УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ ШИРИНЫ ПРОВОДНИКОВ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

Полезная модель относится к радиоэлектронной СВЧ технике и предназначено для технологических процессов производства малогабаритных функциональных устройств управления и обработки сигналов в аэрокосмической технике и др.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является устройство для измерения сопротивления проводников многослойных печатных плат [RU 10 887 МПК G01R 21/14], содержащее источник стабилизированного тока, измеритель напряжения, операционный усилитель, выполняющий функцию формирователя напряжения, равного нулю, четырехпроводную линию связи, два провода которой подключены через токовый и потенциальный контакты к первой точке подключения (металлизированному отверстию) измеряемого участка цепи контролируемой печатной платы, а два других провода подключены через токовый и потенциальный контакты ко второй точке подключения этого участка цепи, прямой вход операционного усилителя и вход источника стабилизированного тока подключены к общей шине. Устройство с помощью измерения сопротивления позволяет контролировать параметры печатных проводников, определять отклонение размеров сечений и разрывы.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится контроль сопротивления проводников печатной платы (ПП) по постоянному току, что делает прототип непригодным для измерения параметров печатных проводников в высокочастотной области по сравнению с применением предлагаемого устройства, которое измеряет значение волнового сопротивления для контроля ширины печатных проводников.
Технический результат заключается в снижении трудоемкости и повышении оперативности контроля ширины печатных проводников по значениям измеряемого волнового сопротивления без дополнительных трудоемких измерений ширины проводников.
Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления абсолютной погрешности волнового сопротивления, блок вычисления значения коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника, блок расчета относительной погрешности волнового сопротивления тестируемого проводника, блок расчета значения абсолютной погрешности ширины тестируемого проводника, адаптер, индикатор, группа входов устройства для подачи цифрового кода номинального значения волнового сопротивления подключена ко второй группе входов блока вычисления абсолютной погрешности волнового сопротивления и ко второй группе входов блока расчета относительной погрешности волнового сопротивления тестируемого проводника, группа входов устройства для подачи цифрового значения ширины печатного тестируемого проводника тестируемого образца ПП подключена к первой группе входов блока вычисления значения коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника, группа входов устройства для подачи цифрового значения толщины печатной платы тестируемого образца ПП подключена ко второй группе входов блока вычисления значения коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника, группа входов устройства для подачи цифрового значения толщины слоя металлизации проводников печатной платы подключена к третьей группе входов блока вычисления значения коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника, выход АЦП подключен к первому входу блока вычисления абсолютной погрешности волнового сопротивления, выход блока вычисления абсолютной погрешности волнового сопротивления подключен к первой группе входов блока расчета относительной погрешности волнового сопротивления тестируемого проводника, выход блока вычисления относительной погрешности волнового сопротивления подключен к первой группе входов блока расчета абсолютной погрешности ширины тестируемого проводника, выход блока вычисления значения коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника подключен ко второй группе входов блока расчета абсолютной погрешности ширины тестируемого проводника, выход блока расчета абсолютной погрешности ширины тестируемого проводника подключен к адаптеру, выход адаптера подключен к индикатору значения измеренной погрешности ширины тестируемого проводника.
Перечисленные отличительные признаки заявляемой полезной модели позволяют повысить оперативность определения производственной погрешности ширины проводников путем измерения погрешности волнового сопротивления тестируемого проводника тестового образца ПП, не прибегая к трудоемким измерениям и визуальному контролю геометрических размеров проводников на изготовленных образцах ПП.
Перечень чертежей
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства контроля технологической погрешности ширины проводников печатной платы.
На фиг. 2 изображена схема стенда для измерения параметров печатного проводника тестового образца ПП.
Устройство (Фиг. 1) состоит из аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 1, блока 2 вычисления абсолютной погрешности волнового сопротивления, блока 3 вычисления значения коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника, блока 4 расчета относительной погрешности волнового сопротивления тестируемого проводника, блока 5 расчета значения погрешности ширины тестируемого проводника, адаптера 6 для перевода цифрового кода значения погрешности ширины тестируемого проводника в сигнал управления индикатором, индикатора 7 для вывода значения погрешности ширины тестируемого проводника. На аналоговый вход 8 устройства поступает сигнал, значение которого определяется измеренным волновым сопротивлением тестируемого печатного проводника, на группе входов 9 задается расчетное цифровое значение волнового сопротивления тестируемого проводника тестового образца ПП, на группе входов 10 задается цифровое значение ширины тестируемого печатного проводника тестового образца ПП, на группе входов 11 задается цифровое значение толщины печатной платы тестового образца, на группе входов 12 задается цифровое значение толщины слоя металлизации проводников печатной платы, сигнал с входа 8 подается на вход АЦП 1, на первую группу входов блока 2 с выхода АЦП подается цифровой код измеренного значения волнового сопротивления тестируемого проводника тестового образца ПП, а на вторую группу входов из группы входов 9 подается цифровой код номинального значения волнового сопротивления тестируемого проводника тестового образца ПП, он также передается на вторую группу входов блока 4, на первую группу входов блока 4 передается цифровое значение абсолютной погрешности волнового сопротивления с группы выходов блока 2, на первую группу входов блока 3 с входов 10 подается расчетное значение волнового сопротивления тестируемого проводника тестового образца ПП, на вторую группу входов блока 3 с входов 11 подается значение толщины печатной платы тестового образца, на третью группу входов блока 3 с входов 12 подается значение толщины слоя металлизации проводников печатной платы, на первую группу входов блока 5 с выходов блока 4 подается цифровое значение относительной погрешности волнового сопротивления тестируемого проводника, на вторую группу входов блока 5 с выхода блока 3 передается цифровое значение коэффициента влияния погрешности ширины тестируемого проводника на относительную погрешность волнового сопротивления тестируемого проводника, на входы блока 6 с выхода блока 5 передается цифровое значение абсолютной погрешности тестируемого проводника, с выхода адаптера 6 на вход индикатора 7 поступает сигнал управления индикацией.
Рассмотрим работу устройства на примере измерения параметров печатного проводника тестового образца ПП с помощью стенда (Фиг. 2), включающего динамический рефлектометр 13, тестовый образец ПП с тестируемым проводником 18, блоки формирования цифровых кодов параметров тестового образца ПП 14, 15, 16, 17 и устройство контроля технологической погрешности ширины проводников печатной платы 19.
t
1. Динамическим рефлектометром 13 измеряется волновое сопротивление Z тестируемого проводника на тестовой ПП 18 (для измерения волнового сопротивления можно использовать, например, динамический рефлектометр MZPC30/50).
2. С динамического рефлектометра напряжение, определяемое значением волнового сопротивления поступает на вход 8 устройства.
3. К входам 9, 10, 11, 12 устройства подключены блоки задания цифровых кодов значений параметров тестовой ПП и тестируемого проводника 14, 15, 16, 17:
- На выходе блока 14 формируется цифровой код расчетного волнового сопротивления тестируемого проводника.
- На выходе блока 15 формируется цифровой код номинального значения ширины тестируемого проводника.
- На выходе блока 16 формируется цифровой код номинального значения толщины тестового образца ПП.
- На выходе блока 17 формируется цифровой код номинального значения толщины слоя металлизации тестового образца ПП.
4. На вход 9 устройства цифровой код подается из блока 14. На вход 10 устройства цифровой код подается из блока 15. На вход 11 устройства цифровой код подается из блока 16. На вход 12 устройства подается цифровой код из блока 17.
t
5. АЦП 1 (Фиг. 1) преобразует аналоговый сигнал значения Z волнового сопротивления в цифровой код и передает его на вход разностной схемы (блок 2). На ее второй вход подается расчетное номинальное значение Z волнового сопротивления тестируемого проводника.
6. На выход блока 2 устройства (Фиг. 1) поступает значение абсолютной погрешности в виде разности
7. В блоке 4 устройства (Фиг. 1) рассчитывается относительная погрешность
8. В блоке 3 устройства (Фиг. 1) рассчитывается коэффициент влияния ширины проводника на погрешность волнового сопротивления.
Расчет выполняется по формулам параметрической надежности. В качестве основы расчета волнового сопротивления взята формула [Brooks D. РСВ Impedance Control: Formulas and Resources. Printed Circuit Design Magazine, 1998, March, p. 4]:
где h - толщина платы,
r
ε - относительная диэлектрическая проницаемость материала двусторонней печатной платы,
w - ширина печатного проводника,
t - толщина слоя металлизации.
1
n
1
n
Согласно теории допусков [Фомин А.В. и др. Допуски в радиоэлектронной аппаратуре. М., «Сов. радио», 1973 г., с. 10], если имеется аналитическое выражение для выходного параметра N через параметры элементов q, q2, …, q: N=ƒ(q, q2, …, q), то относительная погрешность выходного параметра может быть рассчитана с помощью выражения
, где
- относительная погрешность выходного параметра N;
ƒ - функция зависимости выходного параметра N от параметров элементов;
i
q - i-й параметр;
- относительная погрешность i-го параметра.
Тогда коэффициент влияния ширины проводника на волновое сопротивление будет:
На выход блока 3 устройства (Фиг. 1) подается вычисленное значение коэффициента влияния ширины проводника на абсолютную погрешность волнового сопротивления
9. В блоке 5 устройства (Фиг. 1) выполняется расчет абсолютного значения погрешности ширины тестируемого проводника
10. Найденное в блоке 5 устройства значение погрешности передается на вход адаптера 6, который формирует управляющие сигналы для индикатора значения погрешности 7 (Фиг. 1).
В исследовании контролируется только ширина проводника, формируемая в процессе фотолитографии. Погрешности остальных параметров, влияющих на волновое сопротивление (диэлектрической проницаемости, толщины ПП, толщины металлизации), не учитываются, т.к. они формируются в других операциях технологического процесса производства ПП. Предполагается, что эти параметры в тестовом образце ПП зафиксированы.
Измерения проводятся на тестовых образцах при условии w≤2h, когда погрешность формулы (3) не превышает 3% [Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровом быстродействующей аппаратуры / Л.Н. Кечиев - М.: ООО «Группа ИДТ», 2007. - 616 с.: ил.].