Materiały o wysokiej wydajności do projektowania ATE i płyt obciążeniowych

Wprowadzenie do materiałów PCB ATE

Wydajność materiałów ma bezpośredni wpływ na dokładność i niezawodność testów w zastosowaniach z automatycznym sprzętem testowym. W przeciwieństwie do standardowych płytek drukowanych, materiały PCB ATE muszą zachować integralność sygnału w wielu cyklach testowych, jednocześnie wytrzymując naprężenia mechaniczne wynikające z wielokrotnego kontaktu z sondą. Charakterystyka elektryczna tych materiałów decyduje o tym, czy sygnały o dużej prędkości docierają do punktów testowych bez zniekształceń, co sprawia, że ​​dobór materiału jest kluczowym czynnikiem wpływającym na wydajność systemu testowego.

W przypadku płytek PCB ogólnego przeznaczenia priorytetem jest opłacalność i standardowa niezawodność, ale płytki testowe działają w zupełnie innych warunkach. Zastosowania ATE wymagają materiałów, które zachowują jakość sygnału przy częstotliwościach przekraczających 10 GHz, a jednocześnie obsługują gęste wzorce trasowania wymagane do testowania nowoczesnych urządzeń.

Kluczowe wymagania dla materiałów PCB ATE w środowisku testowym

Szybka transmisja sygnału

Integralność sygnału Staje się to krytyczne, gdy materiały PCB ATE przenoszą sygnały testowe z częstotliwościami wielogigahercowymi. Niska stała dielektryczna (Dk) i minimalny współczynnik stratności (Df) zapobiegają degradacji sygnału w liniach transmisyjnych, zapewniając dokładne pomiary docierające do testowanego urządzenia. Wybór materiału ma bezpośredni wpływ na stabilność kontroli impedancji na całej ścieżce sygnału, szczególnie w przypadku płytek obciążeniowych łączących elektronikę testera z interfejsami sond.

Wytrzymałość temperaturowa płyt wypalanych

Testy wypalania polegają na poddawaniu urządzeń półprzewodnikowych działaniu wysokich temperatur przez dłuższy czas, co wymaga materiałów PCB ATE o wyjątkowej stabilności termicznej. Materiały muszą zachować dokładność wymiarową i właściwości elektryczne w temperaturach sięgających od 125°C do 150°C bez rozwarstwiania się i odkształcania.

Temperatura zeszklenia (Tg) powyżej 170°C gwarantuje, że płytki wypalane przetrwają setki cykli termicznych, zachowując jednocześnie pasowanie między warstwami płytki. Ta wytrzymałość termiczna odróżnia materiały klasy testowej od standardowych laminatów PCB.

Stabilność mechaniczna desek wielkogabarytowych

Płytki obciążeniowe i karty sond często przekraczają standardowe wymiary PCB, a niektóre konfiguracje sięgają od 500 mm do 700 mm. Materiały PCB ATE muszą być odporne na odkształcenia w tych dużych formatach, aby zachować precyzyjne ustawienie sondy względem padu podczas testów. Dopasowanie współczynnika rozszerzalności cieplnej (CTE) między materiałami i strukturami wzmacniającymi zapobiega dryftowi wymiarowemu, który mógłby zagrozić niezawodności styku testowego.

Popularne materiały PCB ATE o wysokiej wydajności

Megtron 6 i Megtron 7 do zastosowań o wysokiej częstotliwości

Megatron 6 stanowi standard branżowy dla aplikacji ATE o wysokiej częstotliwości, wymagających minimalnej utraty sygnału. Ten laminat o niskiej stratności charakteryzuje się współczynnikiem strat poniżej 0.005 przy częstotliwości 10 GHz, co czyni go idealnym do płytek obciążeniowych obsługujących zaawansowane testy urządzeń.

Megatron 7 rozszerza te możliwości o jeszcze niższe wartości stałej dielektrycznej (Dk około 3.3 przy 10 GHz), obsługując transmisję sygnału na platformach testowych nowej generacji działających poza zakresem częstotliwości 20 GHz. Oba materiały zachowują stabilne właściwości elektryczne w przypadku wahań temperatury występujących podczas testów produkcyjnych.

Rogers 4350B i 3003

Laminaty wysokoczęstotliwościowe Rogers spełniają specjalistyczne wymagania materiałowe dla płytek PCB ATE, gdzie niezbędne są spójne właściwości dielektryczne. 4350B wariant ten oferuje przetwarzalność podobną do standardowego FR-4, przy jednoczesnym zachowaniu ścisłych tolerancji stałej dielektrycznej w zakresach częstotliwości i temperatur.

Rogersa 3003 Zapewnia konstrukcję wypełnioną ceramiką do zastosowań wymagających doskonałej stabilności wymiarowej w mikrofalowych przyrządach testowych i kartach sond RF. Współczynnik rozszerzalności cieplnej materiałów Rogers jest zbliżony do współczynnika rozszerzalności cieplnej miedzi, co zmniejsza naprężenia termiczne w metalizowanych otworach przelotowych.

Poliimid i FR-408HR do zastosowań w wysokich temperaturach

Zastosowania wypalania wysokotemperaturowego opierają się na materiałach PCB ATE na bazie poliimidu, odpornych na ekstremalne warunki termiczne. Materiały te zachowują integralność strukturalną w ciągłych temperaturach pracy od 150°C do 200°C, przy temperaturach zeszklenia przekraczających 250°C.

FR-408HR oferuje rozwiązanie pośrednie, zapewniając lepszą wydajność termiczną (Tg 180°C) niż standardowe możliwości FR-4, zachowując jednocześnie kompatybilność z konwencjonalnymi procesami produkcji PCB. Materiał ten nadaje się do płytek wypalanych w umiarkowanym zakresie temperatur od 125°C do 150°C.

Panasonic R-5775(N) do płyt obciążeniowych wielowarstwowych

Złożona konstrukcja wielowarstwowych płyt obciążeniowych wymaga materiałów o wysokiej temperaturze zeszklenia i niskiej rozszerzalności w osi Z. Panasonic R-5775(N) spełnia te wymagania, zapewniając temperaturę zeszklenia (Tg) na poziomie 180°C i kontrolowaną rozszerzalność, która zapobiega pękaniu cylindrów podczas cykli termicznych.

Ten system materiałowy obsługuje liczbę warstw przekraczającą 30, zachowując jednocześnie dokładność rejestracji, kluczową dla gęstych układów pól testowych. Niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE) zapewnia stabilność wymiarową w projektach płyt obciążeniowych o dużym formacie.

Wybór materiałów według typu płyty do zastosowań ATE

Wybór odpowiednich materiałów PCB ATE zależy od specyficznych funkcji płytki w systemie testowym. Każdy typ płytki napotyka na specyficzne warunki elektryczne, termiczne i mechaniczne, które determinują optymalne właściwości materiału.

Załaduj tablice korzystają najbardziej z właściwości Megtrona 6, ponieważ kierują sygnały o zakresie gigahercowym pomiędzy kanałami testera i interfejsami urządzenia. Karty sondowe wymagają materiałów umożliwiających trawienie cienkich linii (ścieżki do 50 μm) i formowanie przelotek dla układów styków o dużej gęstości.

Płyty wypalające działają nieprzerwanie w podwyższonych temperaturach, co wymaga stosowania konstrukcji poliimidowych w celu zachowania niezawodności podczas długich cykli narażenia na działanie temperatury trwających od 48 do 168 godzin.

Rozważania dotyczące produkcji i kosztów materiałów PCB ATE

Kontrola laminacji dla rdzeni o niskich stratach

Obróbka niskostratnych materiałów PCB ATE wymaga precyzyjnych parametrów laminowania, aby zachować ich właściwości elektryczne. Cykle prasowania muszą zapewniać pełny przepływ żywicy bez nadmiernej degradacji materiału, szczególnie w przypadku zaawansowanych laminatów, takich jak Megtron 7, gdzie historia termiczna wpływa na parametry dielektryczne.

Kluczowe parametry laminowania obejmują:

• Kontrolowane szybkości ogrzewania – Stopniowy wzrost temperatury zapobiega degradacji żywicy i utrzymuje niskie parametry Df.
• Zoptymalizowane profile ciśnienia – Zrównoważony rozkład ciśnienia gwarantuje równomierny przepływ żywicy bez narażania włókien.
• Kontrola atmosfery – Laminowanie w środowisku azotowym redukuje efekty utleniania wpływające na transmisję sygnału.

Zgodność wykończenia powierzchni

Zastosowania wysokoczęstotliwościowych ATE wymagają wykończenia powierzchni, które minimalizuje straty wynikające z efektu naskórkowości, a jednocześnie zapewnia niezawodny kontakt sondy. Bezprądowe niklowanie immersyjne (ENIG) pozostaje standardowym wyborem dla płytek obciążeniowych, zapewniając doskonałą planarność i rezystancję styku poniżej 5 miliomów.

Srebro immersyjne zapewnia lepszą wydajność elektryczną w ekstremalnych częstotliwościach, ale wymaga starannego przechowywania, aby zapobiec matowieniu. W niektórych zastosowaniach stosuje się twarde złocenie na powierzchniach styków, aby zapobiec zużyciu mechanicznemu wynikającemu z wielokrotnego kontaktu sondy.

Optymalizacja kosztów i wydajności

Koszty materiałów w zastosowaniach ATE PCB mogą przekraczać koszty standardowych materiałów płytkowych od trzech do pięciu razy. Inżynierowie muszą zrównoważyć wymagania wydajnościowe z ograniczeniami budżetowymi, rezerwując materiały premium na krytyczne warstwy sygnałowe, a jednocześnie wykorzystując standardowe rdzenie FR-4 w mniej krytycznych pozycjach stosu.

Konstrukcje hybrydowe łączące warstwy powierzchniowe o wysokiej częstotliwości z konwencjonalnymi warstwami wewnętrznymi mogą obniżyć całkowite koszty materiałów o 30–40% bez pogorszenia jakości testów. Takie podejście pozwala zachować integralność sygnału na zewnętrznych warstwach trasujących, a jednocześnie zastosować ekonomiczne materiały na płaszczyzny zasilania i uziemienia.

Wniosek

Właściwy dobór materiałów PCB ATE stanowi podstawę niezawodnej wydajności systemu testowego w procesach produkcji półprzewodników. Płytki obciążeniowe o wysokiej częstotliwości wymagają dielektryków o niskiej stratności, aby zachować jakość sygnału, podczas gdy płytki wypalane wymagają materiałów wysokotemperaturowych, aby zapewnić wytrzymałość termiczną. Zrozumienie zależności między właściwościami materiałów a funkcją płytki umożliwia inżynierom dobór odpowiednich konstrukcji, które spełniają wymagania wydajnościowe.

Highleap Electronics zapewnia kompleksową obsługę Rozwiązania ATE PCB:

• Zaawansowana wiedza materiałowa – Wsparcie inżynieryjne dla Megtron, Rogers oraz wybór podłoży poliimidowych na podstawie wymagań testowych.

• Precyzyjna produkcja – Kontrolowane procesy laminowania i zarządzanie impedancją dla płyt obciążeniowych o wysokiej częstotliwości do 40 GHz.

• Zapewnienie jakości – Weryfikacja wymiarowa i testy elektryczne w celu zapewnienia dokładności ustawienia sondy na płytkach wielkoformatowych.

Skontaktuj się z naszym zespołem inżynierów aby omówić Twoje wymagania materiałowe dotyczące płytek PCB ATE i otrzymać szczegółowe zalecenia dotyczące układania warstw dla Twojej platformy testowej.