В последнее время растет количество ВЧ- и СВЧ-приборов, применяемых в различных сферах деятельности человека, таких, как медицина, промышленное производство, коммуникационные технологии. Высокочастотные сигналы весьма чувствительны к топологии и конструктивному исполнению проводников на печатных платах, по которым они передаются; любые нарушения, возникающие в процессе изготовления печатных плат, приводят к изменению волнового сопротивления проводника и, как следствие, к искажению сигнала в месте дефекта.
В рамках федеральной программы импортозамещения компания ООО «Совтест АТЕ» разработала собственную систему контроля волнового сопротивления ИРС-35 – Измеритель Рефлектометрический Совтест. В системе реализован рефлектометрический метод измерения коэффициента отражения импульсов со временем нарастания от 35 пс.
Назначение рефлектометра
Рефлектометр позволяет обнаруживать следующие дефекты:- изменения ширины и высоты (утонения/утолщения) участков проводников;
- изменение ширины, деформация покрытий печатной платы;
- изменения диэлектрической проницаемости материалов;
- изменения толщины диэлектрика;
- ухудшение свойств, вызванное воздействием повышенных температур и влажности;
- повреждения, вызванные повышенным давлением во время процесса прессования слоев печатной платы;
- нарушение слоя диэлектрика.
Режимы работы рефлектометра
Принцип действия динамического рефлектометра для контроля волнового сопротивления микрополосковых линий и дифференциальных пар модель ИРС-35 (рис.1) основан на методе TDR (Time Domain Reflectometer – рефлектометрический анализ во временной области). Проверка проводника производится путем посылки в него электрического импульса, фиксации отраженного сигнала и вычисления на этой основе волнового сопротивления проводника по всей его длине.
Рис.1. Динамический рефлектометр ИРС-35
Программное обеспечение рефлектометра
Интуитивно понятный русскоязычный интерфейс управляющего программного обеспечения ИРС-35 (рис. 2) позволяет оператору быстро измерить волновое сопротивление в любой точке полосковой линии, а также отследить любое его изменение по всей длине контролируемой полосковой линии в режиме реального времени.
.JPG)
Рис.2. Интерфейс программного обеспечения измерителя волнового сопротивления ИРС-35
Для удобства пользователя ось X графика волнового сопротивления проградуирована шкалой времени и расстояния. Это позволяет анализировать распространение сигнала по всей длине линии передачи данных и по форме сигнала определить расстояние до местонахождения неоднородности (обрыва, КЗ или нарушения геометрии полосковой линии), ее размер (в случае утонения проводника или изменения толщины слоя диэлектрика) и общую длину линии передачи данных с учетом коэффициента диэлектрической проницаемости изолятора, который можно задать вручную или выбрать из перечня наиболее часто используемых в производстве ПП материалов диэлектриков.
Примеры обнаружения неоднородностей
- Изменение ширины участков проводников. По форме графика на рис.3 видно, что часть проводника имеет повышенное волновое сопротивление (разница около 7 Ом). Это свидетельствует об утонении проводника в данной полосковой линии. Возможность отображения параметра по оси Х в миллиметрах позволяет видеть расстояние до дефекта (около 280 мм при общей длине проводника в 440 мм).
- Изменение толщины диэлектрика. Данную неоднородность можно обнаружить тем же способом, что и в примере 1. На рис.4 представлен график изменения волнового сопротивления проводника на печатной плате с вздутиями и отслоениями, образовавшимися вследствие нарушения процесса прессования. Как видим, увеличение расстояния между проводником и слоем земли привело также к увеличению волнового сопротивления проводника в этом месте (разница около 5 Ом). Расстояние до неоднородности около 270 мм.
- Обрыв проводника.
- Короткое замыкание.
.png) | .png) |
| (а) | (б) |
Рис.3. График изменения волнового сопротивления по всей длине годного проводника (а) и проводника с утонением (б). Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y – 10 Ом
Рис.4. График изменения волнового сопротивления по всей длине проводника на ПП с отслоениями. Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y– 10 Ом
Рис.5. График волнового сопротивления годного проводника (а) и проводника с обрывом (б). Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y– 20 Ом
Рис.6. График волнового сопротивления годного проводника, замкнутого на землю. Масштаб сетки: по оси Х одна клетка соответствует 200 пс, по оси Y – 20 Ом
Длина графика волнового сопротивления проводника с обрывом, представленного на рис.5б, будет пропорциональна расстоянию от начала проводника до места обрыва (около 200 мм) и времени распространения импульса.
.png) | .JPG) |
| (а) | (б) |
График волнового сопротивления проводника, замкнутого на землю, также позволяет определить расстояние до места дефекта (около 180 мм). Однако форма сигнала будет отличаться (рис.6).
|
Количество каналов |
2 канала |
|
Метод измерений |
TDR (рефлектометрический метод) |
|
Время нарастания импульса (10–90%) |
35 пс |
|
Частота |
10 ГГц |
|
Время измерений |
75 нс ± 5% |
|
Разрешение по времени |
3 пс |
|
Диапазон длины измеряемых проводников |
до 5 м |
|
Амплитуда |
± 250 мВ |
|
Искажения |
+10%, –5%, максимум 15% от пика до пика в первую наносекунду; +3%, –3% или 5% от пика до пика после первой наносекунды |
|
Калибровка |
программная калибровка по внутреннему или внешнему кабелю (±1%, 50 Ом) |
|
Горизонтальная шкала |
мм, время (нс) |
|
Вертикальная шкала |
мВ, Омы, Rho, дБ |
|
Диэлектрическая проницаемость |
задается пользователем, выбор из списка по типу материала |
|
Режимы работы |
одиночные измерения, по тестовой программе |
|
Режимы измерений |
одиночной полосковой линии, дифференциальной пары |
|
Отчетность |
отчеты по найденным дефектам, накопление статистики |
|
Температура |
рабочая температура от 0°C до +40°C |