Как читать отчет TDR купона по импедансу: удобный для покупателя учебник (спецификации, риски, контрольный список)

Интерпретация отчета рефлектометрии во временной области (TDR) — это последний этап проверки между изготовленной печатной платой (PCB) и функциональной высокоскоростной системой. Для технических покупателей и инженеров по качеству этот отчет служит сертификатом соответствия, подтверждающим, что процессы физического соединения и травления соответствуют строгим требованиям целостности сигнала, определенным на этапе проектирования.

Основные моменты

Что указать заранее (данные, стек, материалы, тестирование).
Ключевые риски и сигналы раннего обнаружения.
План валидации и критерии «прошел/не прошел».
Контрольный список квалификации поставщика и входные данные для запроса предложений.

Ключевые выводы

Что указать заранее (данные, стек, материалы, тестирование).
Ключевые риски и сигналы раннего обнаружения.
План валидации и критерии «прошел/не прошел».
Контрольный список квалификации поставщика и входные данные для запроса предложений.
Стандартный допуск: для большинства стандартных жестких печатных плат допустимый допуск по импедансу составляет $\pm$10%; более жесткий контроль (класс 3 или высокая скорость) часто требует $...
Концепция купонов: тестирование TDR разрушительно для тестовых площадок; поэтому производители тестируют "купон" (реплику схемы на панели...
Артефакт «Запуск»: первые 200–500 пикосекунд (пс) графика представляют собой зонд, подключающийся к купону, и их следует игнорировать...

Основные моменты

Стандартный допуск: Для большинства стандартных жестких печатных плат предусмотрен допуск по импедансу $\pm$10%; более жесткий контроль (класс 3 или высокая скорость) часто требует $\pm$5%.
Концепция купона: тестирование TDR разрушительно для тестовых площадок; поэтому производители тестируют «купон» (копию схемы на границе панели), а не живую плату.
Артефакт «Запуск»: Первые 200–500 пикосекунд (пс) графика представляют собой зонд, подключенный к купону, и их следует игнорировать при считывании значения импеданса.
Зона измерения: Действительным окном измерения является плоское «плато» в середине графика, обычно представляющее длину трассы от 3 до 6 дюймов.
Факторы окружающей среды: Температура и влажность могут смещать значения импеданса на 1–2 Ома; обеспечить, чтобы тестирование проходило в контролируемой среде.
Корреляция. Проходящий купон гарантирует правильность процесса, однако ошибки проектирования (например, отсутствие опорных плоскостей на реальной плате) все равно могут привести к сбою системы.
Совет по проверке: Всегда проверяйте, чтобы ширина трассы на физическом купоне соответствовала отчету о поперечном сечении, чтобы гарантировать подлинность данных TDR.

Содержание

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха
Характеристики для определения заранее (перед фиксацией)
Основные риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)
Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)
Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживание)
Как выбрать (правила компромисса и принятия решений)
Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)
Глоссарий (ключевые термины)

Объем, контекст принятия решения и критерии успеха

При выборе платы с контролируемым импедансом отчет TDR — это не просто формальность; это основные данные, доказывающие, что плата будет работать на заданной частоте. В этом сборнике описана интерпретация этих отчетов для жестких, гибких и жестко-гибких схем.

Критерии успеха

Чтобы считать проверку TDR успешной, должны быть соблюдены следующие показатели:

Соответствие импеданса: Все тестируемые линии находятся в пределах указанного допуска (например, 50 $\Omega$ $\pm$5 $\Omega$).
Стабильность формы сигнала. Кривая TDR демонстрирует стабильное плато импеданса без значительных всплесков индуктивности или провалов емкостей, превышающих 2–3 $\Omega$ в пределах тестовой области.
Технологические возможности: Для массового производства Cpk (индекс технологических возможностей) для импеданса должен составлять $\ge$ 1,33, что указывает на статистически стабильное производство.

Граничные случаи

Короткие трассы: Трассы короче 1,5 дюймов трудно точно измерить стандартными датчиками TDR из-за отражения «запуска», маскирующего показания.
Материалы с высокими потерями: В стандарте FR4 длинные проводники могут иметь наклон вверх в импедансе из-за сопротивления постоянному току и диэлектрических потерь; для этого требуется особый метод «коррекции наклона» или метода интерпретации.

Спецификации для определения заранее (до того, как вы примете решение)

Читабельный отчет TDR начинается с четкого производственного чертежа. Если требования неоднозначны, производитель может использовать подход «наилучших усилий», который пройдет внутренние проверки, но не соответствует системным требованиям.

Критические замечания по изготовлению

Включите эти конкретные требования в свой запрос предложения и чертеж Fab:

– Модели импеданса. Четко перечислите каждую контролируемую линию (например, «Слой 1, 50 Ом SE, ширина 5 мил»).

Тестовая частота/время нарастания: укажите время нарастания импульса TDR. Стандартное значение часто составляет 200ps или 500ps. Для высокоскоростных приложений (25 Гбит/с и выше) запросите более быстрое время нарастания (например, 35 пс).
Дизайн купона: Купоны должны быть разработаны в соответствии с рекомендациями IPC-2221 и оставаться прикрепленными к панели до окончательной проверки.
Диэлектрические материалы: Укажите точное семейство материалов (например, Isola PCB или Rogers) для определения диэлектрической проницаемости (Dk).
Опорные плоскости: явно укажите, какие слои являются привязками к земле. Неоднозначность здесь — причина №1 ошибок стека.

Таблица ключевых параметров

Параметр	Стандартная спецификация	Высокопроизводительные характеристики	Почему это важно
Допуск импеданса	$\pm$10%	$\pm$5%	Определяет запас отражения сигнала.
Допуск ширины трассы	$\pm$20%	$\pm$10% или $\pm$0,5 млн	Вариации травления напрямую изменяют импеданс.
Диэлектрическая высота	$\pm$10%	$\pm$5%	Расстояние до заземления является самым сильным фактором сопротивления.
Толщина меди	МПК Класс 2	МПК Класс 3	Толщина покрытия влияет на скорость распространения сигнала.
Тестовый купон	Стандарт поставщика	IPC-2221 Тип Z	Гарантирует соответствие испытуемого автомобиля геометрии печатной платы.
Время нарастания TDR	< 200 пс	< 50 пс	Более быстрое время нарастания выявляет меньшие разрывы.
Допуск ДК	$\pm$5%	$\pm$2%	Консистенция материала обеспечивает повторяемость от партии к партии.
Содержание влаги	< 0,2%	< 0,1%	Водопоглощение снижает импеданс (Dk воды $\около$ 80).

Ключевые риски (коренные причины, раннее выявление, предотвращение)

Чтобы понять как читать данные отчета TDR по купону импеданса, необходимо понять, как выглядит неисправность. Большинство отказов связано с физическими производственными отклонениями.

1. Чрезмерное травление (высокий импеданс)

Основная причина: Химическое травление удалило слишком много меди, в результате чего дорожка стала уже, чем предполагалось. Уменьшение ширины на 0,5 мил может привести к увеличению импеданса на 2–4 Ома.
Раннее обнаружение. На графике TDR отображается ровная линия, но она постоянно выше целевого значения (например, колеблется на уровне 58 $\Omega$ для целевого значения 50 $\Omega$).
Профилактика: Внедрите строгий контроль процесса изготовления печатной платы и используйте «компенсацию травления» на графическом объекте (следы вздутия на 0,5–1,0 мил).

2. Изменение толщины препрега (низкий импеданс)

Основная причина: Во время ламинирования смола вытекает больше, чем ожидалось, сокращая расстояние между дорожкой и базовой плоскостью.
Раннее обнаружение: График TDR стабилен, но постоянно ниже целевого значения.
Профилактика: Используйте препреги с низкой текучестью или проверьте параметры компоновки печатных плат цикла прессования.

3. Разрывы импеданса («Провалы»)

Основная причина: Локальное увеличение емкости, часто вызванное переходным шлейфом, контактной площадкой компонента или изменением опорной плоскости (например, пересечением разделенной плоскости).
Раннее обнаружение: резкий нисходящий скачок сигнала TDR. – Профилактика: Обеспечьте в проекте постоянные пути возврата. Производитель должен обеспечить однородность покрытия.

4. Эффект переплетения волокон

Основная причина: В стекле с рыхлым переплетением (например, 106 или 1080) след может проходить по верхней части стеклопакета (высокий Dk), а затем над зазором из смолы (низкий Dk).
Раннее обнаружение. Линия TDR выглядит волнистой или периодической, а не плоской.
Профилактика: используйте spread glass FR4 или зигзагообразную маршрутизацию для критически важных высокоскоростных линий.

5. Несоответствие купона плате

Основная причина: Конструкция купона не соответствует фактической геометрии платы (например, другой дорожный просвет).
Раннее обнаружение: Купон проходит, но фактическая плата не проходит функциональное тестирование.
Профилактика: Выполните анализ «микрошлифа» фактической печатной платы, чтобы убедиться, что она соответствует геометрии купона.

6. Поглощение влаги

Основная причина: Перед тестированием печатная плата впитала влагу из воздуха.
Раннее обнаружение: Показания импеданса обычно ниже ожидаемых для всех слоев.
Профилактика: Пропекайте доски перед тестированием и храните в вакуумных пакетах.

7. Проблемы с контактами зонда

Основная причина: Грязные датчики или плохое контактное давление на тестовой площадке.
Раннее обнаружение. В разделе «Запуск» графика присутствует шум или наблюдается сильный всплеск индуктивности (>10 $\Omega$).
Профилактика: Регулярно очищайте зонды и используйте автоматические рефлектометрические аппараты (например, Polar Atlas).

8. Пустоты при ламинировании

Основная причина: Воздух, попавший между слоями, изменяет эффективный Dk (Air Dk = 1,0).
Раннее обнаружение: непредсказуемые резкие скачки сопротивления; часто сопровождается расслоением.
Профилактика: Оптимизируйте давление вакуумного ламинирования и время выдержки.

Проверка и приемка (тесты и критерии прохождения)

Проектирование стека печатной платы

Когда вы получите отчет TDR, не ищите просто штамп «PASS». Проанализируйте данные формы волны.

Анатомия сигнала TDR

Область 1: Запуск (0–0,5 нс): Это кабель и датчик, подключаемые к купону. Вы увидите возмущение. Игнорируйте это.
Область 2: Тестовая трасса (0,5 нс – конец): Это «тестируемое устройство» (DUT). Эта линия должна быть плоской.
Область 3: Открытие (Конец): Линия устремляется в бесконечность (разомкнутая цепь) в конце следа купона.

Контрольный список критериев приемки

Тестовый предмет	Критерии приемки	План выборки
Среднее сопротивление	Должно находиться в пределах допуска (например, 50 $\Omega$ $\pm$10%).	100% купонов (обычно 2 на панель).
Изменение импеданса	Линия не должна колебаться более чем на $\pm$2 $\Omega$ в пределах тестовой области.	Все проверенные линии.
Проверка ширины трассы	Физическая ширина должна соответствовать проектной $\pm$20% (или указанному допуску).	1 микрошлиф на партию.
Выравнивание слоев	Межслойная регистрация < 5 миллионов отклонения.	1 микрошлиф на партию.
Подтверждение подлинности	Рассчитанное Dk из TDR должно соответствовать спецификации материала $\pm$5%.	Периодический аудит.
Продолжительность теста	Окно действительных данных должно занимать не менее 60% длины купона.	Визуальная проверка графика.

Как проверить данные отчета

Проверьте масштаб. Производители иногда меняют масштаб оси Y, чтобы волнистая линия выглядела плоской. Убедитесь, что шкала обычно составляет 2–5 Ом на деление, а не 20.
Проверьте дату/время: Убедитесь, что отчет был создан после окончательного процесса нанесения покрытия.
Проверьте структуру: Сравните структуру, использованную в отчете (диэлектрическая высота), с вашим проектом. Если они отрегулируют толщину диэлектрика более чем на 10 %, чтобы достичь импеданса, это может нарушить ваши механические ограничения.

Контрольный список квалификации поставщика (запрос предложений, аудит, отслеживаемость)

Прежде чем заключить контракт на производство платы с контролем импеданса, проверьте возможности поставщика.- [ ] Оборудование: Использует ли поставщик стандартное отраслевое оборудование TDR (например, Polar CITS880s, Tektronix DSA8300 или Agilent)?

Программное обеспечение: Используют ли они полевой решатель (например, Polar SI8000 или SI9000) для комплексных вычислений или простые аппроксимационные формулы?
Генерация купонов: Генерация купонов автоматизирована на основе данных CAM или нарисована вручную (высокий риск ошибки)?
Прослеживаемость: Могут ли они связать конкретный график TDR с конкретной производственной панелью и кодом даты?
Хранение данных: Архивируют ли они данные TDR не менее 2 лет?
Запасы материалов: Имеются ли у них на складе необходимые высокоскоростные материалы (например, Megtron или Rogers) или они заменят их?
Компенсация травления: Есть ли у них документированная процедура расчета коэффициентов травления на основе веса меди?
Окружающая среда: Контролируется ли температура и влажность в испытательной лаборатории?
Калибровка: Калибруется ли оборудование TDR ежегодно с использованием отслеживаемых стандартов?
Поддержка DFM: Предлагают ли они обзор DFM, чтобы предложить корректировки стека перед изготовлением?
Возможности класса 3: Могут ли они продемонстрировать способность соответствовать допуску импеданса класса 3 IPC ($\pm$5%)?
Техническое обслуживание зонда: Имеется ли журнал замены наконечника зонда? (Изношенные датчики дают зашумленные данные).

Как выбирать (компромиссы и правила принятия решений)

Принятие решения о строгости контроля импеданса предполагает баланс между затратами и риском целостности сигнала.

Если используется стандартный интерфейс USB 2.0 или медленный GPIO (< 100 МГц), выберите стандартное изготовление печатной платы без специального отчета о TDR (проектируйте за 50 $\Omega$, но не платите за тестирование).
Если используется интерфейс DDR3/DDR4, PCIe Gen 3 или Ethernet (1 Гбит/с и выше), выберите $\pm$10% допуск со 100% тестированием TDR.
Если используется интерфейс PCIe Gen 5, 56G PAM4 или высокочастотный RF (> 5 ГГц), выберите допуск $\pm$5% и укажите медь с низкой шероховатостью.
Если бюджет является основным ограничением, выберите тестирование только наиболее важных несимметричных и дифференциальных линий, а не каждой контролируемой линии на плате.
Если плата представляет собой жестко-гибкую печатную плату, выберите поставщика, имеющего специальный опыт в контроле импеданса заштрихованной земли, поскольку сплошные плоскости редко встречаются в гибких областях.
Если вы используете технологию HDI PCB (микропереходные отверстия), выберите поставщика, который может размещать купоны, включающие структуры с микропереходными отверстиями, для проверки фактического пути прохождения сигнала.
Если ширина дорожки < 4 мил, выберите поставщика с возможностью прямой лазерной визуализации (LDI), чтобы обеспечить точность травления.
Если сборка асимметрична, выберите ослабить допуск на изгиб/поворот, поскольку для контроля импеданса требуется строгая толщина диэлектрика, что может привести к деформации.
Если вам нужна услуга Quick Turn PCB, выбирайте стандартные материалы (FR4) вместо экзотических радиочастотных материалов, чтобы избежать задержек во время выполнения заказа, при условии, что это позволяет бюджет потерь.
Если в отчете TDR обнаружен сбой, выберите просмотреть поперечное сечение. Если геометрия правильная, но импеданс неправильный, виновником может быть материал Dk.

Часто задаваемые вопросы (стоимость, время выполнения, файлы DFM, материалы, тестирование)

Вопрос: Насколько испытание импеданса увеличивает стоимость печатной платы? О: Обычно контроль импеданса и отчетность TDR добавляют к стоимости платы от 5% до 15%. Это включает в себя дополнительное время на разработку CAM, место для купонов на панели и трудозатраты на тестирование.

В: Можно ли переделать неисправную плату импеданса? О: Нет. После травления дорожек и ламинирования слоев геометрия фиксируется. Если импеданс не соответствует спецификации, платы необходимо списать и изготовить заново с отрегулированной компенсацией травления или толщиной диэлектрика.

Вопрос: Почему линия TDR поднимается вверх в конце трассировки? Ответ: «Разомкнутая» цепь (конец трассы) имеет бесконечное сопротивление. График TDR будет двигаться вертикально вверх в точке окончания кривой. Это подтверждает, что сигнал прошел всю длину купона.В: В чем разница между несимметричным и дифференциальным TDR? A: Несимметричный сигнал измеряет одну линию относительно земли (обычно 50 $\Omega$). Дифференциал измеряет взаимодействие между двумя связанными линиями (обычно 90 $\Omega$ или 100 $\Omega$). Для дифференциального тестирования требуется рефлектометр с двумя синхронизированными импульсами.

В: Почему мои короткие трассировки не работают в режиме TDR? Ответ: Следы короче 1,5–2 дюймов часто скрываются в отражении «запуска» зонда. Получить чистое чтение физически сложно. В этом случае положитесь на контроль процесса производителя на более длинных трассах на одном слое.

В: Влияет ли паяльная маска на сопротивление? А: Да. Паяльная маска снижает сопротивление на 2–3 Ома, поскольку она имеет более высокую диэлектрическую проницаемость (Dk $\approx$ 3,5), чем воздух (Dk = 1,0). В расчетах производителя необходимо учитывать, покрыта ли дорожка или открыта.

В: Что такое «допуск по сопротивлению: какие печатные платы реально выдерживают»? О: Стандартные фабрики содержат $\pm$10%. Усовершенствованные фабрики с LDI и автоматическим ламинированием могут удерживать $\pm$5%. Все, что более жесткое (например, $\pm$2%), обычно считается экспериментальным или требует чрезвычайно дорогостоящих процессов отбора.

В: Могу ли я использовать стандартный мультиметр для измерения импеданса? О: Нет. Мультиметр измеряет сопротивление постоянному току (Ом). Импеданс – это сопротивление переменному току определенной частоты. Вы должны использовать TDR или векторный анализатор цепей (VNA).

Запросить цену / Обзор DFM о том, как читать отчет купона импеданса TDR (что отправлять)

Глоссарий (ключевые термины)

Срок	Определение
TDR (рефлектометрия во временной области)	Метод измерения, который посылает быстрый импульс по линии и измеряет отражения для расчета импеданса.
Купон	Тестовая схема, расположенная на направляющей производственной панели, предназначена для отображения реальных дорожек печатной платы.
Характеристическое сопротивление ($Z_0$)	Отношение напряжения к току для волны, распространяющейся по линии передачи.
Дифференциальная пара	Для передачи данных используются два взаимодополняющих сигнала, обеспечивающие высокую помехоустойчивость.
Диэлектрическая проницаемость (Dk / $\epsilon_r$)	Мера способности материала хранить электрическую энергию; влияет на скорость сигнала и импеданс.
Тангенс угла потерь (Df)	Мера мощности сигнала, теряемой в виде тепла внутри диэлектрического материала.
Время подъема	Время, необходимое для того, чтобы сигнал изменился с 10% до 90% своего конечного значения; более быстрое время нарастания требует лучшего контроля импеданса.
Микрополоски	След на внешнем слое, отделенный от единственной опорной плоскости диэлектриком.
Полосатая	След на внутреннем слое, зажатый между двумя опорными плоскостями.
Фактор травления	Отношение глубины травления к латеральному травлению (подрезу); критично для расчета окончательной ширины трассы.
Запуск	Интерфейс между датчиком TDR и тестовым купоном; создает артефакт шума в начале графика.
ИУ (тестируемое устройство)	Конкретный измеряемый компонент или след.

Заключение (следующие шаги)Освоение как читать данные отчета TDR по купону импеданса превратит вас из пассивного покупателя в активного партнера по обеспечению качества. Заранее определив четкие характеристики — в частности, время нарастания теста, конструкцию купона и класс допуска — вы предотвратите дорогостоящие нарушения целостности сигнала. Помните, что график TDR — это пульс вашей высокоскоростной печатной платы; ровная, стабильная линия в пределах окна $\pm$10% (или $\pm$5%) является главным признаком здорового производственного процесса. Для вашего следующего высокоскоростного проекта убедитесь, что ваш партнер по производству печатных плат имеет оборудование и прозрачность для обеспечения такого уровня проверки.