高速PCB过孔非功能焊盘保留与移除：对信号完整性的影响
非功能焊盘（NFP）简介
非功能焊盘是指内层或外层上未与该层任何有源导电图形相连的焊盘。NFP不影响电信号传输，但能增强孔壁铜的附着力。图1展示了NFP的结构示意。
增加NFP意为在PTH（金属化通孔）沉铜前提供金属附着点，因此众多厂商倾向于在多层PCB制造中添加NFP以确保PTH沉铜效果。
实验设计
本实验选用相同CCL（覆铜板）材料，所有PCB均为20层，走线分别在第3层和第18层。通过对比添加NFP（方案1）与移除NFP（方案2）的插入损耗，评估NFP对信号质量的影响。鉴于PCB制造存在诸多不确定因素，除插入损耗外还需检测关键参数，以确保无其他干扰因素混入。
影响因素排查
特性阻抗一致性检验
信号损耗测试中，阻抗不一致会产生信号反射，干扰插入损耗测试结果。因此插入损耗测试的准确性直接取决于特性阻抗一致性质量。分别按方案1和方案2进行特性阻抗测试，结果汇总如下表：
| 测试方案 | 测试层 | 特性阻抗 (Ω) |
|---|---|---|
| 方案1 | 第3层 | 113.03 |
| 方案2 | 第3层 | 112.71 |
| 方案1 | 第18层 | 111.93 |
| 方案2 | 第18层 | 114.07 |
两方案阻抗差异在5%以内，结论：特性阻抗对损耗测试的影响可忽略。
插入损耗影响因素检验
插入损耗由介质损耗和导体损耗组成。实验两方案采用相同材料和图形，介质损耗和导体损耗差异仅源于制造工艺。下面分别分析以排除制造工艺影响。
a. 介质损耗检验
多层压合使用的半固化片会产生树脂回流，回流量差异导致介质损耗不同。为消除树脂回流量差异的影响，压合后需进行剖面分析。分析显示：两方案上下层芯板厚度分别为139.8μm和135.2μm，压合后半固化片厚度分别为257.4μm和251.9μm，最大厚度差仅6μm，符合制造公差要求，介质损耗不会影响插入损耗。
b. 导体损耗检验
导体损耗与线长、线宽、表面粗糙度及制造侧蚀有关。两方案线路设计相同，排除线长影响。棕化效果、蚀刻液浓度、水压均影响表面粗糙度，为避免这些复杂因素，直接从最终结果判断线路一致性。实测：方案1传输线宽168μm，方案2为166μm；线高分别为18.3μm和18.9μm；表面粗糙度均为2.5μm。数据表明传输线制造一致性良好，导体损耗对插入损耗的影响可排除。
NFP影响分析
从介质损耗和导体损耗产生源头出发，结合插入损耗生成原理，通过一系列PCB制造一致性检验，确保仅NFP这一变量存在。依据IPC-TM650-2.5.5.12频域法，测试方案1和方案2，结果见图2。
方案1移除NFP，方案2保留NFP。图示表明：无论第3层还是第18层，方案1插入损耗均小于方案2，说明添加NFP会增加信号插入损耗。实验显示两方案插入损耗差异约9%。图3为某知名通信终端材料的分级参考。
图3显示各等级材料插入损耗差异极小。若本实验测得的插入损耗差异恰好落在等级阈值内，NFP会导致材料等级降级，进而影响从材料厂到终端的整条产线。
结论
高速PCB多层化是必然趋势，过孔制造是首要挑战。NFP能显著改善PCB过孔壁PTH沉铜效果，有效防止孔铜脱落、孔壁开裂等质量问题。本文排除其他影响因素，单一变量分析NFP对插入损耗的影响，为高速PCB设计提供参考：在信号完整性要求极高的场景下，建议移除NFP；若工艺允许且信号完整性裕度充足，保留NFP可提升制造可靠性。
工业技术