ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

ການແນະ ນຳ 1

ແຜງວົງຈອນພິມ ຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານ (PCB) ເປັນຫົວຂໍ້ຮ້ອນໃນຊຸມປີທີ່ຜ່ານມາ. ໄດ້ມີບົດລາຍງານການຄົ້ນຄວ້າພາຍໃນປະເທດຈໍານວນຫຼາຍກ່ຽວກັບການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີຜົນກະທົບຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານ PCB, ແຕ່ການທົດສອບການສູນເສຍສັນຍານການນໍາສະເຫນີໃນປັດຈຸບັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີແມ່ນຂ້ອນຂ້າງຫາຍາກ.

ແຫຼ່ງຂອງການສູນເສຍສັນຍານສາຍສົ່ງ PCB ແມ່ນການສູນເສຍ conductor ແລະ dielectric ການສູນເສຍຂອງວັດສະດຸ, ແລະມັນຍັງໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກປັດໃຈເຊັ່ນ: ການຕໍ່ຕ້ານ foil ທອງແດງ, roughness foil ທອງແດງ, ການສູນເສຍລັງສີ, impedance mismatch, ແລະ crosstalk. ໃນລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະຫນອງ, ຕົວຊີ້ວັດການຍອມຮັບຂອງຜູ້ຜະລິດ copper clad laminate (CCL) ແລະຜູ້ຜະລິດ PCB express ໃຊ້ dielectric ຄົງທີ່ແລະການສູນເສຍ dielectric; ໃນຂະນະທີ່ຕົວຊີ້ວັດລະຫວ່າງຜູ້ຜະລິດ PCB ແລະ terminals ມັກຈະໃຊ້ impedance ແລະການສູນເສຍການແຊກ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1.

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

ສໍາລັບການອອກແບບແລະການນໍາໃຊ້ PCB ຄວາມໄວສູງ, ວິທີການວັດແທກການສູນເສຍສັນຍານຂອງສາຍສົ່ງ PCB ຢ່າງໄວວາແລະມີປະສິດທິພາບແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍສໍາລັບການຕັ້ງຄ່າຕົວກໍານົດການອອກແບບ PCB, simulation debugging, ແລະການຄວບຄຸມຂະບວນການຜະລິດ.

2. ສະຖານະພາບໃນປະຈຸບັນຂອງເຕັກໂນໂລຊີການທົດສອບການສູນເສຍການແຊກ PCB

ວິທີການທົດສອບການສູນເສຍສັນຍານ PCB ທີ່ໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກໍາໃນປະຈຸບັນໄດ້ຖືກຈັດປະເພດຈາກເຄື່ອງມືທີ່ໃຊ້, ແລະສາມາດແບ່ງອອກເປັນສອງປະເພດ: ອີງຕາມໂດເມນເວລາຫຼືອີງໃສ່ໂດເມນຄວາມຖີ່. ເຄື່ອງມືທົດສອບໂດເມນເວລາແມ່ນ Time Domain Reflectometry (TDR) ຫຼືເຄື່ອງວັດແທກການສົ່ງຜ່ານໂດເມນເວລາ (TImeDomain Transmission, TDT); ເຄື່ອງມືທົດສອບໂດເມນຄວາມຖີ່ແມ່ນ Vector Network Analyzer (VNA). ໃນຂໍ້ກໍານົດຂອງການທົດສອບ IPC-TM650, ຫ້າວິທີການທົດສອບແມ່ນແນະນໍາສໍາລັບການທົດສອບການສູນເສຍສັນຍານ PCB: ວິທີການໂດເມນຄວາມຖີ່, ວິທີການແບນວິດທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ວິທີການພະລັງງານກໍາມະຈອນຂອງຮາກ, ວິທີການຂະຫຍາຍພັນກໍາມະຈອນສັ້ນ, ວິທີການສູນເສຍການແຊກຊ້ອນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ TDR ແບບດ່ຽວ.

2.1 ວິທີການໂດເມນຄວາມຖີ່

ວິທີການ Domain ຄວາມຖີ່ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ຕົວວິເຄາະເຄືອຂ່າຍ vector ເພື່ອວັດແທກ S-parameters ຂອງສາຍສົ່ງ, ອ່ານໂດຍກົງຄ່າການສູນເສຍການແຊກ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນນໍາໃຊ້ຄວາມຊັນທີ່ເຫມາະສົມຂອງການສູນເສຍການແຊກໂດຍສະເລ່ຍໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່ສະເພາະໃດຫນຶ່ງ (ເຊັ່ນ: 1 GHz ~. 5 GHz) ວັດແທກ pass/fail ຂອງກະດານ.

ຄວາມແຕກຕ່າງໃນຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການວັດແທກຂອງວິທີການໂດເມນຄວາມຖີ່ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນມາຈາກວິທີການປັບທຽບ. ອີງຕາມວິທີການ calibration ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ມັນສາມາດຖືກແບ່ງອອກເປັນ SLOT (Short-Line-Open-Thru), MulTI-Line TRL (Thru-Reflect-Line) ແລະ Ecal (Electronic calibraTIion) ວິທີການ calibration ເອເລັກໂຕຣນິກ.

SLOT ປົກກະຕິແລ້ວຖືວ່າເປັນວິທີການປັບທຽບມາດຕະຖານ [5]. ຮູບແບບການປັບຕົວມີຄວາມຜິດພາດ 12 ຕົວກໍານົດການ. ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການປັບທຽບຂອງວິທີການ SLOT ແມ່ນຖືກກໍານົດໂດຍພາກສ່ວນການປັບທຽບ. ພາກສ່ວນການສອບທຽບຄວາມແມ່ນຍໍາສູງແມ່ນສະຫນອງໃຫ້ໂດຍຜູ້ຜະລິດອຸປະກອນການວັດແທກ, ແຕ່ວ່າພາກສ່ວນການສອບທຽບມີລາຄາແພງ, ແລະໂດຍທົ່ວໄປພຽງແຕ່ເຫມາະສົມສໍາລັບສະພາບແວດລ້ອມ coaxial, ການສອບທຽບແມ່ນໃຊ້ເວລາແລະເພີ່ມຂຶ້ນ geometrically ເປັນຈໍານວນຂອງການວັດແທກເພີ່ມຂຶ້ນ.

ວິທີການ MulTI-Line TRL ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໃຊ້ສໍາລັບການວັດແທກການປັບຕົວແບບທີ່ບໍ່ແມ່ນ coaxial [6]. ອີງຕາມວັດສະດຸຂອງສາຍສົ່ງທີ່ຜູ້ໃຊ້ໃຊ້ແລະຄວາມຖີ່ຂອງການທົດສອບ, ຊິ້ນສ່ວນການສອບທຽບ TRL ໄດ້ຖືກອອກແບບແລະຜະລິດ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 2. ເຖິງແມ່ນວ່າ TRL ຫຼາຍເສັ້ນແມ່ນງ່າຍຕໍ່ການອອກແບບແລະຜະລິດຫຼາຍກ່ວາ SLOT, ເວລາການປັບຕົວຂອງ ວິທີການ Multi-Line TRL ຍັງເພີ່ມຂຶ້ນທາງເລຂາຄະນິດດ້ວຍການເພີ່ມຈໍານວນຂອງຈຸດວັດແທກ.

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

ເພື່ອແກ້ໄຂບັນຫາຂອງການປັບເວລາທີ່ໃຊ້ເວລາ, ຜູ້ຜະລິດອຸປະກອນການວັດແທກໄດ້ນໍາສະເຫນີວິທີການປັບຕົວແບບເອເລັກໂຕຣນິກ Ecal [7]. Ecal ແມ່ນມາດຕະຖານລະບົບສາຍສົ່ງ. ຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການສອບທຽບແມ່ນກໍານົດໂດຍສ່ວນໃຫຍ່ໂດຍພາກສ່ວນການສອບທຽບຕົ້ນສະບັບ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງສາຍການທົດສອບແລະການຊໍ້າຊ້ອນຂອງອຸປະກອນ fixture ການທົດສອບໄດ້ຖືກທົດສອບ. ຂັ້ນຕອນວິທີ interpolation ຂອງການປະຕິບັດແລະຄວາມຖີ່ການທົດສອບຍັງມີຜົນກະທົບກ່ຽວກັບຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການທົດສອບ. ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວ, ໃຊ້ຊຸດການປັບຕົວແບບອີເລັກໂທຣນິກເພື່ອປັບປ່ຽນດ້ານການອ້າງອີງໃສ່ທ້າຍຂອງສາຍໄຟທົດສອບ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນໃຫ້ໃຊ້ວິທີ de-embedding ເພື່ອຊົດເຊີຍຄວາມຍາວຂອງສາຍໄຟ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 3.

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບການສູນເສຍການແຊກຂອງສາຍສົ່ງທີ່ແຕກຕ່າງກັນເປັນຕົວຢ່າງ, ການປຽບທຽບສາມວິທີການປັບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 1.

2.2 ວິທີການແບນວິດທີ່ມີປະສິດທິພາບ

ແບນວິດທີ່ມີປະສິດທິພາບ (EBW) ແມ່ນການວັດແທກຄຸນນະພາບຂອງການສູນເສຍສາຍສົ່ງαໃນຄວາມຮູ້ສຶກທີ່ເຄັ່ງຄັດ. ມັນບໍ່ສາມາດສະຫນອງມູນຄ່າປະລິມານຂອງການສູນເສຍການແຊກ, ແຕ່ມັນສະຫນອງພາລາມິເຕີທີ່ເອີ້ນວ່າ EBW. ວິທີການແບນວິດທີ່ມີປະສິດຕິຜົນແມ່ນການສົ່ງສັນຍານຂັ້ນຕອນທີ່ມີເວລາເພີ່ມຂຶ້ນສະເພາະກັບສາຍສົ່ງຜ່ານ TDR, ວັດແທກຄວາມຊັນສູງສຸດຂອງເວລາທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຫຼັງຈາກເຄື່ອງມື TDR ແລະ DUT ຖືກເຊື່ອມຕໍ່, ແລະກໍານົດມັນເປັນປັດໃຈການສູນເສຍ, ໃນ MV. /s. ຫຼາຍທີ່ຊັດເຈນ, ສິ່ງທີ່ມັນກໍານົດແມ່ນປັດໄຈການສູນເສຍທັງຫມົດທີ່ກ່ຽວຂ້ອງ, ເຊິ່ງສາມາດນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດການປ່ຽນແປງຂອງການສູນເສຍສາຍສົ່ງຈາກພື້ນຜິວໄປຫາຫນ້າດິນຫຼືຊັ້ນໄປຫາຊັ້ນ [8]. ເນື່ອງຈາກຄວາມຊັນສູງສຸດສາມາດວັດແທກໄດ້ໂດຍກົງຈາກເຄື່ອງມື, ວິທີການແບນວິດທີ່ມີປະສິດທິພາບມັກຈະຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການທົດສອບການຜະລິດຈໍານວນຫລາຍຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ. ແຜນວາດ schematic ຂອງການທົດສອບ EBW ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4.

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

2.3 ວິທີການພະລັງງານກໍາມະຈອນຂອງຮາກ

Root ImPulse Energy (RIE) ປົກກະຕິແລ້ວໃຊ້ເຄື່ອງມື TDR ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮູບແບບຄື້ນ TDR ຂອງສາຍການສູນເສຍການອ້າງອິງແລະສາຍສົ່ງການທົດສອບ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນປະຕິບັດການປະມວນຜົນສັນຍານຢູ່ໃນຮູບແບບຄື້ນ TDR. ຂະບວນການທົດສອບ RIE ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 5:

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

2.4 ວິທີການຂະຫຍາຍພັນກໍາມະຈອນສັ້ນ

ວິທີການຂະຫຍາຍພັນກໍາມະຈອນສັ້ນ (Short Pulse Propagation, ເອີ້ນວ່າ SPP) ຫຼັກການການທົດສອບແມ່ນການວັດແທກສອງສາຍສົ່ງຂອງຄວາມຍາວທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊັ່ນ: 30 mm ແລະ 100 mm, ແລະສະກັດຄ່າສໍາປະສິດ attenuation ພາລາມິເຕີແລະໄລຍະໂດຍການວັດແທກຄວາມແຕກຕ່າງລະຫວ່າງສອງ. ຄວາມຍາວຂອງສາຍສົ່ງ. ຄົງທີ່, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 6. ການນໍາໃຊ້ວິທີນີ້ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຜົນກະທົບຂອງຕົວເຊື່ອມຕໍ່, ສາຍ, probes, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງ oscilloscope. ຖ້າເຄື່ອງມື TDR ທີ່ມີປະສິດທິພາບສູງແລະ IFN (Impulse Forming Network) ຖືກນໍາໃຊ້, ຄວາມຖີ່ຂອງການທົດສອບສາມາດສູງເຖິງ 40 GHz.

2.5 ວິທີການສູນເສຍການສູນເສຍການແຊກຊ້ອນ TDR ສິ້ນສຸດດຽວ

TDR ສິ້ນດຽວເຖິງການສູນເສຍການແຊກທີ່ແຕກຕ່າງ (SET2DIL) ແຕກຕ່າງຈາກການທົດສອບການສູນເສຍການແຊກຊ້ອນທີ່ແຕກຕ່າງໂດຍໃຊ້ 4-port VNA. ວິທີການນີ້ນໍາໃຊ້ເຄື່ອງມື TDR ສອງພອດເພື່ອສົ່ງການຕອບສະຫນອງຂັ້ນຕອນ TDR ກັບສາຍສົ່ງຄວາມແຕກຕ່າງ, ສິ້ນສຸດຂອງສາຍສົ່ງຂໍ້ຄວາມແຕກຕ່າງແມ່ນ shorted, ດັ່ງທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນໃນຮູບທີ 7. ຊ່ວງຄວາມຖີ່ຂອງການວັດແທກຕາມປົກກະຕິຂອງວິທີການ SET2DIL ແມ່ນ 2 GHz ~ 12 GHz, ແລະຄວາມຖືກຕ້ອງຂອງການວັດແທກສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນໄດ້ຮັບຜົນກະທົບຈາກຄວາມລ່າຊ້າທີ່ບໍ່ສອດຄ່ອງຂອງສາຍທົດສອບແລະຄວາມບໍ່ສອດຄ່ອງ impedance ຂອງ DUT. ປະໂຫຍດຂອງວິທີການ SET2DIL ແມ່ນວ່າບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງໃຊ້ VNA 4-port ທີ່ມີລາຄາແພງແລະຊິ້ນສ່ວນການປັບຕົວຂອງມັນ. ຄວາມຍາວຂອງສາຍສົ່ງຂອງພາກສ່ວນທີ່ໄດ້ທົດສອບແມ່ນພຽງແຕ່ເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງວິທີການ VNA. ສ່ວນການ calibration ມີໂຄງສ້າງທີ່ງ່າຍດາຍແລະເວລາ calibration ຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ມັນເຫມາະສົມຫຼາຍສໍາລັບການຜະລິດ PCB. batch test, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 8.

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

3 ອຸປະກອນການທົດສອບແລະຜົນການທົດສອບ

ກະດານທົດສອບ SET2DIL, ກະດານທົດສອບ SPP ແລະກະດານທົດສອບ Multi-Line TRL ໄດ້ຖືກຜະລິດໂດຍໃຊ້ CCL ດ້ວຍຄວາມຄົງທີ່ dielectric ຂອງ 3.8, ການສູນເສຍ dielectric ຂອງ 0.008, ແລະແຜ່ນທອງແດງ RTF; ອຸປະກອນທົດສອບແມ່ນ DSA8300 sampling oscilloscope ແລະ E5071C vector network analyzer; ການສູນເສຍການແຊກຄວາມແຕກຕ່າງຂອງແຕ່ລະວິທີ ຜົນການທົດສອບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງ 2.

ການວິເຄາະປັດໄຈທີ່ມີອິດທິພົນຂອງຄວາມສົມບູນຂອງສັນຍານຂອງແຜ່ນວົງຈອນພິມ PCB

ສະຫຼຸບ 4

ບົດຄວາມນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນແນະນໍາ PCB ຫຼາຍວິທີການສູນເສຍສັນຍານການວັດແທກການນໍາໃຊ້ໃນອຸດສາຫະກໍາໃນປັດຈຸບັນ. ເນື່ອງຈາກວິທີການທົດສອບທີ່ແຕກຕ່າງກັນທີ່ໃຊ້, ຄ່າການສູນເສຍການແຊກຊຶມທີ່ວັດແທກແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ, ແລະຜົນການທົດສອບບໍ່ສາມາດຖືກປຽບທຽບໂດຍກົງຕາມແນວນອນ. ດັ່ງນັ້ນ, ເທກໂນໂລຍີການທົດສອບການສູນເສຍສັນຍານທີ່ເຫມາະສົມຄວນໄດ້ຮັບການຄັດເລືອກຕາມຄວາມໄດ້ປຽບແລະຂໍ້ຈໍາກັດຂອງວິທີການດ້ານວິຊາການຕ່າງໆ, ແລະປະສົມປະສານກັບຄວາມຕ້ອງການຂອງຕົນເອງ.