2018年3月26日

適用於阻抗控制的自動化二維測量技術

整合於AOI內準確測量PCB 線路上幅和下幅

 

加速電子資料傳遞

顯而易見,4G 技術將無法跟上下一個十年數位資料量和傳遞速度的要求。正因如此,5G 技術正在迅速發展,連接這項新技術的裝置預計將比 4G 至少多 3 倍,高速傳輸可處理的資料量比4G多 10 倍。

隨著支援電子資料加速傳遞的新方法和工具的不斷發展,PCB 顯然將在這場革命中發揮重要作用。在轉換到更高資料量傳輸和處理的過程中,對於能有效控制線路速度和尺寸的新型 PCB 測量工具需求將不斷增長。

高頻率電子裝置中的傳輸線路

對於以低頻工作的電子裝置組件的連線,線路長度通常不是問題;在這些情況下,電線上的電壓在任何給定時間的所有點都假定為恆定。然而,對於運作頻率較高的裝置,訊號週期時間與訊號沿著互連行進所花費的時間相當。在這些情況下,必須將線路設計和控制為傳輸線路。

需要寬頻的電子應用

以下應用需要高頻率與特別注意控制阻抗設計:

  • 蜂窩基地台天線和功率放大器
  • 高速序列通訊 (如:PCI Express、InfiniBand)
  • 高速記憶體和控制器 (如:DDR3) 之間的互連
  • 汽車雷達和感應器
  • 航太和軍事應用的即時關鍵控制系統

PCB 互連尺寸和傳輸速度

線路訊號的速度和衰減取決於線路電感和電容,而線路電感和電容則由導線的尺寸、介電層厚度和介電因子 (εr) 決定。

Frontline impedance solver工具包含於 InPlan 工程軟體中

高頻 PCB 設計需要專用的 CAD 模擬工具來計算所需的線路結構和材料。然而,由蝕刻、層壓、電鍍和其他工藝引起的生產變化,會導致線寬和線路輪廓形狀變化,進而改變線路衰減和阻抗。因此,關鍵線路的速度和時間在整個生產過程中需得到適當控制,確保設計尺寸在規定的公差範圍內,

高頻的銅線路形狀和阻抗值

影響 PCB 傳輸線的電氣特性有以下幾個因素。

線寬的精準度和穩定度

阻抗特性受到線寬和形狀的影響。減少線寬會造成線路較高的電感和較低的電容,進而會使每單位長度的線路阻抗顯著增加。因此,在需要高阻抗精度時,測量和控制線變得相當重要。

銅線路輪廓和訊號完整性

處於極高頻率時,訊號損失和時間延遲都會受到線路電感和電容的影響,而這兩者則會受到線路尺寸影響。

在細線 PCB 設計下,線路橫切面會因為蝕刻和電鍍過程以及整個面板銅密度水平的差異而出現尺寸變化。

控制和保持線路橫切面的形狀對於高頻應用非常重要, 原因如下:

  • 線路橫切面積減小時阻抗增加
  • 直壁使線路的特徵阻抗更接近理論計算值
  • 線路之間的緊密接近,特別是密集形式和平坦的梯形形狀,會造成顯著的相互干擾,使其中一條線路中的訊號對另一條線路中的訊號產生負面影響

現今與未來五年的 PCB 阻抗控制

當前的阻抗控制公差通常為 ±10%,並且每個設計只有幾條線路被定義為關鍵線路。阻抗是透過面板上的阻抗控制測試區來測量,該測試區位於主要 PCB 區域之外。使用特殊的電子阻抗測試探頭,透過觸碰 PCB 測試區焊接點來測量阻抗,並在最後階段的數個板子上進行測試。

此外,製程中品質控制 (IPQC) 也是一種常用程序,方法是以手動方式測量每個生產批次板子樣品的線寬和間距尺寸。測量每個點需要 30 至 60 秒,而且每個板子都有許多測試點,使得測試成本相當高昂。因此,每批只能測量 1 到 2 個板子上的多個點,這對於極高頻率電路板的批量生產是遠遠不夠的。

 

手動線寬測量

奧寶科技二維測量技術 – 自動光學檢測新紀元

自動化二維測量工具與 AOI 白光顯微影像

如今,所有 PCB 面板,內層和外層都會經過嚴格檢測找出嚴重及品質缺陷。但是,AOI 設備不能以阻抗控制所需的解析度和精度來測量線寬和形狀。現在為您提供一套全新的二維測量工具,能夠在AOI 作業流程中的測量線寬和形狀。二維測量具備以下能力:

  • 線寬 <100μm 的精度為 ±2μm
  • 每點線路測量時間為 1.5 秒 - 包含移動到測量點、採集影像和測量時間
  • 線路輪廓測量 – 上幅和下幅線路寬度

奧寶科技獨特的二維測量技術利用紫外線照明來對基材進行螢光成像,確保高度精確地測量銅線底部。

此外,該系統可以在垂直線、水平線和斜線、轉角以及圓形和矩形的焊盤上進行測量。

 

系統隨後會自動記錄並顯示這些測量值,並可以將結果發送給流程工程師和中央 SPC 系統。

二維測量的優勢

PCB 製造商採用奧寶科技整合二維測量的 AOI可以獲得下列顯著優勢:

  • 自動化和一致地測量
  • 減少人工處理 (降低人力需求、減少損壞)
  • 導體上幅和下幅寬度測量
  • 更快、更簡易和更多的採樣 -由每面板 10-15 分鐘降低至數秒
  • 相較於手動測量有更高的可重複性
  • 線上結果和統計數據-更好的追蹤工具

工業 4.0 和智慧工廠工具中的二維測量報告

二維測量工具收集每PCB生產板的上幅和下幅測量結果,都可以上傳至奧寶科技資料伺服器

(ODS) 中,該伺服器是奧寶科技智慧工廠解決方案的一部分。

隨後系統會分析測量結果,並根據 PCB 製造商的需求產生統計報告。

總結

在不久的將來,印刷電路板產量將會持續增長,新的 PCB 將可支援快速電子設計和嚴格阻抗控制傳輸線的高射頻數位行動電子產品。

阻抗控制的常用方法,例如測試區或每批在 1 個板子上測量板上多個點的線路尺寸,需要由新的解決方案替代。這些自動化解決方案將比以往更加快速準確地測量批次中所有面板上的多個點。

二維測量是一種自動化測量工具,可以與大多數奧寶科技 AOI 解決方案相整合,這些解決方案無需依賴操作者太多即可完成上幅和下幅線路的精確測量。此測量方式快速、完全自動化,並且可支援高採樣率和自動報表生成工具,以滿足 PCB 製造商和 OEM 的需求。

二維測量經全球領先的 PCB 製造商和 OEM 測試和認可,可供大多數奧寶科技 AOI 使用者使用。

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