2018年3月26日

适用于阻抗控制的自动化二维量测技术

整合于 AOI 内准确测量 PCB 线路上幅和下幅

 

加速电子数据传输

显而易见, 4G 技术将无法跟上 下一个 十年数字数据量和 传递 速度的要求。 正因如此,5G 技术正在迅速发展,连接这项新技术的装置预计将比 4G 至少多 3 倍,高速传输可处理的数据量 比 4G 多 10 倍。

随着支持电子数据加速 传递 的新方法和工具的不断发展,PCB 显然将在这场革命中发挥重要作用。 在转换到更高数据量传输和处理的过程中,对于能有效控制线路速度和尺寸的新型 PCB 测量工具需求将不断增长。

 

高频率电子装置中的传输线路

对于以低频工作的电子装置组件的联机,线路长度通常不是问题;在这些情况下,电线上的电压在任何给定时间的所有点都假定为恒定。 然而,对于运作频率较高的装置,讯号周期时间与讯号沿着互连行进所花费的时间相当。 在这些情况下,必须将线路设计和控制为传输线路。

 

需要宽带的电子应用

以下应用需要高频率并特别注意控制阻抗设计:

  • 蜂窝基地台天线和功率放大器
  • 高速序列通讯 (如:PCI Express、 InfiniBand)
  • 高速内存和控制器 (如:DDR3) 之间的互连
  • 汽车雷达和传感器
  • 航空航天和军事应用的实时关键控制系统

PCB 互连尺寸和传输速度

线路讯号的速度和衰减取决于线路电感和电容,而线路电感和电容则由导线的尺寸、介电层厚度和介电因子 (εr) 决定 。

Frontline impedance solver 工具包含于 InPlan 工程 软件 中

高频 PCB 设计需要专用的 CAD 仿真工具来计算所需的线路结构和材料。 然而,由蚀刻、层压、电镀和其他工艺引起的生产变化,会导致线宽和线路轮廓形状变化,进而改变线路衰减和阻抗。 因此,关键线路的速度和时间在整个生产过程中需得到适当控制, 确保设计尺寸在规定的公差范围内,

高频的铜线路形状和阻抗值

影响 PCB 传输线的电气特性有以下几个因素。

线宽的精准度和稳定度

阻抗特 性 受到线宽和形状的影响。 减少线宽会造成线路较高的电感和较低的电容,进而会使每单位长度的线路阻抗显著增加。 因此,在需要高阻抗精度时,测量和控制线变得相当重要。

铜线路轮廓和讯号完整性

处于极高频率时,讯号损失和时间延迟都会受到线路电感和电容的影响,而这两者则会受到线路尺寸影响。

在细线 PCB 设计 下,线路横切面会因为蚀刻和电镀过程以及整个面板铜密度水平的差异而出现尺寸变化。

控制和保持线路横切面的形状对于高频应用非常重要 , 原因如下:

1. 线路横切面积减小时阻抗增加

2. 直壁使线路的特征阻抗更接近理论计算值

3. 线路之间的紧密接近,特别是密集形式和平坦的梯形形状,会造成显著的相互干扰,使其中一条线路中的讯号对另一条线路中的讯号产生负面影响

现今与未来五年的 PCB 阻抗控制

当前 的阻抗控制公差通常为 ±10 %,并且每个设计只有几条线路被定义为关键线路。 阻抗是透过面板上的阻抗控制测试区来测量,该测试区位于主要PCB 区域之外。 使用特殊的电子阻抗测试探头,透过触碰 PCB 测试区焊接点来测量阻抗, 并在最后阶段的数个板子上进行测试。

此外, 制程 中 品 质控制 (IPQC) 也是一种常用程序,方法是以手动方式测量每个生产批次板 子 样品的线宽和 间距 尺寸。 测量每个点需要 30 至 60 秒, 而且每个板子都有许多测试点,使得测试成本相当高昂。 因此,每批只能测量 1 到 2 个板 子上的多个点,这对于极高频率电路板的批量生产是远远不够的。

手动线宽测量

奥宝科技二维量测技术 – 自动光学检测新纪元

自动化二维量测工具与 AOI 白光显微影像

如今,所有 PCB 面板 , 内层和外层都会经过严格检测找出严重及质量缺陷。 但是,AOI 设备不能以阻抗控制所需的分辨率和精度来测量线宽和形状。 现在为您提供一套全新的二维量测工具,能够在 AOI 作 业 流程中的测量线宽和形状。 二维量测具备以下能力:

·         线宽 <100 μ m 的精度为 ±2μm

·         每点线路测量时间为 1.5 秒 - 包含移动到测量点、采集影像和测量时间

·         线路轮廓测量 – 上幅和下幅线路宽度

奥宝科技独特的二维量测技术利用紫外线照明来对基材进行荧光成像,确保高度精确地测量铜线底部。

此外, 该系统可以在垂直线 、水平线和斜线、转角以及圆形和矩形的焊盘上进行测量 。

 

系统随后会自动记录并显示这些测量值,并 可以将结果 发送给流程工程师和中央 SPC 系统。

二维量测的优势

PCB 制造商采用奥宝科技整合二维量测的 AOI 可以 获得下列显著优势:

·         自动化和一致的测量

·         减少人工处理 (降低人力需求、减少损坏)

·         导体上幅和下幅宽度测量

·         更快、更简易和更多的采样 - 由每面板 10-15 分钟降低至数秒

·         相较于手动测量有更高的可重复性

·         在线结果和统计数据-更好的追踪工具

工业 4.0 和智能工厂工具中的二维量测报告

二维量测 工具 收集每 PCB 生产 板的上幅和下幅测量结果,都 可以 上传至奥宝科技数据服务器

智能工厂应用


(ODS) 中,该服务器是奥宝科技智能工厂解决方案的一部分。

随后系统会分析测量结果,并根据 PCB 制造商的需求 产生 统计报告。

总结

在不久的将来,印刷电路板产量将会持续增长,新的 PCB 将可支持快速电子设计和严格阻抗控制传输线的高射频数字行动电子产品。

阻抗控制的常用方法,例如 测试区 或每批在 1 个板子 上测量板上多个点的线路尺寸,需要由新的解决方案替代。 这些自动化解决方案将比以往更加快速准确地测量批次中所有面板上的多个点。

二维量测是一种自动化测量工具,可以与大多数奥宝科技 AOI 解决方案相整合,这些解决方案无需 依赖 操作者 太多 即可完成上幅和下幅线路的精确测量。 此测量方式快速、完全自动化,并且可支持高采样率和自动报表生成工具,以满足 PCB 制造商和 OEM 的需求。

二维量测经全球领先的 PCB 制造商和 OEM 测试和认可,可供大多数奥宝科技 AOI 用户使用。

 

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