PCB 테스트 쿠폰을 디자인하는 방법과 테스트할 수 있는 내용

구성 요소의 작동 속도가 증가함에 따라, 디지털, 아날로그 및 혼합 신호 시스템에서 제어된 임피던스가 점점 더 일반적이 되고 있습니다. 인터커넥트의 제어된 임피던스 값이 잘못되면, 회로 내 테스트 중에 이 문제를 식별하기가 매우 어려울 수 있습니다. 경미한 불일치는 보드가 실패하게 하지 않을 수 있지만, 올바른 테스트 포인트와 테스트 구조가 보드에 배치되지 않았다면, 테스트 실패의 원인으로 잘못된 임피던스를 정확히 지적하기 어려울 수 있습니다.

임피던스는 많은 매개변수(트레이스 기하학, 라미네이트 두께 및 라미네이트 Dk 값)에 따라 달라지므로, 현재 대부분의 PCB는 제어된 임피던스에 대해 테스트되고 있습니다. 그러나, 테스트는 일반적으로 PCB와 같은 패널에 제조된 PCB 테스트 쿠폰에서 수행됩니다(보통 가장자리를 따라). 보드 스핀을 빠르게 통과하고 미래의 설계를 돕고 싶다면, 테스트 쿠폰을 설계하고 미래의 설계를 위해 그것을 준비해 두는 것을 고려할 수 있습니다. 또한, 제안하는 인터커넥트 기하학에 대한 충분한 문서를 제조업체에 제공하는 것은 제조업체가 올바른 테스트 쿠폰을 생성하는 데 큰 도움이 됩니다.

별도 또는 통합 PCB 테스트 쿠폰?

모든 테스트 쿠폰의 목표는 보드의 의도된 스택업을 정확하게 포착하고 정확한 인터커넥트 임피던스 테스팅을 용이하게 하는 것입니다. 이를 위한 여러 가지 방법이 있습니다. 제어된 임피던스를 위한 테스트 쿠폰에서는 제작자가 패널 가장자리에 일부 테스트 구조물을 배치할 수 있는 공간을 남겨둘 수 있습니다. 테스트 쿠폰은 벤더 라이브러리에서 선택하거나 업계 표준(예: IPC 2221B 부록 A의 D 쿠폰)에 따라 설계되거나 일부 소프트웨어를 사용하여 생성될 수 있습니다(예: IPC 2221B Gerber 쿠폰 생성기).

때로는 테스트 쿠폰이 별도의 섹션으로 만들어지는 대신 실제 PCB에 통합될 수 있습니다. 이 경우, 테스트 쿠폰은 생성되었거나 공급업체에서 제공한 테스트 쿠폰에서 기대할 수 있는 전형적인 모습을 가지고 있지 않을 수 있습니다. Kella Knack은 제조업체인 경우 별도의 테스트 쿠폰에 포함시켜야 할 일반적인 테스트 구조와 디자이너인 경우 프로토타입 보드에 직접 포함시켜야 할 구조를 최근 기사에서 설명합니다.

테스트 구조를 보드에 직접 배치하는 것은 공간 낭비처럼 보일 수 있지만, 프로토타이핑은 물론 전체 생산 과정에서 인-서킷 테스트에 큰 도움이 됩니다. 흔하지 않은 인터커넥트 기하학을 설계하는 경우, 대량 생산 전에 임피던스를 평가해야 합니다. 인터커넥트 디자인을 포함한 단일 보드를 디자인하고 사내에서 테스트하는 것이 손해가 아닙니다. 테스트 보드에 앞서 비용을 지불하게 되지만, 생산 전에 필요한 측정값을 얻을 수 있다면 나중에 보드 스핀을 절약할 수 있습니다.

임피던스를 넘어서

연결 임피던스, PDN 용량, 도체 손실, 그리고 전파 지연은 모두 올바른 테스트 구조를 사용하여 측정할 수 있습니다. 사용자 정의 테스트 쿠폰에 배치된 다른 테스트 구조는 기판 라미네이트의 유전 상수를 결정하는 데 유용합니다. 마이크로파/mm파 영역에 도달하면 삽입 손실과 공동 방사와 같은 것들이 테스트되어야 합니다. 이는 제어된 임피던스 선상의 아날로그 신호가 중요한 열화를 경험하지 않도록 보장하기 위함입니다.

테스트 쿠폰은 또한 열 충격 테스트, 리플로우 시뮬레이션, 유리 전이 온도 측정, 도체 DC 저항 측정 또는 상상할 수 있는 다른 모든 테스트를 거칠 수 있습니다. 테스트 쿠폰은 또한 제조업체에게 제조 공정 및 품질을 검증할 기회를 제공하여, 새로운 보드가 신뢰성 표준을 충족하는지 확인합니다. 패널의 결과는 사양 값의 5% 이내에 있어야 합니다.

고주파에서의 혁신

극도로 높은 주파수로 작업을 시작하고 레이어 전환을 해야 하거나, 독특한 재료를 사용하거나, HDI 보드를 다룰 때, 고주파는 해결하기 어려운 다른 신호 무결성 문제를 일으킬 수 있습니다. 수십 GHz에서 작동하는 보드에서는 고속 디지털 시스템의 표준 테스트 쿠폰에서 테스트되는 모든 지점이 중요하며 고주파 테스트 쿠폰에서 검토되어야 합니다. 신호 무결성을 보장하고 방사된 EMI를 낮추기 위해 수집해야 할 다른 중요한 측정값도 있습니다.

다양한 고주파 아날로그 시스템에서의 SI/EMI 문제에 관한 이전 기사들에 이어, mmWave 보드에서 사용되는 비아(Via) 유형에 대한 몇 가지 질문을 받았습니다. 특히 이러한 주파수에서 도금된 관통 홀 비아가 사용되어야 하는지에 대한 질문이었습니다. Jon Coonrod는 이 점과 연결부에서 유전 상수의 일관성을 결정하는 몇 가지 중요한 점들에 대해 논의했습니다. 이러한 주파수에서 사용하기 위해 이러한 비아를 적절한 크기로 설정하고 백드릴링하는 것은 매우 중요합니다. 크기가 적절하지 않고 긴 스터브가 있는 비아는 과도한 반사를 일으켜 삽입 손실이 약 6 dB 이상에 이를 수 있습니다.

약간의 현명한 계획을 세움으로써, 중요한 마이크로파/mm파 회로를 표면 층에 모두 배치하고 층 전환을 피할 수 있습니다. 층 전환을 사용해야 하거나 독특한 연결 구조(예: 기판 통합 도파관)를 테스트해야 하는 경우, 이는 임피던스, 삽입 손실 및 전체 손실에 대해 시험 쿠폰에서 검사되어야 합니다. 특히, 층 전환은 시간 영역 반사계(TDR) 측정으로 검사될 수 있습니다. 전송선 부분과 비아 구조 사이의 높은 임피던스 불일치는 반사 신호에서 하락으로 나타나, 이러한 구조를 생산 런에 사용하기 위해 자격을 부여할 수 있게 합니다.

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