Come progettare il tuo coupon di test PCB e cosa puoi testare

Con l'aumento della velocità di funzionamento dei componenti, l'impedenza controllata sta diventando più comune nei sistemi digitali, analogici e a segnale misto. Se il valore dell'impedenza controllata per un interconnettore è errato, può essere molto difficile identificare questo problema durante un test in circuito. Piccole discrepanze potrebbero non causare il fallimento di una scheda, ma può essere difficile individuare l'impedenza errata come causa di qualsiasi fallimento del test, specialmente se non sono stati posizionati sulla scheda i corretti punti di test e strutture di test per facilitare i test di impedenza su scheda nuda.

Dato che l'impedenza dipende da molti parametri (geometria delle tracce, spessore del laminato e valore Dk del laminato), la maggior parte delle PCB viene attualmente testata per l'impedenza controllata. Tuttavia, i test sono normalmente eseguiti su un coupon di test per PCB, che viene prodotto sullo stesso pannello del PCB (solitamente lungo un bordo). Se vuoi accelerare i cicli di revisione delle schede e aiutare i progetti futuri, potresti considerare di progettare un coupon di test e tenerlo a portata di mano per i progetti futuri. Inoltre, fornire al tuo produttore una documentazione sufficiente sulla geometria dell'interconnettore proposta è di grande aiuto per assicurare che il tuo produttore crei il coupon di test corretto.

Coupon di test PCB separato o integrato?

L'obiettivo di qualsiasi coupon di test è quello di catturare accuratamente l'impilamento previsto della tua scheda e facilitare test accurati sull'impedenza degli interconnettori. Esistono diversi modi per farlo. In un coupon di test per l'impedenza controllata, il fabbricante può lasciare un po' di spazio sul bordo del pannello per posizionare alcune strutture di test per l'impedenza controllata. I coupon di test possono anche essere selezionati da una libreria del fornitore, progettati secondo gli standard industriali (ad esempio, i coupon D di IPC 2221B Appendice A), o generati utilizzando alcuni software (ad esempio, il Generatore di Coupon Gerber IPC 2221B).

A volte, un coupon di prova è integrato direttamente nel PCB reale, anziché essere creato come una sezione separata sullo stesso pannello. In questo caso, il coupon di prova potrebbe non avere l'aspetto tipico che ci si aspetterebbe da un coupon generato o fornito dal venditore. Kella Knack descrive le strutture di prova comuni da includere in un coupon di prova separato (se sei un produttore) o direttamente su una scheda prototipo (se sei un progettista) in un articolo recente.

Posizionare strutture di test direttamente su una scheda potrebbe sembrare uno spreco di spazio, ma aiuta notevolmente nei test in circuito, sia durante la prototipazione che durante la produzione su larga scala. Se stai progettando geometrie di interconnessione non comuni, devi valutare l'impedenza prima di produrre su larga scala. Non guasta progettare una singola scheda con i tuoi disegni di interconnessione e testarli internamente. Pagherai in anticipo per una scheda di test, ma potresti risparmiarti un giro di scheda in seguito se riesci a ottenere le misurazioni di cui hai bisogno prima della produzione.

Oltre l'Impedenza

L'impedenza di interconnessione, la capacità della PDN, le perdite del conduttore e il ritardo di propagazione possono tutti essere misurati con le giuste strutture di test. Altre strutture di test posizionate su un coupon di prova progettato su misura sono utili per determinare la costante dielettrica del laminato del substrato. Una volta raggiunto il regime delle microonde/mmWave, aspetti come la perdita di inserzione e la radiazione della cavità dovrebbero essere testati per garantire che i segnali analogici su linee a impedenza controllata non subiscano significative degradazioni.

I coupon di prova possono anche essere sottoposti a test di shock termico, simulazioni di riflusso, misurazioni della temperatura di transizione vetrosa, misurazioni della resistenza in DC del conduttore, o qualsiasi altro test si possa immaginare. Un coupon di prova dà anche al fabbricante l'opportunità di qualificare il processo di produzione e la qualità, garantendo che la vostra nuova scheda soddisfi gli standard di affidabilità. I risultati dai pannelli dovrebbero rientrare entro il 5% dei valori specificati.

Innovare alle Alte Frequenze

Se inizi a lavorare con frequenze estremamente alte e hai bisogno di effettuare transizioni tra strati, utilizzando materiali unici, o lavorando con schede HDI, le alte frequenze possono creare altri problemi di integrità del segnale che sono difficili da risolvere. In schede che operano nell'ordine dei 10 GHz, tutti i punti che vengono testati su un coupon di test standard per un sistema digitale ad alta velocità sono importanti e dovrebbero essere esaminati su un coupon di test ad alta frequenza. Ci sono altre misurazioni importanti che dovrebbero essere raccolte per garantire l'integrità del segnale e una bassa EMI irradiata.

Dopo alcuni articoli precedenti sui problemi di SI/EMI in diversi sistemi analogici ad alta frequenza, ho ricevuto alcune domande sui tipi di via utilizzati nelle schede mmWave, specificamente se i via passanti metallizzati dovrebbero essere utilizzati a queste frequenze. Jon Coonrod ha discusso questo punto e alcuni aspetti importanti sulla determinazione della costanza della costante dielettrica attraverso gli interconnettori. Dimensionare correttamente e eseguire il backdrilling di questi via per l'uso a queste frequenze è critico poiché un via dimensionato in modo non appropriato con un lungo stub può creare una riflessione eccessiva, apparendo come perdita di inserzione che raggiunge ~6 dB o più.

Con una pianificazione intelligente, è possibile inserire tutta la circuitazione importante per microonde/mmWave sullo strato superficiale ed evitare transizioni tra gli strati. Nel caso in cui sia necessario utilizzare una transizione tra gli strati o testare una struttura di interconnessione unica (ad esempio, guide d'onda integrate nel substrato), ciò dovrebbe essere esaminato su un coupon di test per l'impedenza, la perdita di inserzione e la perdita complessiva. In particolare, le transizioni tra gli strati possono essere ispezionate con una misurazione della riflettometria nel dominio del tempo (TDR). Un'alta disadattanza di impedenza tra le sezioni della linea di trasmissione e le strutture dei via si manifesterà come un calo nel segnale di riflettometria, consentendo di qualificare queste strutture per l'uso in una produzione di serie.

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