Comment concevoir votre coupon de test PCB et ce que vous pouvez tester

À mesure que la vitesse de fonctionnement des composants a augmenté, l'impédance contrôlée devient plus courante dans les systèmes numériques, analogiques et mixtes. Si la valeur de l'impédance contrôlée pour un interconnecteur est incorrecte, il peut être très difficile d'identifier ce problème lors d'un test en circuit. De légères discordances peuvent ne pas entraîner l'échec d'une carte, mais il peut être difficile de déterminer que l'impédance incorrecte est la cause d'un échec de test, surtout si les points de test corrects et les structures de test n'ont pas été placés sur une carte pour faciliter les tests d'impédance sur carte nue.

Étant donné que l'impédance dépend de nombreux paramètres (géométrie des pistes, épaisseur du stratifié et valeur Dk du stratifié), la majorité des PCB sont actuellement testés pour l'impédance contrôlée. Cependant, les tests sont normalement effectués sur un coupon de test PCB, qui est fabriqué sur le même panneau que le PCB (généralement le long d'un bord). Si vous souhaitez accélérer les révisions de cartes et aider les conceptions futures, vous pourriez envisager de concevoir un coupon de test et de le garder à portée de main pour les conceptions futures. De plus, fournir à votre fabricant une documentation suffisante sur votre géométrie d'interconnexion proposée est d'une grande aide pour garantir que votre fabricant crée le bon coupon de test.

Coupon de test PCB séparé ou intégré ?

L'objectif de tout coupon de test est de capturer avec précision l'empilement prévu de votre carte et de faciliter les tests d'impédance d'interconnexion précis. Il existe plusieurs façons de le faire. Dans un coupon de test pour l'impédance contrôlée, le fabricant peut laisser un peu d'espace sur le bord du panneau pour placer des structures de test pour le test d'impédance contrôlée. Les coupons de test peuvent également être sélectionnés à partir d'une bibliothèque de fournisseurs, conçus selon les normes de l'industrie (par exemple, les coupons D de l'annexe A de l'IPC 2221B), ou générés à l'aide de certains logiciels (par exemple, le générateur de coupons Gerber IPC 2221B).

Parfois, un coupon de test est intégré directement dans le PCB actuel, plutôt que d'être créé comme une section séparée sur le même panneau. Dans ce cas, le coupon de test peut ne pas avoir l'apparence typique que l'on attendrait d'un coupon de test généré ou fourni par un vendeur. Kella Knack décrit les structures de test communes à inclure dans un coupon de test séparé (si vous êtes un fabricant) ou directement sur une carte prototype (si vous êtes un concepteur) dans un article récent.

Placer des structures de test directement sur une carte peut sembler être une perte d'espace, mais cela aide grandement au test en circuit, tant lors du prototypage que même pendant la production à grande échelle. Si vous concevez des géométries d'interconnexion inhabituelles, vous devez évaluer l'impédance avant de produire à grande échelle. Cela ne fait pas de mal de concevoir une carte unique avec vos conceptions d'interconnexion et de les tester en interne. Vous paierez d'avance pour une carte de test, mais vous pourriez vous épargner un cycle de révision de carte plus tard si vous pouvez obtenir les mesures dont vous avez besoin avant la production.

Au-delà de l'Impédance

L'impédance d'interconnexion, la capacité du PDN, les pertes dans les conducteurs et le délai de propagation peuvent tous être mesurés avec les structures de test appropriées. D'autres structures de test placées sur un coupon de test conçu sur mesure sont utiles pour déterminer la constante diélectrique du substrat de laminé. Une fois que vous atteignez le régime micro-ondes/mmWave, des éléments tels que la perte d'insertion et le rayonnement de cavité devraient être testés pour garantir que les signaux analogiques sur les lignes à impédance contrôlée ne subissent pas de dégradation significative.

Les coupons de test peuvent également être soumis à des tests de choc thermique, des simulations de refusion, des mesures de température de transition vitreuse, des mesures de résistance en courant continu des conducteurs, ou tout autre test que vous pouvez imaginer. Un coupon de test donne également au fabricant l'occasion de qualifier le processus de fabrication et la qualité, garantissant que votre nouvelle carte répond aux normes de fiabilité. Les résultats des panneaux devraient se situer à 5% des valeurs spécifiées.

Innover à Hautes Fréquences

Si vous commencez à travailler avec des fréquences extrêmement élevées et avez besoin de faire des transitions de couches, d'utiliser des matériaux uniques ou de travailler avec des cartes HDI, les hautes fréquences peuvent créer d'autres problèmes d'intégrité de signal qui sont difficiles à résoudre. Dans les cartes fonctionnant dans les dizaines de GHz, tous les points testés sur un coupon de test standard pour un système numérique haute vitesse sont importants et devraient être examinés sur un coupon de test haute fréquence. Il existe d'autres mesures importantes qui devraient être recueillies pour assurer l'intégrité du signal et une faible émission de rayonnement EMI.

Après quelques articles précédents sur les problèmes de SI/EMI dans différents systèmes analogiques à haute fréquence, j'ai reçu des questions sur les types de vias utilisés dans les cartes mmWave, spécifiquement si les vias traversants métallisés devraient être utilisés à ces fréquences. Jon Coonrod a discuté de ce point et de quelques points importants sur la détermination de la constance de la constante diélectrique à travers les interconnexions. Dimensionner correctement et réaliser le backdrilling de ces vias pour une utilisation à ces fréquences est crucial car un via mal dimensionné avec un long stub peut créer une réflexion excessive, apparaissant comme une perte d'insertion atteignant ~6 dB ou plus.

Avec une planification intelligente, vous pouvez intégrer toute votre circuitrie importante micro-ondes/ondes millimétriques sur la couche de surface et éviter les transitions de couches. Dans le cas où vous auriez besoin d'utiliser une transition de couche ou de tester une structure d'interconnexion unique (par exemple, des guides d'ondes intégrés au substrat), cela devrait être examiné sur un coupon de test pour l'impédance, la perte d'insertion et la perte totale. Plus précisément, les transitions de couches peuvent être inspectées avec une mesure de réflectométrie en domaine temporel (TDR). Un désaccord d'impédance élevé entre les sections de ligne de transmission et les structures de via apparaîtra comme une baisse dans le signal de réflectométrie, vous permettant de qualifier ces structures pour une utilisation dans une série de production.

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