مقدمة 1

لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) كانت سلامة إشارة (PCB) موضوعًا ساخنًا في السنوات الأخيرة. كان هناك العديد من تقارير البحث المحلية حول تحليل العوامل التي تؤثر على سلامة إشارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، ولكن اختبار فقدان الإشارة يعتبر مقدمة إلى الحالة الحالية للتكنولوجيا نادرة نسبيًا.

مصدر فقدان إشارة خط نقل ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو فقد الموصل وفقدان المادة العازلة ، كما أنه يتأثر بعوامل مثل مقاومة رقائق النحاس ، وخشونة رقائق النحاس ، وفقدان الإشعاع ، وعدم تطابق المعاوقة ، والتداخل. في سلسلة التوريد ، تستخدم مؤشرات قبول الشركات المصنعة للصفائح النحاسية المكسوة (CCL) ومصنعي PCB Express ثابت العزل وفقد العزل الكهربائي ؛ في حين أن المؤشرات بين الشركات المصنعة ومحطات PCB Express عادة ما تستخدم مقاومة وخسارة الإدراج ، كما هو موضح في الشكل 1.

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

بالنسبة لتصميم واستخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي السرعة ، فإن كيفية قياس فقد إشارة خطوط نقل ثنائي الفينيل متعدد الكلور بسرعة وفعالية لها أهمية كبيرة لإعداد معلمات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وتصحيح أخطاء المحاكاة ، والتحكم في عملية الإنتاج.

2. الوضع الحالي لتكنولوجيا اختبار فقدان إدخال ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يتم تصنيف طرق اختبار فقدان إشارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور المستخدمة حاليًا في الصناعة من الأدوات المستخدمة ، ويمكن تقسيمها إلى فئتين: بناءً على المجال الزمني أو على أساس مجال التردد. أداة اختبار المجال الزمني هي مقياس انعكاس المجال الزمني (TDR) أو مقياس إرسال المجال الزمني (إرسال TImeDomain ، TDT) ؛ أداة اختبار مجال التردد هي محلل شبكة المتجهات (VNA). في مواصفات اختبار IPC-TM650 ، يوصى بخمس طرق اختبار لاختبار فقدان إشارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور: طريقة مجال التردد ، طريقة عرض النطاق الفعال ، طريقة طاقة نبضة الجذر ، طريقة انتشار النبضة القصيرة ، طريقة الخسارة في الإدراج التفاضلي لـ TDR.

2.1 طريقة مجال التردد

تستخدم طريقة مجال التردد بشكل أساسي محلل شبكة متجه لقياس معلمات S لخط النقل ، وتقرأ مباشرةً قيمة خسارة الإدراج ، ثم تستخدم منحدرًا مناسبًا لمتوسط ​​خسارة الإدراج في نطاق تردد معين (مثل 1 جيجا هرتز ~ 5 جيجا هرتز) قم بقياس نجاح / فشل اللوحة.

يأتي الاختلاف في دقة القياس لطريقة مجال التردد بشكل أساسي من طريقة المعايرة. وفقًا لطرق المعايرة المختلفة ، يمكن تقسيمها إلى طرق معايرة إلكترونية SLOT (خط قصير – مفتوح – من خلال) و MulTI-Line TRL (من خلال انعكاس الخط) و Ecal (المعايرة الإلكترونية).

تعتبر الفتحة عادة طريقة معايرة قياسية [5]. يحتوي نموذج المعايرة على 12 معلمة خطأ. يتم تحديد دقة المعايرة لطريقة SLOT بواسطة أجزاء المعايرة. يتم توفير أجزاء المعايرة عالية الدقة من قبل الشركات المصنعة لمعدات القياس ، ولكن أجزاء المعايرة باهظة الثمن ، وعمومًا ما تكون مناسبة فقط للبيئة المحورية ، فإن المعايرة تستغرق وقتًا وتزداد هندسيًا مع زيادة عدد أطراف القياس.

تُستخدم طريقة MulTI-Line TRL بشكل أساسي لقياس المعايرة غير المحورية [6]. وفقًا لمواد خط النقل التي يستخدمها المستخدم وتردد الاختبار ، تم تصميم وإنتاج أجزاء معايرة TRL ، كما هو موضح في الشكل 2. على الرغم من أن Multi-Line TRL أسهل في التصميم والتصنيع من SLOT ، فإن وقت المعايرة تزداد طريقة TRL متعددة الخطوط أيضًا هندسيًا مع زيادة عدد محطات القياس.

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

من أجل حل مشكلة المعايرة التي تستغرق وقتًا طويلاً ، أدخل مصنعو أجهزة القياس طريقة المعايرة الإلكترونية Ecal [7]. Ecal هو معيار الإرسال. يتم تحديد دقة المعايرة بشكل أساسي من خلال أجزاء المعايرة الأصلية. في نفس الوقت ، يتم اختبار ثبات كابل الاختبار ونسخ جهاز اختبار التثبيت. تؤثر خوارزمية الاستيفاء للأداء وتردد الاختبار أيضًا على دقة الاختبار. بشكل عام ، استخدم مجموعة المعايرة الإلكترونية لمعايرة السطح المرجعي حتى نهاية كابل الاختبار ، ثم استخدم طريقة إزالة التضمين لتعويض طول الكابل الخاص بالتركيب. كما هو مبين في الشكل 3.

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

للحصول على خسارة الإدراج لخط النقل التفاضلي كمثال ، يتم عرض مقارنة طرق المعايرة الثلاثة في الجدول 1.

2.2 طريقة النطاق الترددي الفعال

عرض النطاق الفعال (EBW) هو قياس نوعي لخسارة خط النقل α بالمعنى الدقيق للكلمة. لا يمكن أن يوفر قيمة كمية لفقدان الإدراج ، لكنه يوفر معلمة تسمى EBW. تتمثل طريقة عرض النطاق الفعال في إرسال إشارة خطوة بوقت صعود محدد إلى خط النقل عبر TDR ، وقياس أقصى انحدار لوقت الصعود بعد توصيل أداة TDR و DUT ، وتحديدها كعامل خسارة ، في MV /س. بتعبير أدق ، ما تحدده هو عامل خسارة إجمالي نسبي ، والذي يمكن استخدامه لتحديد التغييرات في خسارة خط النقل من سطح إلى سطح أو من طبقة إلى طبقة [8]. نظرًا لأنه يمكن قياس الحد الأقصى للانحدار مباشرةً من الجهاز ، غالبًا ما تُستخدم طريقة النطاق الترددي الفعال لاختبار الإنتاج الضخم للوحات الدوائر المطبوعة. يظهر الرسم التخطيطي لاختبار EBW في الشكل 4.

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

2.3 طريقة طاقة نبضة الجذر

عادةً ما تستخدم Root ImPulse Energy (RIE) أداة TDR للحصول على أشكال موجة TDR لخط الخسارة المرجعية وخط نقل الاختبار ، ثم إجراء معالجة الإشارة على أشكال موجة TDR. تظهر عملية اختبار RIE في الشكل 5:

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

2.4 طريقة انتشار النبضة القصيرة

يتمثل مبدأ اختبار طريقة انتشار النبضة القصيرة (انتشار النبضة القصيرة ، المشار إليه باسم SPP) في قياس خطي نقل بأطوال مختلفة ، مثل 30 مم و 100 مم ، واستخراج معامل التوهين والمرحلة بقياس الفرق بين الاثنين أطوال خطوط النقل. ثابت ، كما هو موضح في الشكل 6. يمكن أن يؤدي استخدام هذه الطريقة إلى تقليل تأثير الموصلات والكابلات والمجسات ودقة راسم الذبذبات. إذا تم استخدام أدوات TDR عالية الأداء و IFN (شبكة تشكيل النبضات) ، يمكن أن يصل تردد الاختبار إلى 40 جيجاهرتز.

2.5 طريقة خسارة الإدراج التفاضلي TDR أحادية الطرف

يختلف TDR أحادي الطرف إلى فقدان الإدراج التفاضلي (SET2DIL) عن اختبار فقدان الإدراج التفاضلي باستخدام 4 منافذ VNA. تستخدم هذه الطريقة أداة TDR ثنائية المنفذ لإرسال استجابة خطوة TDR لخط النقل التفاضلي ، ويتم اختصار نهاية خط النقل التفاضلي ، كما هو موضح في الشكل 7. نطاق تردد القياس النموذجي لطريقة SET2DIL هو 2 جيجا هرتز ~ 12 جيجاهرتز ، وتتأثر دقة القياس بشكل أساسي بالتأخير غير المتسق لكابل الاختبار وعدم تطابق المعاوقة لـ DUT. ميزة طريقة SET2DIL هي أنه لا توجد حاجة لاستخدام VNA باهظ الثمن من 4 منافذ وأجزاء المعايرة الخاصة به. طول خط النقل للجزء المختبَر هو نصف طريقة VNA فقط. يحتوي جزء المعايرة على هيكل بسيط ويتم تقليل وقت المعايرة بشكل كبير. انها مناسبة جدا لتصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور. اختبار الدُفعات ، كما هو موضح في الشكل 8.

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

3 معدات الاختبار ونتائج الاختبار

تم تصنيع لوحة اختبار SET2DIL ولوحة اختبار SPP ولوحة اختبار TRL متعددة الخطوط باستخدام CCL مع ثابت عازل قدره 3.8 ، وفقدان عازل كهربائي قدره 0.008 ، ورقائق نحاسية RTF ؛ كانت معدات الاختبار عبارة عن راسم أخذ العينات DSA8300 ومحلل شبكة ناقلات E5071C ؛ فقدان الإدراج التفاضلي لكل طريقة تظهر نتائج الاختبار في الجدول 2.

تحليل العوامل المؤثرة في سلامة إشارة لوحة الدوائر المطبوعة PCB

4 الخاتمة

تقدم هذه المقالة بشكل أساسي العديد من طرق قياس فقدان إشارة خط نقل ثنائي الفينيل متعدد الكلور المستخدمة حاليًا في الصناعة. نظرًا لاختلاف طرق الاختبار المستخدمة ، تختلف قيم خسارة الإدخال المقاسة ، ولا يمكن مقارنة نتائج الاختبار أفقيًا بشكل مباشر. لذلك ، يجب اختيار تقنية اختبار فقدان الإشارة المناسبة وفقًا لمزايا وقيود الطرق التقنية المختلفة ، ودمجها مع احتياجاتها الخاصة.