El diseño de un tablero de carga o tablero de circuito para las pruebas de CI, suena como una tarea de rutina que incluye algunos requisitos básicos, y algunos planteamientos de sentido común. Pero no siempre, es así de simple. Con las nuevas tecnologías y los requisitos de diseño, cada vez más complejo, hay ahora más que nunca, las cuestiones a considerar en la optimización de un tablero de carga.
Algunos factores, como la selección del sustrato material, son fundamentales. Otros difieren con diseños específicos, incluyendo la disposición del tablero, la colocación de componentes, el número, ubicación y tamaño de las vias; a tierra la carga a bordo; y tamaños de la almohadilla. Todos estos factores ayudan a minimizar la interferencia. Muchas veces, los lazos de modelado todos estos componentes juntos para determinar si el funcionamiento eléctrico se reunió antes de la junta se fabrica.
Selección del material de sustrato
La elección del material de sustrato correcto es crítico, para el buen diseño tablero de carga. Los más importantes parámetros eléctricos individuales son una constante dieléctrica baja tangente y un bajo factor de disipación o pérdida. Además, si el sistema va a ser medido a través de un amplio ancho de banda, rendimiento constante a través de una amplia gama de frecuencias es crucial para la reproducción exacta de la señal.
Tenga en cuenta el grosor del sustrato adecuado. Esto es importante para determinar la geometría del resto de la placa de carga debido a las distancias entre el plano de tierra o aviones afectará a la impedancia de la línea de señales. Norma materiales de alta frecuencia son sólo almacenan en 5 -, 8 -, 10 -, 15 -, 20 -, 32 -, y espesores de 64 millones. Por lo general, cuatro milésimas de pulgada es el más delgado material de sustrato disponible.
La Figura 1 muestra los campos de la E de una Johnstech 0,5 mm de paso Pad ™ 200 ROL contactor con el tablero de carga establecidos para dar cabida tanto la LOD 200 tecnología y la soldadura del dispositivo a la placa. Como se muestra en la figura, la E-campos son muy grandes en el foro de seguimiento de carga más allá del contacto y tabla de punto de la interfaz de carga, y los bordes del contacto también tienen bastante de E-campo de radiación de alta.
Esquinas agudas en el talón de seguimiento tienen mayores concentraciones de E-campo por lo que es mejor en los bordes y reducir el radio de las longitudes trozo. El E-campos en la parte izquierda del modelo se reducen en magnitud, debido principalmente a un recorte en la vivienda por encima de las huellas. La parte superior derecha de la modelo (la caja verde) es el DUT.
Muchas juntas de carga están diseñados para probar las piezas en la planta de producción en un contactor extraíble. A menudo, la junta de carga y sistema de contactor se compara con el proceso de soldadura de las piezas directamente a los consejos para calibrar las pérdidas adicionales.
Cada vez que un contactor de prueba se utiliza, además de aumentar la cantidad de inductancia baja ya que el dispositivo se detendrá a cierta distancia por encima del tablero de carga. Por esa razón, es vital para diseñar la placa de carga con baja inductancia menor que la necesaria para asegurarse de que todavía puede probar las piezas con las especificaciones de la producción y que los parámetros adicionales o pérdidas debido a que el contactor no afecten los rendimientos.
En los casos en que el sistema es repetible, estas pérdidas adicionales pueden calibrarse. Si la ganancia de un amplificador se mide la cantidad de ganancia perdida se ve afectado por lo bajo que la inductancia de tierra se encuentra en el contactor de la prueba.
Presentación de la placa
Normalmente, cuando por el que se fuera un tablero de carga, es mejor no introducir trozos que actúan como antenas y problemas de funcionamiento. A menudo, esto ocurre cuando la placa se presenta por dos tecnologías diferentes o cuando los dispositivos están soldados a la placa, además de las pruebas con un contactor.
Máscara de la soldadura debe ser removido de la superficie del contactor para asegurarse de que el asentamiento y los dispositivos se presentan en forma coplanar. Esto proporciona la ventaja añadida de un mayor contacto y la vida del contactor. Si es necesario ejecutar trazas paralelas, es mejor a las señales de ruta en formato diferencial de tierra de la señal de la señal del suelo (GSSG) para reducir la susceptibilidad al ruido.
Uso de conectores roscados para las señales de RF de alta frecuencia también puede mejorar el rendimiento. El mejor rendimiento se produce cuando los conectores se encuentran en línea en lugar de vertical a través de la junta. Cualquier mensaje en los conectores, tanto en el terreno y las señales, debe quedar al ras para evitar que las colillas no deseados y el rendimiento sea menor.
Colocación de componentes
Idealmente, los componentes de la disociación se encuentra justo detrás de los contactos del contactor que tienen el propósito de separar. Esto es particularmente importante en las frecuencias altas. Si no se hace esto, el desacoplamiento de hecho puede agravar la situación porque la longitud del circuito de rastreo o cable entre en contacto con el destino y sus actos desacoplador como una antena. Esto permite que el ruido al entrar o salir del circuito. Esta misma longitud del circuito de rastreo o cable pueden formar un circuito de resonancia con los componentes de la disociación y causar oscilaciones esporádicas.
Puesto que es deseable disponer de los componentes de la disociación situado justo detrás del contacto que van a separar, el marco del contactor posible que tenga que ser modificado para la colocación componente de la disociación. El uso de un arreglo universal permite un contactor específico para dar cabida a diferentes tipos de dispositivos de empaquetado.
La ubicación de los elementos de ajuste sigue de cerca los criterios establecidos para la colocación de los componentes de la disociación. Elementos que forman lazos fase-bloqueado (PLL) son especialmente sensibles al ruido.
Una práctica común con los dispositivos digitales de alta velocidad es integrar todos los elementos de la recuperación de reloj PLL interno para el propio chip. Sin embargo, los condensadores que establecen la esquina del filtro de paso bajo del bucle son externos al dispositivo. Se colocan en el tablero de carga.
Para un rendimiento óptimo, estos condensadores deben estar situados justo al lado de las terminales a las que pertenecen. Puesto que son susceptibles a la captación de ruido, deben estar protegidos con un guardia de anillo traza en torno a estos condensadores en la placa o placa de carga.
Vias
El número, ubicación y tamaño de vias son consideraciones importantes en un diseño de carga bordo éxito porque las señales vias ruta entre capas y actuar como escudos vertical entre las huellas. A través del agujero es una ubicación en un PCB utilizados tanto para el montaje de un componente a través de hoyos o encaminamiento huellas entre las capas. Desde vias suelen llevar señales o corrientes eléctricas, que se colocan para la continuidad. Vias puede servir como una ruta de acceso a la tierra a partir de vestigios de una capa de un PCB de la placa de masa.
En la mayoría de los casos, vías son el camino más directo a la tierra. En los diseños digitales y de RF de alta velocidad, caminos de tierra debe ser corto y directo para evitar la introducción de ruidos extraños en los circuitos.En muchos casos, las placas tienen un número suficiente de vías para probar adecuadamente una parte sin afectar a su rendimiento, especialmente en las frecuencias elevadas o en las ganancias por encima de 30 dB.
La figura 2 muestra un diseño de tablero típico con a través de las estructuras. Colocación de huellas debido a que periódicamente se adjunta a un tablero plano del suelo de carga es la mejor manera de aislar dos trazas de la señal y mejorar el aislamiento bordo o interferencia. Este modelo muestra una configuración de GSSG, que por lo general es mejor para el encaminamiento de señales de alta frecuencia.
Hay dos tipos básicos de vias: estándar y micro. La elección del diseño depende de factores tales como la frecuencia de operación, seguimiento densidad, parásitos, y la economía e incluye una base de compensación entre la densidad y coste.
Si un medio se utiliza para el montaje de un componente, entonces debe ser lo suficientemente grande para dar cabida a la iniciativa del componente con la prestación adecuada de la acumulación de placas y la soldadura. A través de pequeños agujeros requieren pequeños trozos de perforación y sistemas de láser se utilizan para vías que son menos de 4 milésimas de pulgada de diámetro.
Las brocas utilizadas para estos pequeños agujeros son más propensos a romperse que las brocas grandes, añadiendo a los costes de fabricación del tablero de carga. Además, pequeños trozos pasear fuera del centro, una característica que incrementa los costos de producción, ya que las juntas deben ser perforados en pequeños lotes.
Microvías, que son hechos por PhotoImaging, la ablación por láser, plasma o grabado, por lo general se utilizan en los diseños de muy alta densidad de seguimiento. Microvías puede ser de 2 milésimas de pulgada o más pequeños. En consecuencia, la densidad de las pastillas puede aumentar cuatro veces. Microvías también se pueden colocar directamente en las almohadillas, creando aún más ahorro de espacio en vías estándar.
A través del orificio de diámetro depende del grosor de la placa o placa de carga. Normas se han establecido y documentado para este fin, incluida la norma MIL-STD-275E, que enumera el diámetro del agujero aceptable para un estándar a través de T / 4, donde T es el espesor del tablero.
Las vías más entre los restos de masa superior de la capa y el plano del suelo, menor es la inductancia a tierra efectiva y el mejor rendimiento. Por lo general, menor es la tangente de pérdida, la pérdida se produce menos en el sustrato.
A la baja constante dieléctrica y un sustrato duro son importantes para las pruebas de alta frecuencia en la producción. La RF o huellas sensibles por lo general se encuentran en el perímetro del paquete así que es mejor para que los conduzca en la capa superior del sustrato para reducir las pérdidas. Estos serán tanto las estructuras de la línea microstrip o estructuras coplanares guía de onda.
Normalmente, la impedancia del dispositivo bajo prueba será de 50 Ω, se pongan en venta el equipo de prueba.Para conseguir el mayor ancho de banda, la junta directiva del contactor y la carga también debe estar diseñado para 50 Ω para evitar errores de incompatibilidad. Si la comparación se hace en el tablero de carga para una determinada frecuencia de la prueba con elementos concentrados, el rendimiento en general, va a ser peor si usted utiliza una tecnología de contactores diferentes.
Junta de carga a tierra
Aumentar el número de rutas de acceso a la tierra también se reduce la inductancia baja y tiende a aumentar el ancho de banda del sistema. vias de posicionamiento periódicamente aproximadamente 1 / 20 de longitud de onda de separación entre el cojín de tierra o de seguimiento y el plano del suelo impone de hecho un cuadro de escudo alrededor de la señal de rastreo. Cuanto mayor sea la frecuencia de la señal de seguimiento, más cerca de la vias deben de controlar la interferencia.
El aislamiento y la interferencia puede ser mitigado por el simple expediente de establecer un campo de seguimiento entre dos señales. La mejora puede ser más de 20 dB a frecuencias más bajas y por lo menos 10 dB a frecuencias más altas.
Directrices para la optimización de la carga a tierra bordo incluyen los siguientes:
• La longitud y el área de la trayectoria de tierra son muy importantes para que coincida con el DUT.
• inductancia tierra debe ser reducido al mínimo para optimizar el rendimiento de alta frecuencia.
• puesta a tierra debe ser baja para minimizar la caída de tensión de alimentación.
• Conexión a tierra a través de controles de vallas interferencia entre las señales mediante la creación de un muro entre las líneas de señales.
Pad Tamaño y forma
Tanto el tamaño de la almohadilla y la forma de afectar a los reflejos y las radiaciones y por lo tanto el ancho de banda. Como un simple ejemplo, tres diseños pista fueron elegidos para calcular los efectos. En la figura 3, Diseño B es la mayor plataforma con bordes cuadrados, un diseño es ligeramente más pequeño, y el diseño C es más pequeño aún y con las esquinas redondeadas. Uso del punto 15 dB para definir el ancho de banda de la pérdida de rendimientos retorno 4, 7, y 24 GHz, respectivamente, de "Diseños" B, A y C.
Esto sugiere algunas reglas para el diseño de la placa en todo el contactor: selección traza anchos que son de 50 Ω y que el apoyo y el contacto de la tierra en las pastillas que no crean efectos trozo. La pérdida de retorno se degrada rápidamente cuanto mayor sea el trozo se convierte en más allá de la interfaz de contacto y tablero de carga.grandes desajustes bordo y talones de crear las pérdidas de desequilibrio que afecta a la pérdida de inserción del sistema, creando cambios en las ganancias medidas de amplificadores u otros componentes activos.
Si el ancho de banda de la pérdida de inserción se especifica como el punto de pérdida de 1 dB, el pad que es más de lo necesario puede crear un trozo grande, disminuyendo el ancho de banda de 1 dB en casi tres veces en comparación con una almohadilla óptimo con un trozo muy pequeño. Para que este sistema modelo, el ancho de banda de 37 GHz para el diseño de plataforma óptima y sólo 14 + GHz para la plataforma que permita soldar el dispositivo a la placa de carga. El ancho de traza no afecta a la respuesta mucho más, siempre y cuando el ancho está diseñado para ser cerca de 50 Ω.
Minimizar Diafonía
Al encaminar las huellas de alta frecuencia en el foro de carga, es de vital importancia tener en cuenta que los ángulos rectos tienden a emitir más energía porque las señales se propagan en línea recta. Cambios en el resultado de la línea de ancho en los cambios en las reflexiones de la impedancia y la causa. Colocación de un terreno de seguimiento entre las líneas de alta frecuencia crea una barrera para las señales siguen siendo reducidos.
Colocación de una valla a través de como se muestra en la Figura 2 más evita que las señales no deseadas que aparecen en los rastros adyacentes. líneas de reloj que las frecuencias más altas, y los bordes buena reloj requiere la 3 ª y armónicos quinto. La disociación componentes deben estar ubicadas cerca del aparato. Para el mejor funcionamiento del contactor, coincide con la traza de la impedancia para el dispositivo.
Como huellas mueve desde el borde de la junta a un dispositivo, que tienden a acercar, reduciendo su impedancia.Un método eficaz para mantener la impedancia de las huellas es reducir las huellas ligeramente a medida que se acerca a un contactor y el DUT.
En resumen, para reducir al mínimo la interferencia:
• Aislar los rastros de alta frecuencia utilizando las líneas de tierra.
• Aislar los rastros de alta frecuencia utilizando a través de las cercas.
• Mueva las huellas del reloj lejos de las líneas de señal.
• Ruta sensibles primeras líneas: de alta frecuencia, las líneas de reloj.
• Reducir la huella se ejecuta en paralelo. Las huellas más largo plazo, al lado del otro, la interferencia más.
• Si las huellas paralelas no se pueden eliminar, enviar la señal como un par diferencial.
Modelo de rendimiento eléctrico
Modelado normalmente se utiliza en la fase de diseño para determinar el rendimiento del sistema y por lo general incluye todas las partes del sistema: tablero de carga, contactores, y el dispositivo. Modelado de ayuda a predecir el rendimiento. Si se hace correctamente, da lugar a menudo en el diseño correcto de un tablero de carga de alto rendimiento en el primer intento.
Para optimizar el rendimiento, redes de modelado se pongan en venta por lo general se utiliza para mejorar los resultados de la prueba, especialmente si una sola frecuencia es de interés o un ancho de banda estrecha de frecuencias es importante. Si se cambia la frecuencia o los cambios de rendimiento del contactor, el partido no funcionará tan bien después del cambio y con frecuencia puede degradar el rendimiento. Obviamente, es importante que todos los componentes del sistema tienen el ancho de banda requerido sea necesario para poner a prueba el dispositivo bajo prueba. Se pongan en venta para optimizar el rendimiento general tiene éxito en uno o un número limitado de frecuencias.
En conclusión, muchos factores juegan en el diseño de un tablero de carga que se traducirá en una prueba efectiva del DUT. Descuidar uno de los factores, como el grosor del sustrato y selección de materiales, a través de la colocación, ruteo de señal, o de puesta a tierra, puede resultar en el rediseño de la placa de carga. Modelado, si se hace correctamente, atar todo junto. modelos precisos que predicen el rendimiento identificará los primeros números y, a menudo como resultado un diseño de primera con éxito.
Algunos trucos básicos del Comercio
• Proporcionar los recursos en la vivienda encima de huellas para reducir los cambios de impedancia
Desde el alojamiento del material tiene una alta constante dieléctrica del aire, si la vivienda se basa en la traza, que reducirá la impedancia. La cantidad de reducción depende de la constante dieléctrica del material y la configuración de la placa de carga. Para un mejor rendimiento, asegúrese de que haya un alivio en la vivienda, aunque la reducción de la huella de ancho donde la vivienda se basa podría ayudar a volver de nuevo a la impedancia de 50 Ω.
• Huellas ruta paralela en una configuración diferencial para reducir la degradación de la señal
Cuanto más tiempo que traza paralelos y cuanto más cerca están juntos, más la diafonía y la degradación de la señal puede ocurrir. Este es un factor particularmente importante en RF y sistemas digitales de prueba. Además, cuanto más tiempo los contactos son paralelas y cuanto más cerca están juntos, mayor será el riesgo de más interferencias. Enrutamiento huellas paralelas en una configuración diferencial reduce esta degradación de la señal mediante la cancelación de los ruidos.
• Utilice Vias para mejorar la interferencia entre las señales
Periódicamente, la vinculación del plano de masa superior al plano de tierra interno con vias reduce el tamaño del bucle de tierra y mejora la interferencia entre las líneas de señales.
• Proximidad al plano del suelo afecta a Trace Impedancia
Una línea de 50 Ω en el borde de la junta directiva podría convertirse en una impedancia mucho menor que las huellas se acercan el uno al otro, el dispositivo, o el plano del suelo. Cuanto más cerca están los rastros de las huellas plano del suelo o la tierra, más se tiende a reducir la impedancia.
• Acortar el camino de tierra a tierra de la inductancia Baja
Cuanto más baja la plataforma de dispositivo o de plano es el plano de tierra en el tablero de carga, aumenta la ruta más inductancia. Esto también podría hacer que los dispositivos para entrar en oscilaciones. Acortar el camino de tierra o la adición de rutas adicionales, como más vías, ayuda a reducir la inductancia baja.
El general de la inductancia efectiva del camino de tierra a la placa de masa tablero puede reducirse aún más mediante la inclusión de bonos adicionales de alambre o rastros de tierra en el dispositivo, agregar contactos extra en el contactor de la prueba, agregando vías adicionales de la plataforma de carga baja bordo al plano del suelo, o utilizando un sustrato material más fino.
Acerca del Autor
Jeff Jerez es un alto nivel de RF / ingeniero digital de alta velocidad de I + D en Johnstech Internacional. Él tiene 25 años de experiencia en la industria de semiconductores en el diseño y modelado de circuitos de microondas de hasta 100 GHz. Un ingeniero profesional con licencia, el señor Jerez recibió un BSEE y un MSEE de la Universidad de Minnesota y un grado de tecnología avanzada a través de Honeywell. Johnstech, 1210 New Brighton Blvd., Minneapolis, MN 55413, 612-378-2020, e-mail.: jcsherry@johnstech.com
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