩니다. 이 실험에서 조사한 두 가지 방식에 동일한 재료와 라이트 페인팅 그래픽이 적용되기 때문에 유전 손실과 도체 손실은 PCB 제조에서만 발생합니다. 다음으로 PCB 제조에 ​​영향이 없는지 확인하기 위해 두 항목을 각각 분석합니다.

ㅏ. 유전 손실 검사

다층 적층에 접착 시트를 적용하면 약간의 수지 침체가 발생하고 수지 침체의 양에 따라 유전 손실의 차이가 발생합니다. 접착 시트의 레진 후퇴의 불확실성 측면에서, 레진 후퇴량의 차이로 인한 영향을 완전히 제거하기 위해 적층 후 x-섹션 분석을 수행해야 합니다.

분석을 통해 두 방식의 상층과 하층의 코어 두께는 각각 139.8μm와 135.2μm임을 알 수 있다. 적층 후 접착 시트의 두께는 각각 257.4μm 및 251.9μm입니다. 최대 두께 차이는 6μm 이내로 제조 공차 요구 사항을 충족하며 유전 손실로 인한 삽입 손실은 영향을 받지 않습니다.

비. 도체 손실 검사

따라서 도체 손실은 테스트 회로에서 PCB 제조 과정에서 선의 길이와 너비, 표면 거칠기 및 측면 침식과 관련이 있습니다. 이 실험의 두 가지 방식에서 회로 설계는 라인 길이의 영향을 제거한 것과 동일합니다. 브라운 효과, 에칭액 농도, 수압 모두 표면 거칠기에 영향을 미칩니다. 이러한 복잡한 요소를 피하기 위해 최종 결과에서 회로 일관성을 직접 판단합니다.

실험을 통해 Scheme 1과 Scheme 2를 적용한 전송선로 폭은 각각 168μm와 166μm로 측정되었으며, 전송선 높이는 18.3μm와 18.9μm이다. 표면 거칠기는 둘 다 2.5μm로 유지됩니다. 모든 데이터는 도체 손실이 전송 선로 제조 측면에서 기본적으로 유사하므로 삽입 손실에 대한 도체 손실의 영향을 제거할 수 있음을 나타냅니다.

NFP 영향 분석

유전 손실 및 도체 손실의 발생원에서 시작하여 삽입 손실의 발생 원리와 결합된 일련의 검사는 두 가지 방식에서 NFP라는 하나의 변수만 발생하도록 보장하기 위해 PCB 제조 일관성 측면에서 구현됩니다. IPC-TM650-2.5.5.12의 FD(Frequency Domain) 방법에 따라 Scheme 1과 Scheme 2를 테스트한 결과는 아래 그림 2와 같다.

유일한 변수인 NFP의 결과로 NFP가 신호 삽입 손실에 미치는 영향을 대략적으로 판단할 수 있습니다. Scheme 1은 NFP를 제거하고 Scheme 2는 NFP를 유지합니다. 위 그림에서 Scheme 1의 layer 03 또는 layer 18의 삽입 손실 테스트 결과가 모두 Scheme 2의 결과보다 작음을 알 수 있습니다. 이는 NFP를 추가하면 신호 삽입 손실이 강화됨을 나타냅니다.

이 실험을 기반으로 두 방식 간의 삽입 손실 차이는 약 9%를 유지합니다. 그림 3은 유명한 통신 단말기 자료에 대한 기본 등급입니다.

그림 3에 따르면 모든 등급의 재료 간에 삽입 손실 차이가 거의 발생하지 않음을 알 수 있습니다. 본 실험에서 조사한 삽입 손실이 임계값 범주에 불과하면 NFP에 의해 재료 등급이 낮아져 재료 제조업체에서 끝까지 전체 생산 라인에 큰 영향을 미칩니다.

결론

고속 PCB의 경우 다층 PCB가 불가피한 개발 추세이며 관통 비아 제조가 첫 번째 문제입니다. NFP는 PCB via wall을 제조하는 과정에서 PTH 동을 크게 개선한 것이 특징이며, via wall crack과 같은 품질 문제를 해결하고 via copper의 낙하를 막는 효과적인 역할을 합니다. 다른 영향 요소를 제거하고 NFP의 변수를 고려하여 NFP가 삽입 손실에 미치는 영향을 분석하여 고속 PCB 설계 측면에서 재료 제조업체, PCB 제조업체 및 단자 제조업체에 어느 정도 참고할 수 있습니다.

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