4.1 采TDR的量测
由上述可知整体传输线中的特性阻抗值,不但须保持均匀性,而且还要使其数值落在设计者的要求的公差范围内。其一般性的量测方法,就是使用“时域反射仪”(Time Domain Reflectometry;TDR )。此TDR可产生一种梯阶波(StepPulse或Step Wave),并使之送入待测的传输线中而成为入射波(Incident Wave)。于是当其讯号线在线宽上发生宽窄的变化时,则萤光幕上也会出现Z0欧姆值的上下起伏振荡。
4.2 低频无须量测Z0,高速才会用到TDR
当讯号方波的波长(λ读音Lambda)远超过板面线路之长度时,则无需考虑到反射与阻抗控制等高速领域中的麻烦问题。例如早期1989年速度不快的CPU,其时脉速率仅10MHz而已,当然不会发生各种讯号传输的复杂问题。然而,目前的Pentium Ⅳ其内频却已高达1.7GHz自然就会问题丛生,相较当年之巨大差异,岂仅是霄壤云泥而已! 由波动公式可知上述当年10MHz方波之波长为: 但当DRAM晶片组的时脉速率已跃升到800MHz,其方波之波长亦将缩短到37.5cm;而P-4 CPU之速度更高达1.7GHz其波长更短到17.6cm,则其PCB母板上两者之间传输的外频,也将加速到400MHz与波长75cm之境界。可知此等封装载板(Substrate)中的线长,甚至母板上的的线长等,均已*近到了讯号的波长,当然就必须要重视传输线效应,也必须要用到TDR的测量了。
4.3 TDR由来已久
利用时域反射仪量测传输线的特性阻抗(Z0)值,此举并非新兴事物。早年即曾用以监视海底电缆(Submarine Cable)的 安全 ,随时注意其是否发生传输品质上的“不连续(Disconnection)的问题。目前才逐渐使用于高速电脑领域与高频通讯范畴中。
4.4 CPU载板的TDR测试
主动元件之封装(PACkaging)技术近年来不断全面翻新加速进步,70年代的C-DIP与P-DIP双排脚的插孔焊装(PTH),目前几已绝迹。80年金属脚架(Lead Frame)的QFP(四边伸脚)或PLCC(四边勾脚)者,亦渐从HDI板类或手执机种中迅速减少。代之而起的是有机板材的底面格列(Area Array)球脚式的BGA或CSP,或无脚的LGA。甚至连晶片(Chip)对载板(Substract)的彼此互连(Interconnection),也从打金线(Wire Bond)进步到路径更短更直接的“覆晶”(flip Chip; FC)技术,整体电子工业冲锋之快几乎已到了瞬息万变!
Hioki公司2001年六月才在JPCA推出的“1109 Hi Tester”,为了对1.7GHz高速传输FC/PGA载板在Z0方面的正确量测起见,已不再使用飞针式(Flying probe)快速移动的触测,也放弃了SMA探棒式的TDR手动触测(Press-type)的做法。而改采固定式高频短距连缆,与固定式高频测针的精准定位,而在自动移距及接触列待测之落点处,进行全无人为因素干扰的高精密度自动测试。
在CCD摄影镜头监视平台的XY位移,及Laser高低感知器督察Z方向的落差落点,此等双重精确定位与找点,再加上可旋转式接触式测针之协同合作下,得以避免再使用传统缆线、连接器、与开关等仲介的麻烦,大幅减少TDR量测的误差。如此已使得“1109HiTESTER”在封装载板上对Z0的量测,远比其他方法更为精确。
实际上其测头组合,是采用一种四方向的探针组(每个方向分别又有1个Signal及2个Gnd)。在CCD一面监视一面进行量测下,其数据当然就会更为准确。且温度变化所带来的任何误差,也可在标准值陶瓷卡板的自动校正下减到最低。
4.5 精确俐落大小咸宜
此款最新上市的1109,不但能对最高阶封装载板的CPU进行Z0量测,且对其余的高价位CSP、BGA、FC等,也都能在游刃有余下完成逐一精测。其之待测尺寸更可从10mm×10mm的微小,一跃而至到500mm×600mm的巨大,剧变情势下均能应对裕如令人激赏。未来业界也许还要对Coupon以外的实际讯号线要求量测Z0.