1 Sissejuhatus

Trükkplaat (PCB) signaali terviklikkus on viimastel aastatel olnud kuum teema. PCB signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüsi kohta on tehtud palju kodumaiseid uurimisraporteid, kuid signaali kadumise test Tehnoloogia hetkeseisu tutvustamine on suhteliselt haruldane.

PCB ülekandeliini signaalikao allikaks on materjali juhtmekadu ja dielektriline kadu ning seda mõjutavad ka sellised tegurid nagu vaskfooliumi takistus, vaskfooliumi karedus, kiirguskadu, impedantsi mittevastavus ja ülekõla. Tarneahelas kasutavad vaskkattega laminaadi (CCL) tootjate ja PCB ekspresstootjate vastuvõtuindikaatorid dielektrilist konstanti ja dielektrilist kadu; samas kui PCB ekspresstootjate ja terminalide vahelised indikaatorid kasutavad tavaliselt impedantsi ja sisestuskadu, nagu on näidatud joonisel 1.

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

Kiire PCB projekteerimise ja kasutamise puhul on PCB ülekandeliinide signaalikadude kiire ja tõhus mõõtmine väga oluline PCB projekteerimisparameetrite määramisel, simulatsiooni silumisel ja tootmisprotsessi juhtimisel.

2. PCB sisestuskadude testimise tehnoloogia praegune olek

Praegu tööstuses kasutatavad PCB signaali kadude testimise meetodid liigitatakse kasutatavate instrumentide järgi ja need võib jagada kahte kategooriasse: aja- või sageduspiirkonna alusel. Ajadomeeni testimisinstrument on ajadomeeni reflektomeetria (TDR) või ajadomeeni edastusmõõtur (TImeDomain Transmission, TDT); sageduspiirkonna testimisvahend on Vector Network Analyzer (VNA). IPC-TM650 testi spetsifikatsioonis soovitatakse PCB signaali kadude testimiseks kasutada viit katsemeetodit: sageduspiirkonna meetod, efektiivse ribalaiuse meetod, juurimpulsi energia meetod, lühikese impulsi levitamise meetod, ühe otsaga TDR diferentsiaalsisustuskao meetod.

2.1 Sageduspiirkonna meetod

Sagedusdomeeni meetod kasutab ülekandeliini S-parameetrite mõõtmiseks peamiselt vektorvõrguanalüsaatorit, loeb otse sisestuskao väärtuse ja seejärel kasutab keskmise sisestuskao sobivuskalle kindlas sagedusvahemikus (nt 1 GHz ~). 5 GHz) Mõõtke plaadi läbimise/tõrke läbimist.

Sageduspiirkonna meetodi mõõtmistäpsuse erinevus tuleneb peamiselt kalibreerimismeetodist. Vastavalt erinevatele kalibreerimismeetoditele saab selle jagada elektroonilisteks kalibreerimismeetoditeks SLOT (Short-Line-Open-Thru), Multi-Line TRL (Thru-Reflect-Line) ja Ecal (elektrooniline kalibreerimine).

SLOT-i peetakse tavaliselt standardseks kalibreerimismeetodiks [5]. Kalibreerimismudelil on 12 veaparameetrit. SLOT-meetodi kalibreerimistäpsuse määravad kalibreerimisosad. Kõrge täpsusega kalibreerimisosi pakuvad mõõteseadmete tootjad, kuid kalibreerimisosad on kallid ja sobivad üldiselt ainult koaksiaalkeskkonna jaoks, kalibreerimine on aeganõudev ja suureneb geomeetriliselt, kui mõõteklemmide arv suureneb.

MultiTI-Line TRL meetodit kasutatakse peamiselt mittekoaksiaalseks kalibreerimismõõtmiseks [6]. Vastavalt kasutaja poolt kasutatava ülekandeliini materjalile ja katsesagedusele projekteeritakse ja toodetakse TRL-i kalibreerimisosad, nagu on näidatud joonisel 2. Kuigi Multi-Line TRL-i on lihtsam projekteerida ja valmistada kui SLOT-i, on kalibreerimisaeg Multi-Line TRL meetod suureneb ka geomeetriliselt koos mõõteklemmide arvu suurenemisega.

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

Aeganõudva kalibreerimise probleemi lahendamiseks on mõõteseadmete tootjad kasutusele võtnud elektroonilise kalibreerimismeetodi Ecal [7]. Ecal on ülekandestandard. Kalibreerimise täpsuse määravad peamiselt algsed kalibreerimisosad. Samal ajal testitakse testkaabli stabiilsust ja katseseadme dubleerimist. Testi täpsust mõjutab ka jõudluse ja testimise sageduse interpolatsiooni algoritm. Üldjuhul kasutage testkaabli otsa võrdluspinna kalibreerimiseks elektroonilist kalibreerimiskomplekti ja seejärel kinnituse kaabli pikkuse kompenseerimiseks demandeerimismeetodit. Nagu on näidatud joonisel 3.

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

Diferentsiaalülekandeliini sisestuskao saamiseks näitena on kolme kalibreerimismeetodi võrdlus toodud tabelis 1.

2.2 Efektiivne ribalaiuse meetod

Efektiivne ribalaius (EBW) on ülekandeliini kadude α kvalitatiivne mõõtmine selle ranges tähenduses. See ei saa anda sisestamiskao kvantitatiivset väärtust, kuid pakub parameetrit nimega EBW. Efektiivne ribalaiuse meetod on edastada kindla tõusuajaga sammsignaal ülekandeliinile läbi TDR-i, mõõta tõusuaja maksimaalset kalle pärast TDR-instrumendi ja DUT-i ühendamist ning määrata see kadutegurina MV-s. /s. Täpsemalt, see määrab suhtelise kogukaoteguri, mida saab kasutada ülekandeliini kadude muutuste tuvastamiseks pinnalt pinnale või kihist kihti [8]. Kuna maksimaalset kallet saab mõõta otse instrumendilt, kasutatakse trükkplaatide masstootmise testimisel sageli efektiivse ribalaiuse meetodit. EBW testi skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 4.

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

2.3 Juurimpulsi energia meetod

Root ImPulse Energy (RIE) kasutab tavaliselt TDR-i instrumenti, et saada võrdluskaoliini ja testülekandeliini TDR-lainekujud ning seejärel teostada TDR-lainekujude signaalitöötlust. RIE testimise protsess on näidatud joonisel 5:

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

2.4 Lühikese impulsi levitamise meetod

Lühikese impulsi leviku meetodi (Short Impulse Propagation, viidatud kui SPP) testimise põhimõte seisneb kahe erineva pikkusega ülekandeliini (nt 30 mm ja 100 mm) mõõtmises ning parameetrite sumbumise koefitsiendi ja faasi eraldamises, mõõtes nende kahe erinevust. ülekandeliinide pikkused. Konstantne, nagu on näidatud joonisel 6. Selle meetodi kasutamine võib minimeerida pistikute, kaablite, sondide ja ostsilloskoobi täpsuse mõju. Kui kasutatakse suure jõudlusega TDR-seadmeid ja IFN-i (Impulse Forming Network), võib testimissagedus ulatuda 40 GHz-ni.

2.5 Ühe otsaga TDR-i diferentsiaalse sisestuskao meetod

Ühe otsaga TDR-i diferentsiaalse sisestuse kadu (SET2DIL) erineb diferentsiaalse sisestuskao testist, mis kasutab 4-pordilist VNA-d. See meetod kasutab kahe pordiga TDR-i instrumenti, et edastada TDR-i sammuvastuse diferentsiaalülekandeliinile. Diferentsiaalülekandeliini ots on lühistatud, nagu on näidatud joonisel 7. SET2DIL-meetodi tüüpiline mõõtmissagedusvahemik on 2 GHz ~ 12 GHz ja mõõtmise täpsust mõjutavad peamiselt testkaabli ebaühtlane viivitus ja DUT-i impedantsi mittevastavus. SET2DIL meetodi eeliseks on see, et pole vaja kasutada kallist 4-pordilist VNA-d ja selle kalibreerimisosi. Testitava osa ülekandeliini pikkus on vaid pool VNA-meetodist. Kalibreerimisosal on lihtne struktuur ja kalibreerimisaeg on oluliselt vähenenud. See sobib väga hästi trükkplaatide tootmiseks. Partii test, nagu on näidatud joonisel 8.

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

3 Testimisseadmed ja katsetulemused

SET2DIL testplaat, SPP testplaat ja Multi-Line TRL testplaat valmistati CCL-i abil, mille dielektriline konstant oli 3.8, dielektriline kadu 0.008, ja RTF-vaskfooliumi; katseseadmeteks oli DSA8300 diskreetimisostsilloskoop ja E5071C vektorvõrguanalüsaator; iga meetodi diferentsiaalne sisestuskadu Katsetulemused on toodud tabelis 2.

PCB trükkplaadi signaali terviklikkust mõjutavate tegurite analüüs

4i kokkuvõte

See artikkel tutvustab peamiselt mitmeid praegu tööstuses kasutatavaid PCB ülekandeliini signaali kadude mõõtmise meetodeid. Erinevatest kasutatavatest katsemeetoditest tulenevalt on mõõdetud sisestuskao väärtused erinevad ja katsetulemusi ei saa horisontaalselt otseselt võrrelda. Seetõttu tuleks sobiv signaalikao testimise tehnoloogia valida vastavalt erinevate tehniliste meetodite eelistele ja piirangutele ning kombineerida nende enda vajadustega.