Verifizieren der Hochfrequenz-Signalintegrität von Leiterplatten

In den letzten Jahren haben Elektronikentwickler verschiedenste Konzepte erarbeitet, um Störungen von Hochgeschwindigkeitssignalen auf Leiterplatten zu vermeiden. Mit wachsender Komplexität und immer höheren Frequenzen verschieben sich jedoch auch die Leistungsgrenzen der Leiterplatten nach oben: Frequenzen von 40 GHz und höher werden unterstützt. Angetrieben durch den rasch wachsenden 5G-Markt arbeiten auch heutige digitale Systeme in diesen hohen Frequenzbereichen, die ganz neue Herausforderungen mit sich bringen. Bei einer Flankensteilheit von nur einigen Picosekunden kann jede Diskontinuität der Impedanz, Beeinträchtigung der Induktivität oder Kapazität sowie mangelhafte Backdrill-Bohrungen auf der Leiterplatte die Signalqualität erheblich verschlechtern. In der Industrie wächst die Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Funktionstests für Leiterplatten. Das MicroCraft® E2V6151 Hochfrequenz-Messsystem in Kombination mit dem R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator liefert eine voll automatisierte Testlösung.

Ihre Anforderung

Als Entwicklungsingenieur möchten Sie sichergehen, dass die Leiterplatten, die Sie für 5G-Anwendungen oder den Einsatz in Rechenzentren entwickeln, die erforderliche Signalqualität auch bei Frequenzen von 40 GHz und höher aufweisen. Zudem wollen Sie die Qualität tiefenkontrollierter Bohrungen (Controlled Depth Drilling, CDD, auch bekannt als Backdrilling) überprüfen. Bei dieser Technik werden die ungenutzten Fortsätze (Stubs) der Kupferbeschichtung von Durchkontaktierungen der Leiterplatte entfernt. Für diese Messungen steht eine Vielzahl von Testlösungen bereit, von High-End-Laborsystemen bis zu kostengünstigen Lösungen für die Produktion.

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Quelle: MicroCraft
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Lösung von MicroCraft

Das MicroCraft® E2V6151 ist ein automatisiertes Hochfrequenz-Messsystem für Leiterplatten, die in einem Frequenzbereich bis 40 GHz arbeiten. Es bietet zwei Arten von Messungen: die Messung von Testcoupons und die Messung der Hochgeschwindigkeits-Signalleitungen von Leiterplatten. Folgende Messparameter werden erfasst: Rückflussdämpfung, Einfügungsdämpfung und Impedanz der Leiterbahnen der Leiterplatte selbst sowie die S-Parameter der Testcoupons. Die Hochfrequenz-Tastkopfeinheit ist mit einem Drehmechanismus um 180° ausgestattet, der es erlaubt, eng nebeneinander liegende Pads (Lötflächen bzw. Lötaugen) in verschiedensten Anordnungen zu testen. Das Messsystem unterstützt darüber hinaus Hochfrequenz-Tastköpfe diverser anderer Hersteller, z. B. die ACP-Serie von FormFactor. Die Kalibrierung der Tastköpfe erfolgt an der Prüfspitze (Kalibrierebene) unter Verwendung geeigneter Substrate.

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Quelle: MicroCraft
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Die genaue Lage und Orientierung der Leiterplatte wird von einer Kamera automatisch erkannt, um eine präzise Ausrichtung des Tastkopfs bezüglich der Leiterplatte und damit eine fehlerfreie Kontaktierung zu ermöglichen. Das System ist mit einer zweiten Kamera ausgestattet, die die korrekte Kontaktierung visuell bestätigt. Ein Drucksensor misst den Druck, mit der die Tastkopfspitze auf die Leiterplatte aufgebracht wird, und verhindert eine mögliche Beschädigung des Tastkopfs durch zu hohen Druck.

Lösung von Rohde & Schwarz

Insbesondere bei höheren Datenraten ersetzen Vektornetzwerkanalysatoren (VNA) zunehmend herkömmliche Messaufbauten für Zeitbereichsreflektometrie (TDR) für den Test passiver Komponenten wie Steckverbindungen, Kabel und Leiterplatten. Nutzer profitieren von der höheren Genauigkeit, Geschwindigkeit und ESD-Festigkeit von VNAs sowie der größeren Messtiefe bei Signalintegritätstests. Damit sind VNAs die Instrumente der Wahl für diese Messungen.

R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator
R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysator
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Über 60 Jahre Erfahrung auf dem Gebiet der Vektornetzwerkanalyse zahlen sich aus: Rohde & Schwarz setzt mit seinen R&S®ZNB Vektornetzwerkanalysatoren neue Maßstäbe. Die Analysatoren verbinden hohe Messgenauigkeit mit herausragender Geschwindigkeit – pro Messpunkt werden weniger als 5 μs benötigt. Sie verfügen über erstklassige Temperatur- und Langzeitstabilität – die Grundlage für zuverlässige Messungen über mehrere Tage hinweg ohne Neukalibrierung. Zusammen mit dem hohen Dynamikbereich von bis zu 140 dB (bei 10 Hz ZF-Bandbreite) eignen sie sich ideal zur Verifizierung der Signalintegrität von Leiterplatten für Anwendungen bis 40 GHz.

In Kooperation mit Partnerunternehmen werden erweiterte Embedding-/Deembedding-Lösungen für Messungen in Testfassungen unterstützt. Die bewährten Softwarelösungen dieser Unternehmen sind in die VNA-Benutzeroberfläche integriert. Der R&S®ZNB misst die Signalintegrität von Leiterplatten unter Berücksichtigung der dabei verwendeten Testfassungen und Tastköpfe – eine Komplettlösung in kompaktem Format.

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