非功能性垫片有哪些作用

四层或更多层的电路板堆叠通常具有通孔，这些通孔连接到没有电连接的层上的焊盘。这些非功能性垫片应该留下，还是应该留下？本文介绍了该问题并提供了资源。

在创建多层PCB时，在制造过程中会创建过孔以连接不同层上的铜。过孔可以穿过它们不需要电连接的层。所以问题就变成了，你是否应该在这些层上加上垫子？

有时，决定是在制造厂为你做出的，在制造过程中，在制造之前将非功能垫移除。但问题仍然存在。

我们应该在设计中保留非功能性焊盘还是消除它们？

用于6层堆栈的通孔过孔，带有非功能性焊盘（左）和移除（右）

陪审团仍在讨论，但仍倾向于消灭。在您自己决定之前，这里是一个概述和有关该主题的信息的链接。

去除非功能性垫的案例

钻孔寿命

印刷电路板由铜层和基板层组成。在几乎所有情况下，钻穿基板比钻穿铜更容易。许多董事会将拆除非功能性垫片以延长钻头寿命，设计师可能永远不会知道。为什么钻头寿命受到关注？磨损或振动的钻头可以产生微裂缝，这些微裂缝随后会破坏电镀过程并产生空隙。为了防止这种情况，必须在规定数量的孔之后监视和更换钻头。

显示通孔筒和铜层之间的楔形空隙的电子显微照片。图像的右半部分显示了一个垂直的桶壁，有多个裂缝和空隙。图像的左半部分显示了通孔垫。图片使用了杜邦公司的Karl Dietz博士。

避免高频问题

高速电路要求过孔为尽可能短并且没有任何不必要的铜柱 - 这些会改变信号传输线的阻抗。存根也可能产生有问题的信号反射。如果由短截线引起的单向传播延迟对应于信号波长的四分之一（或四分之三，或五分之四，等等），则反射信号将延迟半个周期。当原始波形与反射波形相结合，信号丢失（有关更多信息，请参阅此文章）。非常高频电路的设计人员通常会移除非功能性焊盘并使通孔“反钻”，即从另一侧钻出（稍微大一点）以移除短截线。

这些眼图表明了背钻通孔存在的潜在改进（左）与存根相比，存根留在原位（右）。图片由ti.com提供

B ack-drilled 过孔显示在最低层。图像由德州仪器公司提供。

如上所述，无效的通孔焊盘（以及防焊垫）占用宝贵的电路板空间。这有利于删除未使用的垫。

在这个例子中，去除不起作用的焊盘（左）允许铜浇注填充更多的板，而不是无功能焊盘的版本保留。

如果您的PCB在出厂前已经过光学检查，未使用的焊盘还有另一个缺点：非功能性焊盘的光学检查就像它们的功能对应物一样。去除垫片会减少检查时间。

保持非功能性垫片的情况

大多数物质在加热时会膨胀，在冷却时会收缩，但是不同的材料有不同的导热系数和不同的热膨胀系数，因此，它们不会以均匀的方式膨胀或收缩。此外，印刷电路板具有局部热源，例如必须耗散大量功率的线性电压调节器。

上一个AAC项目的两块PCB的FLIR相机图像显示了两块连接的PCB之间的热差异。

不移除非功能性衬垫的制造商出于客户满意或机械原因这样做。他们认为，当通孔轴与尽可能多的层粘合时，它提供额外的z轴强度，抵抗热膨胀的应力，这可能导致通孔筒中的裂缝和分离。

图片由http://www.pwbcorp.com提供，显示在Z轴扩展期间传播裂纹。

资源

DFR Solutions对多家电路板制造公司进行了调查，结果发现其中大多数都去掉了非功能性焊盘。 （他们的研究是本文的灵感来源。）

PWB互连解决方案的一篇文章声称，与非功能性焊盘粘合的高纵横比通孔看到长度减少10-30％长期性能以及与非功能性焊盘相连的低纵横比通孔使长期性能提高10-15％。 （纵横比是通孔长度与直径之比。）此外，他们的研究表明，失效通常发生在最内层。

结论

如果这是您第一次听到这个争论 - 您可能会删除无功能的打击垫以利用额外的路由空间。但是，如果钻孔离目标几个密耳，请确保通孔周围有足够的间距。如果您正在设计必须在温度或湿度发生重大波动的环境中工作多年的电路板，您应咨询可靠性工程师以获得进一步的建议。