ควรลบหรือคงไว้ซึ่งแผ่นรองที่ไม่ทำหน้าที่ในรู via ของแผ่นวงจรความเร็วสูง?

สัญญาณความเร็วสูงเป็นประเด็นร้อนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สำหรับอุตสาหกรรมการสื่อสาร ด้วยปริมาณข้อมูลที่ส่งและอัตราความเร็วในการส่งที่เพิ่มขึ้น สัญญาณความเร็วสูงจึงค่อย ๆ กลายเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากขึ้นแผงวงจรพิมพ์ความเร็วสูงเป็นบอร์ดโหลดของสัญญาณความเร็วสูง และการเลือกใช้วัสดุ เทคโนโลยีการผลิต รวมถึงการออกแบบการเดินลายวงจร ล้วนส่งผลต่อคุณภาพของสัญญาณความเร็วสูง แผ่นแพดที่ไม่ทำหน้าที่ทางไฟฟ้า หรือ NFP (Non-Functional Pad) เป็นวิธีทางเทคโนโลยีในการผลิตแผ่น PCB ความเร็วสูง ในขณะที่การสูญเสียการแทรก (insertion loss) เป็นหนึ่งในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดที่บ่งบอกถึงคุณภาพของสัญญาณ การจะลบหรือคงไว้ซึ่ง NFP จึงกลายเป็นหัวข้อถกเถียงที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างวิศวกรและผู้ผลิต บทความนี้วิเคราะห์อิทธิพลของ NFP ที่มีต่อการสูญเสียการแทรกของสัญญาณความเร็วสูงจากมุมมองของกระบวนการผลิตด้วยวิธีการทดลอง และชี้แนะแนวทางคำตอบว่าควรลบหรือคงไว้ซึ่งแพดที่ไม่ได้ใช้งาน

บทนำเกี่ยวกับ NFP

แผ่นรองที่ไม่ทำหน้าที่ (Non-functional pads) คือแผ่นรองบนชั้นภายในหรือชั้นภายนอกที่ไม่ได้เชื่อมต่อกับลวดลายตัวนำไฟฟ้าที่ใช้งานอยู่ใด ๆ บนชั้นนั้น แผ่น NFP ไม่มีผลกระทบต่อการส่งสัญญาณไฟฟ้าใด ๆ แต่สามารถช่วยเสริมความแข็งแรงของการยึดเกาะของทองแดงบนผนังรูได้ แผ่น NFP สามารถแสดงได้ดังรูปที่ 1 ด้านล่าง

การเพิ่ม NFP หมายถึงการจัดเตรียมจุดยึดโลหะก่อนการชุบทองแดง PTH (Plated Through Hole) ดังนั้นผู้ผลิตจำนวนมากจึงมักเพิ่ม NFP เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพที่ดียิ่งขึ้นของการชุบทองแดง PTH ในกระบวนการผลิตแผ่นวงจรหลายชั้นการผลิตแผงวงจรพิมพ์.

การออกแบบการทดลอง

ในการทดลองนี้ แบบเดียวกันวัสดุ CCL (Copper Clad Laminate)ถูกเลือกแล้ว แผงวงจรทุกแผงมีทั้งหมด 20 เลเยอร์ โดยการเดินลายวงจรถูกทำบนเลเยอร์ที่สามและเลเยอร์ที่สิบแปด สามารถเปรียบเทียบการสูญเสียการแทรกสัญญาณได้ระหว่างการเพิ่ม NFP (โครงการที่ 1) และการลบ NFP (แผนผังที่ 2) เพื่อให้มั่นใจว่า NFP มีอิทธิพลต่อคุณภาพสัญญาณหรือไม่ เนื่องจากมีองค์ประกอบที่ไม่แน่นอนจำนวนมากในกระบวนการผลิต PCB จำเป็นต้องตรวจสอบพารามิเตอร์สำคัญต่าง ๆ นอกเหนือจากการสูญเสียการแทรกสอด เพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีองค์ประกอบอื่นที่มีอิทธิพลปะปนอยู่ในกระบวนการผลิต

การตรวจสอบองค์ประกอบที่มีอิทธิพล

• การตรวจสอบความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์

ในการทดสอบการสูญเสียสัญญาณ มักเกิดการสะท้อนของสัญญาณเนื่องจากอิมพีแดนซ์ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งท้ายที่สุดจะส่งผลต่อผลการทดสอบการสูญเสียการแทรก ดังนั้น ความถูกต้องของการทดสอบการสูญเสียการแทรกจึงขึ้นอยู่กับคุณภาพของความสม่ำเสมอของอิมพีแดนซ์โดยตรง การทดสอบอิมพีแดนซ์ลักษณะถูกดำเนินการแยกกันตามโครงการที่ 1และแผนผังที่ 2และค่าความต้านทานลักษณะเฉพาะที่ได้ถูกสรุปไว้ในตารางด้านล่าง

จากตารางข้างต้นจะเห็นได้ว่าความแตกต่างของอิมพีแดนซ์อยู่ภายใน 5% ระหว่างสองวิธีการ จึงสรุปได้ว่าอิทธิพลของอิมพีแดนซ์ลักษณะเฉพาะต่อการทดสอบการสูญเสียสามารถละเลยได้

• องค์ประกอบที่มีผลต่อการตรวจสอบการสูญเสียการแทรก

การสูญเสียการแทรกสอดประกอบด้วยการสูญเสียไดอิเล็กทริกและการสูญเสียตัวนำ เนื่องจากมีการใช้วัสดุชนิดเดียวกันและลายกราฟิกการพิมพ์แสงแบบเดียวกันในสองโครงร่างที่ตรวจสอบในการทดลองนี้ การสูญเสียไดอิเล็กทริกและการสูญเสียตัวนำจึงเกิดจากกระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) เท่านั้น ต่อไปจะทำการวิเคราะห์ทั้งสองส่วนแยกจากกันเพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีผลกระทบจากกระบวนการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB)

a. การตรวจสอบการสูญเสียไดอิเล็กทริก

การใช้แผ่นยึดติดแบบกาวในการซ้อนหลายชั้นจะทำให้เกิดการยุบตัวของเรซิน และปริมาณการยุบตัวของเรซินที่แตกต่างกันจะนำไปสู่ความแตกต่างของการสูญเสียไดอิเล็กทริก เนื่องจากมีความไม่แน่นอนของการยุบตัวของเรซินบนแผ่นยึดติดแบบกาว จึงจำเป็นต้องทำการวิเคราะห์หน้าตัดหลังการซ้อนชั้น เพื่อขจัดอิทธิพลที่เกิดจากความแตกต่างของปริมาณการยุบตัวของเรซินให้หมดสิ้น

จากการวิเคราะห์สามารถสรุปได้ว่า ความหนาแกนของชั้นบนและชั้นล่างของสองโครงร่างมีค่าเท่ากับ 139.8μm และ 135.2μm ตามลำดับ หลังจากการซ้อนชั้นแล้ว ความหนาของแผ่นกาวยึดติดมีค่าเท่ากับ 257.4μm และ 251.9μm ตามลำดับ ความแตกต่างของความหนาสูงสุดอยู่ภายใน 6μm ซึ่งเป็นไปตามข้อกำหนดค่าความเผื่อในการผลิต และการสูญเสียแทรกสอดจะไม่ถูกส่งผลกระทบจากการสูญเสียไดอิเล็กทริก

b. การตรวจสอบการสูญเสียของตัวนำ

ดังนั้น การสูญเสียในตัวนำจึงเกี่ยวข้องกับความยาวและความกว้างของสาย ความขรุขระของผิวหน้า และการสึกกร่อนด้านข้างระหว่างกระบวนการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)ในวงจรทดสอบ ในสองรูปแบบของการทดลองนี้ การออกแบบวงจรจะเหมือนกันโดยตัดผลกระทบจากความยาวของสายออกไป ผลของบราวน์ ความเข้มข้นของสารละลายกัดกร่อน และความดันน้ำ ล้วนมีผลต่อความขรุขระของผิว เพื่อหลีกเลี่ยงปัจจัยที่ซับซ้อนเหล่านี้ ความสม่ำเสมอของวงจรจึงถูกตัดสินโดยตรงจากผลลัพธ์สุดท้าย

จากการทดลองพบว่าความกว้างของสายส่งถูกวัดได้เท่ากับ 168μm และ 166μm ตามลำดับ โดยมีการใช้โครงการที่ 1และโครงการที่ 2และความสูงของสายส่งเท่ากับ 18.3μm และ 18.9μm ความขรุขระผิวทั้งสองอยู่ที่ 2.5μm ข้อมูลทั้งหมดแสดงให้เห็นว่าการสูญเสียตัวนำมีความใกล้เคียงกันโดยพื้นฐานในด้านการผลิตสายส่ง ดังนั้นจึงสามารถตัดอิทธิพลของการสูญเสียตัวนำต่อการสูญเสียการแทรกออกไปได้

การวิเคราะห์อิทธิพลของ NFP

โดยเริ่มจากแหล่งกำเนิดของการสูญเสียไดอิเล็กทริกและการสูญเสียตัวนำ ประกอบกับหลักการเกิดการสูญเสียการแทรกสอด ได้มีการดำเนินการตรวจสอบเป็นชุดในด้านความสม่ำเสมอของการผลิต PCB เพื่อให้มั่นใจว่ามีเพียงตัวแปรเดียวคือ NFP ที่เกิดขึ้นในสองโครงการ ตามวิธี FD (Frequency Domain) ในมาตรฐาน IPC-TM650-2.5.5.12แผนผังที่ 1และแผนผังที่ 2ถูกทดสอบแล้วโดยมีผลลัพธ์แสดงไว้ในรูปที่ 2 ด้านล่าง

ด้วยเหตุนี้ จากตัวแปรเพียงตัวเดียวคือ NFP จึงสามารถประเมินอิทธิพลของ NFP ต่อการสูญเสียสัญญาณแทรกได้โดยประมาณโครงการที่ 1ลบ NFP ในขณะที่แผนผังที่ 2รักษา NFP จากรูปด้านบนสามารถเห็นได้ว่าไม่ว่าจะเป็นเลเยอร์ 03 หรือเลเยอร์ 18 ผลการทดสอบการสูญเสียการแทรกอยู่ในโครงการที่ 1ทั้งหมดมีขนาดเล็กกว่านั้นของแผนผังที่ 2ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเพิ่ม NFP จะทำให้การสูญเสียสัญญาณแทรกซึมรุนแรงขึ้น

จากการทดลองนี้ พบว่าความแตกต่างของการสูญเสียการแทรกสอดคงอยู่ที่ประมาณ 9% ระหว่างสองวิธี รูปที่ 3 เป็นการจัดระดับขั้นต้นของวัสดุเทอร์มินัลการสื่อสารที่มีชื่อเสียง

จากรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่าความแตกต่างของการสูญเสียการแทรกสอดมีน้อยมากระหว่างวัสดุทุกเกรด หากการสูญเสียการแทรกสอดที่ตรวจสอบในการทดลองนี้อยู่ในช่วงระดับเกณฑ์เท่านั้น เกรดของวัสดุจะถูกลดลงโดย NFP ซึ่งจะส่งผลกระทบอย่างมากต่อสายการผลิตทั้งหมดตั้งแต่ผู้ผลิตวัสดุไปจนถึงปลายทาง

บทสรุป

เมื่อพูดถึงแผงวงจรพิมพ์ความเร็วสูง (High-speed PCB)แผงวงจรพิมพ์หลายชั้นเป็นแนวโน้มการพัฒนาที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ และการผ่านรูนำสัญญาณด้วยกระบวนการผลิตเป็นปัญหาแรก คุณลักษณะของ NFP ช่วยปรับปรุงทองแดง PTH บนผนังรูนำสัญญาณของแผ่น PCB ได้อย่างมาก และมีบทบาทอย่างมีประสิทธิภาพในการป้องกันการหลุดลอกของทองแดงในรูนำสัญญาณ รวมถึงการจัดการกับปัญหาคุณภาพต่าง ๆ เช่น การแตกร้าวของผนังรูนำสัญญาณ โดยตัดปัจจัยรบกวนอื่น ๆ ออกไป บทความนี้พิจารณาตัวแปร NFP และวิเคราะห์อิทธิพลของ NFP ที่มีต่อการสูญเสียการแทรกสัญญาณ เพื่อให้สามารถเป็นข้อมูลอ้างอิงแก่ผู้ผลิตวัสดุ ผู้ผลิตแผ่น PCB และผู้ผลิตปลายทาง ในด้านการออกแบบแผ่น PCB ความเร็วสูง

PCBCart เป็นผู้นำในการให้บริการโซลูชันการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ความแม่นยำสูงที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของการใช้งานความเร็วสูง ประสบการณ์ของเราช่วยให้มั่นใจได้ถึงการออกแบบ การคัดเลือกชิ้นส่วน และกระบวนการผลิตที่เหนือกว่า ซึ่งช่วยลดการสูญเสียสัญญาณ (insertion loss) และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของสัญญาณ ด้วยเทคโนโลยีล้ำสมัยและการประกันคุณภาพที่เข้มงวด เราช่วยให้คุณบรรลุประสิทธิภาพผลิตภัณฑ์ที่สูงยิ่งขึ้น ขอใบเสนอราคาจาก PCBCart ตอนนี้ และรับประโยชน์จากการทำงานร่วมกับผู้นำด้านโซลูชัน PCB ขั้นสูง

ขอใบเสนอราคาบอร์ด PCB ความแม่นยำสูงแบบกำหนดเองของคุณตอนนี้

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การแนะนำเทคโนโลยี Via in pad (VIP)
•เคล็ดลับการออกแบบความเร็วสูง
•เทคนิคการเดินลาย PCB ความเร็วสูงเพื่อลดอิทธิพลของ EMI
•การวิจัยการออกแบบ PCB ความเร็วสูงในระบบประยุกต์แบบฝังตัว
•บริการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบทุกฟังก์ชันจาก PCBCart - ตัวเลือกเสริมเพิ่มมูลค่าหลากหลาย
•บริการประกอบแผงวงจรขั้นสูงจาก PCBCart - เริ่มต้นเพียง 1 ชิ้น