Qualifizierung und Test. von Hochfrequenz Leiterplatten in der Serienproduktion

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1 Qualifizierung und Test von Hochfrequenz Leiterplatten in der Serienproduktion

2 Produkte von Rohde & Schwarz Geräte und Systeme für die Mess- und Sendertechnik Signal Generatoren Spektrum Analysatoren Oszilloskope Handy-Tester DVB-T Sender NWA (bis 500 GHz) CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 2 von 30

3 Erweiterte Qualitätsanforderungen an die Leiterplatte für Hochfrequenz-Applikationen (Hochfrequenztauglichkeit versus Hochfrequenzfunktionalität) Messung von Hochfrequenzstrukturen bei Leiterplatten Messmittel und Messmethoden im Zeit-, Frequenz- und Ortsbereich Anwendungsfälle, Störgrößen und Einflussfaktoren anhand von konkreten Beispielen Erfahrungen und Erkenntnisse aus dem mehrjährigen Einsatz der Messmethoden bei Rohde & Schwarz Optimierungspotenziale entlang der gesamten Supply Chain CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 3 von 30

4 Erweiterte Qualitätsanforderungen an die Leiterplatte für Hochfrequenz- Applikationen (Hochfrequenztauglichkeit versus Hochfrequenzfunktionalität) Wie wird derzeit die Impedanz an Leiterplatten geprüft? Standardprüfverfahren mittels Spannungs -Zeitreflektometrie FR4-Referenzplatine (Luftleitung) dient als Kal-Normal Impedanz Teststreifen am Nutzenrand Mit einer Handprobe wird die Impedanz ermittelt Messergebnis: Ortsbegrenzt und ohne Frequenzbezug Impedanzkontrolle, nur exemplarisch am Nutzenrand CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 4 von 30

5 Erweiterte Qualitätsanforderungen an die Leiterplatte für Hochfrequenz- Applikationen (Hochfrequenztauglichkeit versus Hochfrequenzfunktionalität) Worin liegen die Nachteile bei TDR-Verfahren Standardprüfverfahren mit Spannungs- Zeitreflektometrie Keine HF-Kalibiernormale Geringe Messdynamik (Rauschen) Keine Frequenzauflösung (begrenzte Ortsauflösung) Maximale theoretische Testfrequenz auf wenige GHz beschränkt (Überschwinger) Messergebnis stellt lediglich einen Impedanzbezug dar (Beispiel: 50 Ohm ± 10 %) Keine Transmissionsparameter messbar, Signalqualität ist nicht direkt erfaßbar Keine Datenkonvertierung möglich? HF-Funktionalität CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 5 von 30

6 Messung von Hochfrequenzstrukturen bei Leiterplatten Diskrete Datenerfassung an der Struktur JUMPER L L L L JUMPER A D C C C CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 6 von 30

7 Messung von Hochfrequenzstrukturen bei Leiterplatten Trc1 S11 db Mag 5 db / Ref 0 db S11 0 Cal 1 Trc2 S12 db Mag 10 db / Ref 0 db Cal 2 S12 Mkr Mkr GHz db Ch1 Start 20 MHz Pwr -5 dbm Stop 10 GHz Ch2 Start 20 MHz Pwr -5 dbm Stop 10 GHz 4 GHz Tiefpass Trc3 S21 db Mag 10 db / Ref 0 db Cal Mkr 1 S21 Mkr GHz db 3 Trc4 S22 db Mag 5 db / Ref 0 db S Cal Ch3 Start 20 MHz Pwr -5 dbm Stop 10 GHz 11/6/2006, 2:06 PM Ch4 Start 20 MHz Pwr -5 dbm Stop 10 GHz CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 7 von 30

8 Messung von Hochfrequenzstrukturen in Innenlagen ( Multilayer) CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 8 von 30

9 Messmittel und Messmethoden im Zeit-, Frequenz- und Ortsbereich Beispiel LTCC - Filter CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 9 von 30

10 Messmittel und Messmethoden im Zeit-, Frequenz- und Ortsbereich Prozessanalyse in der Leiterplattenfertigung via Layer 1 Layer Ohm PTFE CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 10 von 30

11 Messmittel und Messmethoden im Zeit-, Frequenz- und Ortsbereich Prozessanalyse in der Leiterplattenfertigung Messung mit ZVA Ohm 60 TDR Quelle: Polar Instruments CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 11 von 30

12 Messmittel und Messmethoden im Zeit-, Frequenz- und Ortsbereich 22 Lagen Mulilayer für die Chip-Industrie CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 12 von 30

13 Messmittel und Messmethoden im Zeit-, Frequenz- und Ortsbereich 22 Lagen Mulilayer für die Chip-Industrie Pin8 Bad: Impedanzabweichung Pin8 Good CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 13 von 30

14 Erfahrungen und Erkenntnisse aus dem mehrjährigen Einsatz der Messmethoden bei Rohde & Schwarz Kausalitätsbetrachtungen (Beispiel: Positionierung Vias) Filter Bandpass 6,4GHz, Innenlage CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 14 von 30

15 Erfahrungen und Erkenntnisse aus dem mehrjährigen Einsatz der Messmethoden bei Rohde & Schwarz Kausalitätsbetrachtungen (Beispiel: Wechsel Basismaterialhersteller) Materialqualifzierung und Prozessanalyse Filter 6,4GHz Innenlage Rogers CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 15 von 30

16 Störgrößen und Einflussfaktoren anhand von konkreten Beispielen Trc1 S21 db Mag 1 db / Ref db S Cai Smo Offs Mkr 1 Mkr 2 Mkr 3 Mkr Mkr MHz db MHz db MHz db MHz db Mkr 2 Mkr Bandpass Ref to Max Parameters Bandwidth: Center: Lower Band Edge: Upper Band Edge: Quality Factor: Loss: tracking MHz MHz MHz MHz U db Ch1 Center MHz Pwr 9.8 dbm Span 25 MHz 11/9/2006, 3:07 PM CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 16 von 30

17 Störgrößen und Einflussfaktoren anhand von konkreten Beispielen Mittenfrequenzanalyse :Toleranzfenster: MHz; Istwert: 978 MHz PTFE film 1080 glass Falscher Prepreg-Aufbau 2 X 7628 glass 1080 glass PTFE film The construction in the picture has an extra ply of 1080 glass. Since one sheet of laminate makes 8 panels for R&S there will be at least 8 panels, which have this issue CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 17 von 30

18 Störgrößen und Einflussfaktoren anhand von konkreten Beispielen Auswirkungen des Lötstopplacks auf Leitungen coplanar microstrip -grüne Kurve ohne Lack 49,86 Ohm -blaue Kurve mit Lack 46,16 Ohm -grüne Kurve ohne Lack 48,63 Ohm -blaue Kurve mit Lack 48,48 Ohm CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 18 von 30

19 Störgrößen und Einflussfaktoren anhand von konkreten Beispielen Auswirkungen des Lötstopplacks auf Filter ca.16 GHz, Ver ,25mm Filter grüne Kurve ohne Lötstopplack -blaue Kurve mit Lötstopplack (Frequenzversatz -5,03%) CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 19 von 30

20 Optimierungspotenziale entlang der gesamten Prozesskette Effektive und kürzere Entwicklungsprozesse - Reale Ist- HF Daten vom Prototypen bis zur Serie - Benchmark zwischen den Simulationsergebnissen (CST, Sonnet, Microwave Office, HFSS) - Simulationswerkzeuge (Library) können mit realen Parametern (S-Parameter) modifiziert werden CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 20 von 30

21 Optimierungspotenziale entlang der gesamten Prozesskette Prozessüberwachung Tiefpassfilter 6,0 GHz CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 21 von 30

22 Optimierungspotenziale entlang der gesamten Prozesskette Prozessüberwachung Bandpassfilter 6,4 GHz CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 22 von 30

23 Optimierungspotenziale entlang der gesamten Prozesskette Abweichung der Filtercharakteristik ist bedingt durch Ätz- und Dickentoleranz CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 23 von 30

24 Optimierungspotenziale entlang der gesamten Prozesskette Vergleich ideale Simulation vs. Messung Vergleich Nachsimulation vs. Messung CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 24 von 30

25 Erfahrungen und Erkenntnisse aus dem mehrjährigen Einsatz der Messmethoden bei Rohde & Schwarz Einfluss der Kontaktierung FPC Probe, 1000µm Pitchabstand, 67MHz 67 GHz, Kalibriert mit 1,85mm Kal Kit ZVZ 218 CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 25 von 30

26 HF-Leiterplattentestsystem Labor - Tester Netzwerkanalyse an bestückten und unbestückten Leiterplatten - Prototypen - Kleinserien CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 26 von 30

27 HF-Leiterplattentestsystem Labor - Tester Netzwerkanalyse an bestückten und unbestückten Leiterplatten - Prototypen - Kleinserien CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 27 von 30

28 HF-Leiterplattentestsystem Serien - Tester CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 28 von 30

29 HF-Leiterplattentestsystem Serien - Tester CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 29 von 30

30 Vielen Dank! CST_Workshop R&S 2012 Riedel / 3THI 30 von 30