На пути развития технологий связи 5G/6G к более высоким частотным диапазонам (миллиметровые волны и даже терагерцы) печатные платы являются не просто носителями компонентов, но и ключевым фактором, определяющим производительность системы. Такие показатели, как целостность сигнала, контроль импеданса и бюджет потерь, стали беспрецедентно строгими. На этом фоне традиционные методы тестирования оказались неадекватными, в то время как Flying Probe Test выделяется как незаменимый инструмент верификации на этапе внедрения нового продукта (NPI) благодаря своей беспрецедентной гибкости и точности. Он гарантирует безупречное выполнение каждого шага от проектирования до производства, закладывая прочную основу для высокой надежности конечного продукта.

Как инженеры по микроволновым измерениям, мы понимаем, что успешное тестирование выходит далеко за рамки простого суждения «пройдено/не пройдено». Оно включает в себя сложный инженерный процесс, охватывающий де-эмбеддинг, проектирование оснастки, калибровку и анализ данных. В частности, на этапах NPI EVT/DVT/PVT получение критически важных данных, таких как S-параметры, с помощью точного Flying Probe Test имеет центральное значение для ускорения итерации продукта и оптимизации конструкции. Этот процесс тесно интегрирован с ранними этапами DFM/DFT/DFA reviews, обеспечивая тестируемость и технологичность конструкции.

Основные преимущества Flying Probe Test при валидации высокочастотных печатных плат

Традиционное тестирование методом «ложе гвоздей» сталкивается со значительными проблемами при работе с высокоплотными, мелкошаговыми печатными платами 5G/6G, включая высокие затраты на оснастку, длительные циклы разработки и трудности адаптации к быстрым изменениям в конструкции. Тестирование летающими щупами (Flying Probe Test) элегантно обходит эти проблемы. Оно использует высокоскоростные подвижные щупы для прямого контакта с контрольными точками, устраняя необходимость в специальной оснастке и значительно сокращая время подготовки к тестированию, что делает его идеальным для прототипирования и мелкосерийного производства.

В процессе инспекции первого образца (FAI) тестирование летающими щупами быстро проверяет, соответствует ли электрические характеристики первого образца проектным спецификациям, включая такие критические параметры, как характеристический импеданс, задержка дифференциальной пары и вносимые потери. Это жизненно важно для выхода годных изделий при последующем монтаже SMT. При обнаружении отклонений инженеры могут немедленно отследить их до производственных или конструктивных дефектов, снижая основные риски на ранней стадии.

Методология деэмбеддинга: Удаление влияния оснастки из S-параметров

На миллиметровых частотах любая тестовая оснастка, щуп или кабель вносят свои собственные электрические характеристики, «загрязняя» результаты измерений. Для получения истинных S-параметров тестируемого устройства (DUT) необходимо применять точные методы деэмбеддинга, чтобы удалить эти паразитные эффекты из необработанных данных. Распространенные методы калибровки включают SOLT, TRL и LRM.

• SOLT (Short-Open-Load-Thru): Самый классический метод калибровки, основанный на точных калибровочных стандартах. Подходит для коаксиальных сред, но сложно реализовать идеальные "Open" и "Short" в некоаксиальных или планарных структурах.
• TRL (Thru-Reflect-Line): Метод самокалибровки с более низкими требованиями к калибровочным стандартам, особенно подходящий для планарных структур линий передачи, таких как микрополосковые линии и копланарные волноводы. Он устанавливает эталон путем измерения сегмента линии передачи известной длины и характеристик.
• LRM (Line-Reflect-Match): Вариант TRL, также подходящий для планарных структур и предлагающий большую гибкость в определенных сценариях.

Выбор метода калибровки напрямую влияет на динамический диапазон и конечную точность измерений.

Конструкция зонда и приспособления: Обеспечение повторяемости и точности измерений

Повторяемость измерений является ключевым показателем для оценки качества тестовой системы. При тестировании летающим зондом форма наконечника зонда, контактное давление и точный контроль положений приземления напрямую влияют на результаты измерений. Особенно при тестировании высокочастотных печатных плат незначительные отклонения в положении могут привести к рассогласованию импеданса, что вызовет значительные изменения фазы и амплитуды на диаграмме Смита. Кроме того, для модулей, требующих заливки/герметизации, доступность контрольных точек должна быть тщательно спланирована на этапе анализа DFM/DFT/DFA. В противном случае, после завершения заливки, электрические характеристики критических узлов станут неизмеримыми, что создаст значительные трудности при устранении неисправностей. HILPCB тесно сотрудничает с клиентами на этапе проектирования, чтобы обеспечить рациональное расположение контрольных точек, создавая условия для высокоточного тестирования летающим зондом.

Проверка согласованности S-параметров: Влияние смещения и температуры

Коммуникационные печатные платы 5G/6G обычно включают многочисленные активные компоненты, такие как усилители и переключатели, производительность которых должна оцениваться при фактических рабочих напряжениях (смещении). Система тестирования летающим зондом должна включать в себя схему смещения (Bias-Tee) для измерения высокочастотных S-параметров при подаче постоянного смещения. Между тем, температура — еще одна переменная, которую нельзя упускать из виду. Эффекты самонагрева высокомощных компонентов или колебания температуры окружающей среды могут вызывать сдвиги диэлектрической проницаемости (Dk) и тангенса угла диэлектрических потерь (Df) подложки печатной платы, тем самым влияя на электрическую длину и потери в линиях передачи. Во время длительных испытаний на надежность NPI EVT/DVT/PVT необходимо отслеживать и компенсировать влияние температуры для обеспечения согласованности S-параметров. Выбор материалов, таких как Rogers PCB, которые демонстрируют отличную температурную стабильность, является основополагающим для обеспечения производительности продукта.