Applikationsschrift 124

Testen von impedanzkontrollierten Boards
mittels Testcoupons

Verwendung von Testcoupons zum Test von impedanzkontrollierten Leiterplatten

Die genaue Einhaltung der kontrollierten Impedanz ist eine Grundvoraussetzung für die korrekte Funktion der Leiterplatte.

In vorangegangenen Applikationsschriften haben wir festgehalten, dass die Impedanz einer Leiterbahn von einer Reihe von Faktoren abhängt. Diese sind z.B die Abmessungen der Leiterbahn (Breite und Dicke), sowie der Dicke und Dielektrizitätskonstante des Laminats und des Pre-Preg Materials.

In der Leiterplattenfertigung ist es üblich, die Fertigungsqualität von kontrollierten Impedanzen zuerst auf einem Prototypenlos zu überprüfen und Kupfergewicht, Leiterbahnbreiten, sowie Wert und Dicke des Dielektrikums zu bestimmen, bevor die Massenproduktion beginnt.  

Selbst in der Fertigung ist es üblich, eine 100% Impedanzprüfung durchzuführen. (oft ist ein 100%-Test ein Abnahmekriterium für die Leiterplatten).

Probleme beim praktischen Test

Beim Test von impedanzkontrollierten Leiterplatten werden Sie häufig auf praktische Probleme stoßen. So kommt es oft vor, dass eine impedanzkontrollierte Leiterbahn für den Test nicht kontaktierbar ist. Obwohl es möglich ist, zusätzliche Pad´s und Vias vorzusehen, so beeinflussen diese die Eigenschaften der Leiterbahn und nehmen wertvollen Platz ein.   

Folgende weitere Probleme können auftreten:

• Die Referenzlagen auf der Leiterplatte sind nicht miteinander verbunden, was zu ungenauen Messungen führt.  
• Für genaue und wiederholbare Ergebnisse sollte die Messung auf geraden Signalleitungen mit einer Mindestlänge von 150mm durchgeführt werden— die Leiterbahnen auf der eigentlichen Leiterplatte sind jedoch oft viel kürzer. 
• Leiterbahnen auf Leiterplatten sind selten einfache gerade Längen von Kupfer— sie enthalten normalerweise auch Abzweigungen zu Schaltkreisen und Durchkontaktierungen zwischen Lagen, was genaue Messungen ebenfalls erschwert.

Um einige dieser Probleme zu vermeiden, werden die Messungen nicht auf der Leiterplatte selbst, sondern auf einem Testcoupon durchgeführt, welcher zur gleichen Zeit und auf dem gleichen Panel mitgefertigt wird. 

Testcoupons

Testcoupons sind üblicherweise kleine Leiterplatten mit Abmessungen in der Größenordnung von 200x30mm mit exakt dem gleichen Lagen- und Leiterbahnaufbau als die Haupt-Leiterplatte.

Ein Coupon weist z.B. die gleichen Leiterbahnbreiten und Kupfergewicht auf den gleichen Lagen auf, wie die entsprechenden kontrollierten Impedanzen auf der Haupt-Leiterplatte. Der Coupon wird so positioniert, dass er die tatsächlichen Leiterplatteneigenschaften in Bezug auf Galvanik, Ätzvorgang und Laminierung repräsentiert. Es ist üblich, einen Coupon an jedem Ende des Panels vorzusehen, um die Konsistenz über das gesamte Panel überprüfen zu können.

Bei der Erstellung der Filme, wird der gleiche Blendencode der impedanzkontrollierten Leiterplatten auch für die Leiterbahnen auf dem Coupon verwendet. Der Coupon wird zur gleichen Zeit wie die Leiterplatte gefertigt und weist somit die gleiche Impedanz wie die Leiterplatte auf. Die Impedanz einer Leiterbahn hängt von den Leiterbahnabmessungen und den elektrischen Eigenschaften ab. Die Verwendung von Coupons ist daher eine genaue und zuverlässige Methode um die Fertigungsqualität und Konsistenz zu überwachen.

Explosionsdarstellung eines Testcoupons

Die Abbildung zeigt einen Testcoupon für eine Leiterplatte, welche zwei Microstrips und zwei Striplines enthält. Die rechteckigen Pad´s auf der Oberfläche markieren die Referenzpunkte für die Versorgungs- und Masseflächen. Die Referenzlagen sind normalerweise mittels Durchkontaktierungen miteinander verbunden und an die rechteckigen Pad´s herausgeführt.

Die zwei Microstrip-Leiterbahnen werden durch Lage L1 und Referenz L2, sowie durch Lage L7 und Referenz L6 gebildet (auf den Oberflächen der oberen und unteren Lagen).

Die zwei Stripline-Leiterbahnen werden durch L3, eingebettet zwischen Referenzlagen L2 und L4 sowie L5, eingebettet zwischen Referenzlagen L4 und L6, gebildet.

Die Couponlagen werden in der Abbildung unten gezeigt.

Das Profil der impedanzkontrollierten Lagen im Testcoupon

Der Coupon wird ebenfalls mit dem gleichen Lötstoplack beschichtet wie die Leiterplatte. Die Anordnung der Leiter auf dem Coupon entsprechen jener der Leiterplatte. Wenn die Leiter auf dem Board orthogonal verlaufen, so weist auch der Coupon dieses Muster auf.  

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