PCB板內(nèi)阻抗測(cè)試需求與技術(shù)

1、 iPCB板內(nèi)阻抗測(cè)試需求與技術(shù)蔡林許麗芬摘要文章介紹了當(dāng)前PCB板內(nèi)阻抗測(cè)試需求的原因和趨勢(shì)，同時(shí)對(duì)其測(cè)試技術(shù)進(jìn)行講解和普及，可提高PCB企業(yè)了解板內(nèi)阻抗測(cè)試技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，為解決阻抗板在生產(chǎn)與測(cè)試中存在的問(wèn)題做理論和技術(shù)支持。關(guān)鍵詞板內(nèi)阻抗；差分阻抗；阻抗測(cè)試1前沿PCB板內(nèi)阻抗指成品板內(nèi)跡線的真實(shí)阻抗，與傳統(tǒng)的阻抗條(coupon)不是一個(gè)概念。由于板內(nèi)阻抗線與coupon阻抗線存在走線間距、走線寬度、走線所處環(huán)境、走線所處位置以及設(shè)計(jì)誤差等都會(huì)導(dǎo)致板內(nèi)真實(shí)阻抗與coupon阻抗存在差異。然而隨著當(dāng)前線路板朝高密度、高多層、小體積的方向發(fā)展，客戶對(duì)阻抗控制要求越來(lái)越嚴(yán)格，控制精度要求也越

2、來(lái)越高。這種板內(nèi)阻抗與coupon阻抗存在的偏差可能會(huì)使高端客戶難以接受，因此越來(lái)越多的客戶要求PCB廠家提供真實(shí)的板內(nèi)阻抗，而不是傳統(tǒng)的Coupon。與Coupon存在的差異與問(wèn)題圖1板內(nèi)阻抗與Coupon示意圖2板內(nèi)阻抗_2.1板內(nèi)阻抗線與Coupon走線物理上的差別 Dg4vls=_=CouponD94V-A-t9IA-*6圖2板內(nèi)阻抗與Coupon從圖2舉例PCB板我們可以看到Coupon與真實(shí)板內(nèi)阻抗線之間的差別：（1）雖然走線間距、走線寬度是一致的，但是Coupon測(cè)試點(diǎn)的間距固定為2.54mm（為滿足測(cè)試探針間距），而板內(nèi)真實(shí)走線的末端（即金手指）間距是可變的,隨著QFP、PLC

3、C、BGA封裝的出現(xiàn)，一些芯片的引腳間距都遠(yuǎn)小于2.54mm（即Coupon測(cè)試點(diǎn)的間距）間距。（2）Coupon走線是理想的直線，而板內(nèi)真實(shí)走線往往是彎曲的、多樣的。PCB設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)人員很容易將Coupon的走線理想化，但是PCB板上的真實(shí)走線則會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的因素導(dǎo)致走線不規(guī)則化。（3）Coupon和板內(nèi)真實(shí)走線在整個(gè)PCB板上的位置不同oCoupon都位于PCB板中間或邊沿，在PCB板出廠時(shí)往往會(huì)被生產(chǎn)商去掉。而板內(nèi)真實(shí)走線的位置則是多樣的，有的在靠近板子的邊沿，有的位于板子的中央等。（4）板內(nèi)阻抗走線周圍一般分布著過(guò)孔、焊盤、屏蔽層等，而Coupon走線周圍環(huán)境都比較單一。由此可見(jiàn)

4、，板內(nèi)阻抗線與Coupon走線存在著差異，其差異也帶來(lái)了阻抗測(cè)試值的差異。2.2阻抗測(cè)試值的影響（1）Coupon測(cè)試點(diǎn)間距Coupon走線的間距不同，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試點(diǎn)與走線之間帶來(lái)阻抗不連續(xù)。而PCB板內(nèi)的真實(shí)差分走線末端（即芯片的引腳）間距往往是與走線間距相等或者非常相近的。由此會(huì)帶來(lái)阻抗測(cè)試結(jié)果的不同。（2）彎曲的走線與理想的走線所反映出來(lái)的阻抗變化是不一致的。在走線彎曲轉(zhuǎn)折的地方特征阻抗往往是不連續(xù)的，而Coupon的理想化走線則不能反映由于走線彎曲所帶來(lái)的阻抗不連續(xù)現(xiàn)象。（3）Coupon與真實(shí)的走線在PCB板上的位置不同。目前的PCB板都采用多層走線的設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)時(shí)需要經(jīng)過(guò)壓制。當(dāng)PC

5、B板壓制時(shí)，板子不同的位置所受到的壓力不可能做到一致，不同位置的介質(zhì)層厚度有差異，這樣制成的PCB板在不同的位置上介電常數(shù)往往不相同，特征阻抗也當(dāng)然不同。板內(nèi)阻抗受其周圍的過(guò)孔、焊盤、屏蔽層等影響反映出來(lái)的阻抗是不連續(xù)的，而Coupon因走線環(huán)境單一，不能反映阻抗真實(shí)變化情況?？梢?jiàn)Coupon反映的阻抗值是不能完全反映PCB板內(nèi)真實(shí)走線的真實(shí)特征阻抗的。2.3測(cè)試對(duì)比2.3.1測(cè)試環(huán)境測(cè)試環(huán)境溫度：23C濕度：55%RH測(cè)試板圖片：2.3.客戶測(cè)試樣板0.05111砌直:11806|JM：o.2o13Q0-62叫1:59.03t：165.677120.0-loo.e-ML0000.60一;2榭

6、-!99.10ohms0.000.6012:li040200360404805406.(233測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比序號(hào)項(xiàng)目Coupon板內(nèi)1測(cè)試值119.19114.62119.17115.313119.30115.244119.27114.715119.26114.416平均值119.238114.8547偏差4.384表1Coupon與板內(nèi)阻抗測(cè)試數(shù)值對(duì)比從圖4、圖5以及表1數(shù)據(jù)來(lái)看，板內(nèi)阻抗與Copon阻抗波形雖然差異不大,但測(cè)試數(shù)值卻存在偏差，偏差數(shù)值的大小與測(cè)試板的不同而不同。3板內(nèi)阻抗測(cè)試需求與阻礙3.1板內(nèi)阻抗測(cè)試需求3.1.1隨著當(dāng)前線路板朝高密度、高多層、小體積的方向發(fā)展，客戶對(duì)阻抗

7、控制要求越來(lái)越嚴(yán)格，控制精度要求也越來(lái)越高，例如精度要求小于5%。板內(nèi)阻抗與Coupon阻抗存在的偏差可能會(huì)超出控制精度要求，而且控制精度要求越高，采用Coupon評(píng)估阻抗的風(fēng)險(xiǎn)就越大。3.1.2無(wú)論是PCB板的生產(chǎn)商還是高速電路設(shè)計(jì)者、制造者都希望能對(duì)PCB板內(nèi)的真實(shí)高速差分走線直接進(jìn)行TDR測(cè)試，獲得最準(zhǔn)確的特征阻抗信息。3.2板內(nèi)阻抗測(cè)試的阻礙阻礙板內(nèi)阻抗測(cè)試的主要原因有以下兩個(gè)：（1）難以找到差分TDR探頭的接地點(diǎn)，高速PCB設(shè)計(jì)人員不會(huì)在設(shè)計(jì)高速差分走線時(shí)在走線的末端（即芯片引腳）附近放置固定間距的接地點(diǎn)。（2）差分走線的末端（即芯片的引腳或金手指或焊盤）間距是多變的，必需要一個(gè)間距

8、可調(diào)的差分探頭來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)。4板內(nèi)阻抗測(cè)試技術(shù)4.1TDR的基本原理階躍脈沖發(fā)生器發(fā)出一個(gè)快上升沿的階躍脈沖。同時(shí)接收模塊采集反射信號(hào)的時(shí)域波形。如果被測(cè)件的阻抗是連續(xù)的，則信號(hào)沒(méi)有反射，如果有阻抗的變化，就會(huì)有信號(hào)反射回來(lái)。根據(jù)反射回波的時(shí)間可以判斷阻抗不連續(xù)點(diǎn)距接收端的距離，根據(jù)反射回來(lái)的幅度可以判斷相應(yīng)點(diǎn)的阻抗變化。signal4.2常用阻抗模型圖4奇模和偶模阻抗圖5差分和共模阻抗對(duì)于比較常見(jiàn)的差分阻抗來(lái)說(shuō)，測(cè)試中只需要2個(gè)幅度相同、方向相反的階躍信號(hào)即可，不需要接地，其采用的是虛擬接地，支持這種板內(nèi)差分阻抗測(cè)試的阻抗機(jī)型有泰克、安捷倫和愛(ài)思達(dá)。其它類型阻抗必須接地。4.3虛擬地的原理由于

9、差分走線和差分信號(hào)是平衡的，差分信號(hào)的中心電壓點(diǎn)和地平面是等電勢(shì)的，因此在使用差分階躍信號(hào)進(jìn)行差分TDR測(cè)試時(shí)，只要保證探針A和探針B共地，即無(wú)需與DUT之間接地。圖6虛擬地原理需要注意的是:探針A和探針B必須要共地，如下圖是可調(diào)探頭的共地圖。7泰克、安捷倫、愛(ài)思達(dá)可調(diào)共地探頭I探針B需要完好共地，如果共地不良或共地連接線斷由圖7可知，掉都不能進(jìn)行測(cè)試F試前必須認(rèn)真檢查共地是否良好。4.3板內(nèi)阻抗測(cè)試注意事項(xiàng)4.3.1所選用的特性阻抗測(cè)試儀必須支持板內(nèi)阻抗測(cè)試功能。4.3.2需配備可調(diào)探頭，可調(diào)間距一般要求在0.53mm之間，可滿足不同測(cè)試點(diǎn)的需求。4.3.3差分測(cè)試前必須檢測(cè)信號(hào)針是否良好共地。4.3.4間距過(guò)小的測(cè)試過(guò)程中探針與測(cè)試點(diǎn)必須穩(wěn)定接觸。5總結(jié)通過(guò)以上論述和測(cè)試對(duì)比，結(jié)論概括如下：Coupon與板內(nèi)阻抗測(cè)試值存