非功能性墊片有哪些作用

四層或更多層的電路板堆疊通常具有通孔，這些通孔連接到?jīng)]有電連接的層上的焊盤(pán)。這些非功能性墊片應(yīng)該留下，還是應(yīng)該留下？本文介紹了該問(wèn)題并提供了資源。

在創(chuàng)建多層PCB時(shí)，在制造過(guò)程中會(huì)創(chuàng)建過(guò)孔以連接不同層上的銅。過(guò)孔可以穿過(guò)它們不需要電連接的層。所以問(wèn)題就變成了，你是否應(yīng)該在這些層上加上墊子？

有時(shí)，決定是在制造廠為你做出的，在制造過(guò)程中，在制造之前將非功能墊移除。但問(wèn)題仍然存在。

我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)中保留非功能性焊盤(pán)還是消除它們？

用于6層堆棧的通孔過(guò)孔，帶有非功能性焊盤(pán)（左）和移除（右）

陪審團(tuán)仍在討論，但仍傾向于消滅。在您自己決定之前，這里是一個(gè)概述和有關(guān)該主題的信息的鏈接。

去除非功能性墊的案例

鉆孔壽命

印刷電路板由銅層和基板層組成。在幾乎所有情況下，鉆穿基板比鉆穿銅更容易。許多董事會(huì)將拆除非功能性墊片以延長(zhǎng)鉆頭壽命，設(shè)計(jì)師可能永遠(yuǎn)不會(huì)知道。為什么鉆頭壽命受到關(guān)注？磨損或振動(dòng)的鉆頭可以產(chǎn)生微裂縫，這些微裂縫隨后會(huì)破壞電鍍過(guò)程并產(chǎn)生空隙。為了防止這種情況，必須在規(guī)定數(shù)量的孔之后監(jiān)視和更換鉆頭。

顯示通孔筒和銅層之間的楔形空隙的電子顯微照片。圖像的右半部分顯示了一個(gè)垂直的桶壁，有多個(gè)裂縫和空隙。圖像的左半部分顯示了通孔墊。圖片使用了杜邦公司的Karl Dietz博士。

避免高頻問(wèn)題

高速電路要求過(guò)孔為盡可能短并且沒(méi)有任何不必要的銅柱 - 這些會(huì)改變信號(hào)傳輸線的阻抗。存根也可能產(chǎn)生有問(wèn)題的信號(hào)反射。如果由短截線引起的單向傳播延遲對(duì)應(yīng)于信號(hào)波長(zhǎng)的四分之一（或四分之三，或五分之四，等等），則反射信號(hào)將延遲半個(gè)周期。當(dāng)原始波形與反射波形相結(jié)合，信號(hào)丟失（有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱此文章）。非常高頻電路的設(shè)計(jì)人員通常會(huì)移除非功能性焊盤(pán)并使通孔“反鉆”，即從另一側(cè)鉆出（稍微大一點(diǎn)）以移除短截線。

這些眼圖表明了背鉆通孔存在的潛在改進(jìn)（左）與存根相比，存根留在原位（右）。圖片由ti.com提供

B ack-drilled 過(guò)孔顯示在最低層。圖像由德州儀器公司提供。

如上所述，無(wú)效的通孔焊盤(pán)（以及防焊墊）占用寶貴的電路板空間。這有利于刪除未使用的墊。

在這個(gè)例子中，去除不起作用的焊盤(pán)（左）允許銅澆注填充更多的板，而不是無(wú)功能焊盤(pán)的版本保留。

如果您的PCB在出廠前已經(jīng)過(guò)光學(xué)檢查，未使用的焊盤(pán)還有另一個(gè)缺點(diǎn)：非功能性焊盤(pán)的光學(xué)檢查就像它們的功能對(duì)應(yīng)物一樣。去除墊片會(huì)減少檢查時(shí)間。

保持非功能性墊片的情況

大多數(shù)物質(zhì)在加熱時(shí)會(huì)膨脹，在冷卻時(shí)會(huì)收縮，但是不同的材料有不同的導(dǎo)熱系數(shù)和不同的熱膨脹系數(shù)，因此，它們不會(huì)以均勻的方式膨脹或收縮。此外，印刷電路板具有局部熱源，例如必須耗散大量功率的線性電壓調(diào)節(jié)器。

上一個(gè)AAC項(xiàng)目的兩塊PCB的FLIR相機(jī)圖像顯示了兩塊連接的PCB之間的熱差異。

不移除非功能性襯墊的制造商出于客戶滿意或機(jī)械原因這樣做。他們認(rèn)為，當(dāng)通孔軸與盡可能多的層粘合時(shí)，它提供額外的z軸強(qiáng)度，抵抗熱膨脹的應(yīng)力，這可能導(dǎo)致通孔筒中的裂縫和分離。

圖片由http://www.pwbcorp.com提供，顯示在Z軸擴(kuò)展期間傳播裂紋。

資源

DFR Solutions對(duì)多家電路板制造公司進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中大多數(shù)都去掉了非功能性焊盤(pán)。 （他們的研究是本文的靈感來(lái)源。）

PWB互連解決方案的一篇文章聲稱，與非功能性焊盤(pán)粘合的高縱橫比通孔看到長(zhǎng)度減少10-30％長(zhǎng)期性能以及與非功能性焊盤(pán)相連的低縱橫比通孔使長(zhǎng)期性能提高10-15％。 （縱橫比是通孔長(zhǎng)度與直徑之比。）此外，他們的研究表明，失效通常發(fā)生在最內(nèi)層。

結(jié)論

如果這是您第一次聽(tīng)到這個(gè)爭(zhēng)論 - 您可能會(huì)刪除無(wú)功能的打擊墊以利用額外的路由空間。但是，如果鉆孔離目標(biāo)幾個(gè)密耳，請(qǐng)確保通孔周圍有足夠的間距。如果您正在設(shè)計(jì)必須在溫度或濕度發(fā)生重大波動(dòng)的環(huán)境中工作多年的電路板，您應(yīng)咨詢可靠性工程師以獲得進(jìn)一步的建議。