PCB Blog - PCBボード内インピーダンス試験方法

PCBボード内インピーダンスとは、完成品のボード内トレースの真のインピーダンスを指し、従来のインピーダンスバー（Coupon）とは概念ではない。PCBボード内のインピーダンス線とインピーダンス線の引き廻しピッチ、引き廻し幅、引き廻し線が置かれた環境、引き廻し線が置かれた位置及び設計誤差などにより、ボード内の真のインピーダンスとインピーダンス線のインピーダンスに差がある。しかし、現在の配線板が高密度、高多層、小体積の方向に発展するにつれて、顧客のインピーダンス制御に対する要求はますます厳しくなり、制御精度の要求もますます高くなっている。このようなPCBボード内のインピーダンスとインピーダンスバーのインピーダンスに存在する偏差は、ハイエンドの顧客に受け入れられない可能性があるため、従来のインピーダンスバーではなく、PCBメーカーに本物のPCBボード内インピーダンスを提供するよう求める顧客が増えている。

PCBボード内のインピーダンスとインピーダンスバーにはどのような違いがありますか。

1、インピーダンスストリップと実際のPCBボード内のインピーダンスストリップの引き廻しピッチ、引き廻し幅は一致しているが、インピーダンスストリップの試験点のピッチは2.54 mmに固定されている（試験プローブピッチを満たすため）、ボード内の実際の引き廻し線の終端ピッチは可変であり、QFP、PLCC、BGAパッケージの出現に伴い、一部のチップのピンピッチは2.54 mm（つまりインピーダンスストリップの試験点のピッチ）ピッチよりはるかに小さい。

2、インピーダンスストライプの走査線は理想的な直線であり、板内の実際の走査線は曲がって多様であることが多い。PCB設計者や生産者はインピーダンスバーの引き廻しを理想化しやすいが、PCBボード上の実際の引き廻しは様々な要因により引き廻しが不規則化する。

3、インピーダンスバーとボード内の実際の引き廻しはPCBボード全体の位置が異なる。インピーダンスバーはすべてPCBボードの中間またはエッジに位置し、PCBボードの出荷時にメーカーによって除去されることが多い。板内の実際の引き廻しの位置は多様で、板に近い縁にあるもの、板の中央にあるものなどがある。

4、PCBボード内のインピーダンス引き廻し線の周囲には一般的にビア、パッド、マスク層などが分布しているが、インピーダンス引き廻し線の周囲の環境はすべて比較的に単一である。

PCBボード内インピーダンス試験値の影響

1、インピーダンスストリップ試験点の間隔インピーダンスストリップの間隔が異なると、試験点とストリップの間にインピーダンス不連続をもたらすことがある。一方、PCBボード内の実際の差動走査線端（すなわちチップのピン）ピッチは、走査線ピッチと等しいか非常に近いことが多い。これによりインピーダンス試験結果の違いがもたらされる。

2、湾曲した引き廻し線と理想的な引き廻し線に反映されるインピーダンス変化は一致しない。走査線の曲がり曲がり曲がりの場所では特性インピーダンスが不連続であることが多いが、インピーダンスバーの理想化走査線は走査線の曲がりによるインピーダンス不連続現象を反映することができない。

3、インピーダンスバーと実際の引き廻し線のPCBボード上の位置が異なる。現在のPCBボードは多層引き廻しの設計を採用しており、生産時にはプレスが必要である。PCB板が圧着プロセスにある場合、板の異なる位置で受ける圧力は一致することができず、異なる位置の誘電体層の厚さに差があり、このようにして作られたPCB板は異なる位置で誘電率が異なることが多く、特徴インピーダンスも当然異なる。

4、PCBボード内のインピーダンスはその周囲のビア、パッド、マスク層などの影響を受けて反映されるインピーダンスは不連続であり、インピーダンスバーは引き廻し環境が単一であるため、インピーダンスの実際の変化状況を反映できない。

インピーダンスバーに反映されるインピーダンス値は、PCBボード内の実際の引き廻しの実際の特性インピーダンスを完全に反映することはできない。

PCBボード内インピーダンス試験方法

TDRの基本原理ステップパルス発生器は、高速立ち上がりエッジのステップパルスを発生する。同時に受信モジュールは反射信号の時間領域波形を収集する。被測定物のインピーダンスが連続であれば、信号は反射せず、インピーダンスの変化があれば、信号が反射して戻ってくる。反射エコーの時間によってインピーダンス不連続点の受信端からの距離を判断することができ、反射戻りの幅に基づいて対応点のインピーダンス変化を判断することができる。

現在の配線板が高密度、高多層、小体積の方向に発展するにつれて、顧客のインピーダンス制御要求はますます厳しくなり、制御精度要求もますます高くなり、例えば精度要求は±5%未満である。PCBボード内のインピーダンスとインピーダンスストリップのインピーダンスに存在する偏差は制御精度の要求を超える可能性があり、また制御精度の要求が高いほど、インピーダンスストリップを用いてインピーダンスを評価するリスクが大きい。

PCBボードのメーカーであれ、高速回路設計者であれ、製造者であれ、PCBボード内の真の高速差動走査線に対してTDRテストを直接行い、最も正確な特徴インピーダンス情報を得ることを望んでいる。

PCBボード内のインピーダンス試験の難点は主に以下の2つがある：

1、差分TDRプローブの接地点を見つけることが難しく、高速PCB設計者は高速差分走査線を設計する際に走査線の末端（すなわちチップピン）付近に一定ピッチの接地点を置かない。

2、差動引き廻し線の端（すなわちチップのピンまたは金指またはパッド）の間隔は変化が多く、検出を実現するためには間隔調整可能な差動プローブが必要である。