Cómo diseñar su cupón de prueba de PCB y qué puede probar

A medida que la velocidad de operación de los componentes ha aumentado, la impedancia controlada se está volviendo más común en sistemas digitales, analógicos y de señales mixtas. Si el valor de la impedancia controlada para un interconector es incorrecto, puede ser muy difícil identificar este problema durante una prueba en circuito. Pequeñas discrepancias pueden no causar que una placa falle, pero puede ser difícil señalar la impedancia incorrecta como la causa de cualquier fallo en la prueba, especialmente si no se colocaron en la placa los puntos de prueba y estructuras de prueba correctos para facilitar las pruebas de impedancia en placa desnuda.

Dado que la impedancia depende de muchos parámetros (geometría de la traza, grosor del laminado y valor Dk del laminado), por lo tanto, la mayoría de las PCBs actualmente se prueban para impedancia controlada. Sin embargo, las pruebas normalmente se realizan en un cupón de prueba de PCB, que se fabrica en el mismo panel que la PCB (generalmente a lo largo de un borde). Si quieres avanzar rápidamente a través de las revisiones de la placa y ayudar en diseños futuros, podrías considerar diseñar un cupón de prueba y mantenerlo a mano para diseños futuros. Además, proporcionar a tu fabricante documentación suficiente sobre tu geometría de interconexión propuesta es de gran ayuda para asegurar que tu fabricante cree el cupón de prueba correcto.

¿Cupón de prueba de PCB separado o integrado?

El objetivo de cualquier cupón de prueba es capturar con precisión el apilado previsto de su placa y facilitar pruebas de impedancia de interconexión precisas. Hay varias maneras de hacer esto. En un cupón de prueba para impedancia controlada, el fabricante puede dejar algo de espacio en el borde del panel para colocar algunas estructuras de prueba para la medición de impedancia controlada. Los cupones de prueba también pueden seleccionarse de una biblioteca de proveedores, diseñarse según estándares de la industria (por ejemplo, los cupones D de Apéndice A del IPC 2221B), o generarse utilizando algún software (por ejemplo, el Generador de Cupones Gerber IPC 2221B).

A veces, un cupón de prueba se integra en el PCB real, en lugar de crearse como una sección separada en el mismo panel. En este caso, el cupón de prueba puede no tener la apariencia típica que uno esperaría de un cupón de prueba generado o proporcionado por el proveedor. Kella Knack describe las estructuras de prueba comunes para incluir en un cupón de prueba separado (si eres un fabricante) o directamente en una placa de prototipo (si eres un diseñador) en un artículo reciente.

Colocar estructuras de prueba directamente en una placa puede parecer una pérdida de espacio, pero ayuda enormemente en las pruebas en circuito, tanto durante el prototipado como incluso durante la producción a gran escala. Si estás diseñando geometrías de interconexión poco comunes, necesitas evaluar la impedancia antes de producir a gran escala. No está de más diseñar una sola placa con tus diseños de interconexión y probarlos internamente. Pagarás por adelantado por una placa de prueba, pero podrías ahorrarte una revisión de placa más tarde si puedes obtener las mediciones que necesitas antes de la producción.

Más allá de la Impedancia

La impedancia de interconexión, la capacitancia de la red de distribución de potencia (PDN), las pérdidas en los conductores y el retraso de propagación pueden medirse todos con las estructuras de prueba adecuadas. Otras estructuras de prueba colocadas en un cupón de prueba diseñado a medida son útiles para determinar la constante dieléctrica del laminado del sustrato. Una vez que se alcanza el régimen de microondas/ondas milimétricas, aspectos como la pérdida de inserción y la radiación de cavidad deben ser probados para asegurar que las señales analógicas en líneas de impedancia controlada no experimenten una degradación significativa.

Los cupones de prueba también pueden someterse a pruebas de choque térmico, simulaciones de reflujo, mediciones de la temperatura de transición vítrea, mediciones de la resistencia en corriente continua de los conductores, o cualquier otra prueba que puedas imaginar. Un cupón de prueba también le da al fabricante la oportunidad de calificar el proceso de fabricación y la calidad, asegurando que tu nueva placa cumpla con los estándares de fiabilidad. Los resultados de los paneles deberían estar dentro del 5% de los valores especificados.

Innovando en Altas Frecuencias

Si comienzas a trabajar con frecuencias extremadamente altas y necesitas hacer transiciones de capas, usar materiales únicos o trabajar con placas HDI, las altas frecuencias pueden crear otros problemas de integridad de señal que son difíciles de resolver. En placas que operan en decenas de GHz, todos los puntos que se prueban en un cupón de prueba estándar para un sistema digital de alta velocidad son importantes y deben ser examinados en un cupón de prueba de alta frecuencia. Hay otras mediciones importantes que se deben recopilar para asegurar la integridad de la señal y una baja EMI radiada.

Después de algunos artículos previos sobre problemas de SI/EMI en diferentes sistemas analógicos de alta frecuencia, he recibido algunas preguntas sobre los tipos de vías utilizados en placas para mmWave, específicamente si se deben usar vías pasantes metalizadas en estas frecuencias. Jon Coonrod ha discutido este punto y algunos puntos importantes sobre la determinación de la consistencia de la constante dieléctrica a lo largo de los interconectores. Dimensionar correctamente y realizar el taladro de retorno en estas vías para su uso en estas frecuencias es crítico ya que una vía de tamaño inapropiado con un stub largo puede crear una reflexión excesiva, apareciendo como pérdida de inserción que alcanza ~6 dB o más.

Con una planificación inteligente, puedes colocar toda tu circuitería importante de microondas/ondas milimétricas en la capa superficial y evitar transiciones de capas. En el caso de que necesites usar una transición de capa o probar una estructura de interconexión única (por ejemplo, guías de onda integradas en el sustrato), esto debe examinarse en un cupón de prueba para la impedancia, pérdida de inserción y pérdida total. Específicamente, las transiciones de capas pueden inspeccionarse con una medición de reflectometría en el dominio del tiempo (TDR). Una alta desajuste de impedancia entre secciones de línea de transmisión y estructuras de vía aparecerá como una caída en la señal de reflectometría, permitiéndote calificar estas estructuras para su uso en una producción.

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