KR20040053657A

KR20040053657A - 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법

Info

Publication number: KR20040053657A
Application number: KR1020020080850A
Authority: KR
Inventors: 김영우; 이병호; 양덕진; 조영상; 이동환
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-06-24
Also published as: KR100494471B1; US20040113633A1; US6882161B2

Abstract

본 발명은 별도의 테스트 쿠폰을 사용하지 않고도 시간영역 반사측정법(TDR)을 이용하여 400㎒ 대역에서 림(RIMM)용 인쇄회로기판(PCB)의 유전율을 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 PCB의 유전율 측정 방법은, a) 램버스 디램 메모리 모듈(Rambus DRAM Inline Memory Module: RIMM)용 인쇄회로기판의 램버스 제품의 길이를 측정하는 단계; b) 소정의 검침 위치에서 상기 램버스 제품에 입력 펄스를 인가하여, 입력 파형의 상승시간 및 반사된 출력 파형의 상승시간의 교차점을 구하는 단계; c) 상기 교차점에 대응하는 시간을 구하는 단계; 및 d) 상기 측정된 램버스 제품의 길이 및 상기 구해진 시간을 유전율 계산식에 대입하여 유전율을 구하는 단계를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 따르면, 종래의 전달지연 쿠폰을 별도로 제작하지 않고도 램버스 제품 자체를 사용하게 되며, TDR을 이용하여 반사계수를 역산하고 특성 임피던스를 산출함으로써 유전율을 구하게 되므로, 유전율 측정의 정확도가 향상되고 측정 시간이 단축된다.

Description

인쇄회로기판의 유전율 측정 방법 {A method for measuring a dielectric constant of a printed circuit board for RIMM}

본 발명은 림(RIMM) 실장용 인쇄회로기판(PCB)의 유전율 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 테스트 쿠폰을 사용하지 않고도 시간영역 반사 측정법(Time Domain Reflectometry; 이하 "TDR"이라 함)을 이용하여 400㎒ 대역에서 램버스 디램 메모리 모듈(Rambus DRAM Inline Memory Module : 이하, "RIMM")용 PCB의 유전율을 측정하는 방법에 관한 것이다.

PCB(인쇄회로기판)는 인쇄회로 원판 위에 여러 전자제품 소자들을 일정한 틀에 따라 간편하게 연결시켜 주는 역할을 하며, 디지털 TV를 비롯한 가전제품부터 첨단 통신기기까지 모든 전자제품에 광범위하게 사용되는 부품이다. PCB는 용도에 따라 범용 PCB, 모듈용 PCB, 패키지용 PCB 등으로도 분류된다.

최근에 전자제품과 통신기기의 경박단소화 경향과 반도체 D램 산업의 호황에 따라 모듈용 PCB와 패키지용 PCB가 각광을 받고 있으며, 또한 국내 PCB 생산업체들은 D램 시장 호황에 따라 차세대 D램 시장을 겨냥해 설비투자와 기술개발에 주력하고 있다. 이에 맞춰 PCB 생산업체들은 램버스(Rambus) D램 출시에 대응하기 위해 램버스 D램 모듈용 PCB와 패키지용 PCB의 기술개발과 양산에 초점을 맞추고 있으며, 이에 따른 제품의 포트폴리오가 메모리 모듈용 PCB, 볼그리드 어레이(Ball Grid Array; BGA), RIMM 등에 맞춰져 있는 실정이다.

한편, 400㎒ 대역에서 동작하는 램버스 칩(Rambus Chip)을 실장하는 모듈용PCB는 데이터 버스(Data BUS)와 클록 신호(Clock Signal)의 시간전달 지연(Time Propagation Delay; TPD)의 차이에 의한 오동작을 유발하게 된다. 이때, TPD는 유전율의 차이에 의해 편차를 보이게 되므로, PCB의 유전율에 대한 검측이 필요하게 된다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 종래의 인쇄회로기판의 유전율을 측정하는 방법을 설명한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 PCB 유전율 측정용 전달지연 쿠폰(PV coupon)을 예시하는 도면이고, 도 2는 종래의 기술에 따른 전달지연 쿠폰을 TDR로 검침한 것을 나타내는 그래프이다. 그리고, 도 3은 종래의 기술에 따른 전달지연 쿠폰을 이용하여 PCB 유전율을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 매질의 전달 속도(propagation velocity; PV) 측정을 위한 샘플로서 미리 PV 테스트 쿠폰(test coupon; 10)을 제작하게 된다(S11). 이후, 제작된 테스트 쿠폰(10)을 작업 패널(Work P/N) 상에 배치한 후에 유전율을 측정하게 된다(S12).

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 테스트 쿠폰(10)의 장파형 트레이스(long trace; 22)와 단파형 트레이스(short trace; 21)를 각각 TDR을 이용하여 검침(probing)하게 된다. 이후, A와 B 사이의 전달지연 시간(tpd) 편차를 측정하기 위해서, 먼저 B의 tpd값을 측정하고(S13), 이후 A의 tpd값을 측정하게 된다(S14).

따라서, 측정된 전달지연 시간(tpd)은 B의 tpd값으로부터 A의 tpd값을 뺀 값이 된다(S15). 이렇게 측정된 tpd는 다음과 같은 유전율 계산 공식에 대입하여 PCB 유전율을 측정하게 된다(S16).

상기한 유전율 계산 공식은, 유전율 = [(tpd)× 29.98/길이]²으로 주어지며, 이때, 테스트 쿠폰(10)의 장파형 트레이스(22)는 280.556mm이며, 단파형 트레이스(21)는 76.726mm로서, 그 차이는 203.83mm가 된다.

한편, 전술한 유전율을 구하게 되는 설비, 측정 조건 및 테스트 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 디지털 샘플링 오실로스코프로는 텍스트로닉스사의 모델명 TEK 11801A/B/C를 사용하였고, TDR 샘플 헤드(sample head)로는 모델명 TEK SD-24를 사용하였다. 이때, PCB의 유전율을 측정하는 필수 설비 및 측정 도구로는 RIMM bare PCB 측정 시스템을 적용하게 되며, 측정 전에 장비 전원을 40분 이상 웜업(warm-up)한 후에 사용하게 된다.

도 2와 같은 그래프를 얻기 위해서, 전달지연 쿠폰을 TDR로 검침하는 주요 테스트 조건은 표 1과 같다.

상승 시간	메인 시간 스케일	수직 스케일	평균	커서 유형
130 ㎰	50㎰/div(정밀: 1㎰)	200mρ/div	32	한쌍의 점(paired dots)

상기와 같은 테스트 조건 하에서, PCB의 유전율은 다음과 같이 측정된다.

도 2에 도시된 A 및 B는 시간축 상에 존재하는 위치이다.

상기와 같은 위치에서 매질의 전달속도(Vp)는,

로 주어지므로, 매질의 유전율(epsilon_r)은,

가 되며, 이때 C는 빛의 속도이다.

따라서, 구하고자 하는 PCB의 유전율(epsilon_r)은,

이 되며, 여기서 B와 A의 단위는 ㎱가 된다.

그러나, PCB의 유전율을 측정하는 기존의 방법은 VNA(Vector Network Analyzer) 상에서 실제 패턴(P/T)에 대한 길이를 산출하여 유전율을 역산하거나, PV 테스트 쿠폰을 제작하여 작업 패널(WORK P/N) 상에 직접 배치해야 하므로 생산성이 크게 떨어진다는 문제점이 있다. 또한, 종래의 방법으로 구한 PCB의 유전율은 실제 VNA에서 인가한 400㎒ 주파수 대역의 실제 측정값에 비해 오차가 크다는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전달지연 쿠폰을 따로 제작하지 않고도 RIMM용 PCB의 유전율을 TDR을 이용하여 400㎒ 대역에서 측정하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 TDR을 이용하여 400㎒ 대역에서 Rimm 모듈용 PCB 유전율을 측정할 경우 테스트의 정확도가 향상되고, 테스트 시간을 단축시킬 수 있는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법을 제공하기 위한 것이다.

도 1은 종래의 기술에 따른 PCB 유전율 측정용 전달지연 쿠폰(PV coupon)을 예시하는 도면이다.

도 2는 종래의 기술에 따른 TDR을 이용하여 전달지연 쿠폰을 측정하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 종래의 기술에 따른 전달지연 쿠폰을 이용하여 PCB 유전율을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 4는 본 발명에 따른 PCB 유전율 측정용 램버스 제품을 예시하는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 램버스 제품의 특성 임피던스를 이용하여 PCB 유전율을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 측정 방법에서 테스트 장비의 전체 디스플레이된 화면 내에 교차점을 형성하는 것을 예시하는 사진이다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따라 도 6을 간략하게 설명하기 위한 도면이다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 수동 테스트 및 자동 테스트 시의 일례를 설명하기 위한 화면을 도시하고 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법은, a) 램버스 디램 메모리 모듈(Rambus DRAM Inline Memory Module: RIMM)용 인쇄회로기판의 램버스 제품의 길이를 측정하는 단계; b) 소정의 검침 위치에서 상기 램버스 제품에 입력 펄스를 인가하여, 입력 파형의 상승시간 및 반사된 출력 파형의 상승시간의 교차점을 구하는 단계; c) 상기 교차점에 대응하는 시간을 구하는 단계; 및 d) 상기 측정된 램버스 제품의 길이 및 상기 구해진 시간을 유전율 계산식에 대입하여 유전율을 구하는 단계를 포함하여 이루어지는 특징이 있다.

여기서, 상기 소정의 검침 위치는 상기 램버스 제품의 우측상단에 형성된 비아홀인 것이 바람직하다.

여기서, 상기 유전율 계산식은,

인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 교차점은 실제 입력 파형의 상승 시간인 35㎰와 측정된 출력 파형의 상승 시간인 110㎰의 교차점인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 교차점은 테스트 장비 상에서 자동 또는 수동으로 설정되어 그 특성 임피던스에 따른 시간으로 구해지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 램버스 제품의 측정 길이는 101.73mm일 수 있다.

본 발명에 따르면, 공기 중 광속에 대응하는 매질인 인쇄회로기판의 유전율에 비례하는 속도를 상기 길이에 대응하는 시간 영역으로 해석함으로써, 종래의 테스트용 전달지연 쿠폰을 별도로 제작하지 않고도 램버스 제품 자체를 사용하게 되며, TDR을 이용하여 반사계수를 역산하여 특성 임피던스를 산출하여 유전율을 구하게 되므로, 테스트의 정확도가 향상되고 테스트 시간이 단축된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법을 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 PCB 유전율 측정용 램버스 제품을 예시하는 도면으로서, 종래의 별도 제작된 전달지연 쿠폰 대신에 램버스 제품(40), 예를 들어 램버스 디램(Rambus DRAM; RDRAM)을 사용하게 된다.

상기 램버스 디램은 보통 4∼16개의 RDRAM 단품을 탑재하여 모듈화한 RIMM 형태로 사용된다. 이러한 RDRAM 시스템은 임피던스 제어 전송 선로를 사용함으로써 높은 대역폭을 제공하므로, RDRAM 시스템의 전기적 특성과 논리 특성을 제어하기 위해서는, RIMM 모듈, 마더보드(mother board) 등과 같은 각각의 소자의 특성예를 들어, 임피던스, 전달 지연(propagation delay), 전달 지연 스큐(skew) 등과 같은 고주파 특성이 일정한 사양을 만족하여야 한다. 특히, 램버스 채널은 최대 초당 8억회의 데이터 전달 속도로 동작하기 때문에 고주파 특성, 예를 들어, 반사와 누화(crosstalk)와 같은 고주파 신호의 특성이 매우 중요하다.

또한, RDRAM을 채택한 시스템이 논리에 맞게 동작하려면 전기 신호의 전달 시간이 최대 사양과 최소 사양을 만족해야 하기 때문에, 전달 지연은 매우 중요한 특성이다. 이때, 상기 RIMM 모듈의 전달 지연은 주로 RIMM PCB의 전파 속도(wave velocity)와 표면 실장형 RDRAM 소자의 용량성 부하에 의해 결정되며, 일반적인 RIMM 모듈에서 PCB에 의한 지연은 전체 전달 지연의 60∼90%를 차지하고 있다.

이러한 PCB 전달 지연은 유전성 적층 재료인 프리프레그(prepreg) 및 코아(core) 등에 많은 영향을 받는다. 상기 램버스 RIMM 모듈은 표준 FR-4 재질로 제조되지만 일정한 사양을 만족하는 전기적 임피던스와 전달 지연을 구현하기 위해서는 재료의 선택에 주의를 기울여야 하고, 적층 구조의 최적화가 필요하다.

또한, PCB에 RDRAM이 실장되면 용량성 부하가 PCB에 추가되어 배선 또는 트레이스(trace)의 신호전달 시간이 늘어나기 때문에, 상기 RIMM의 집적도가 높아지면 RDRAM 소자에 의한 전달 지연이 증가한다. 또한, 입력 커패시턴스가 높은 RDRAM을 사용하면 RIMM 모듈의 임피던스는 낮아지지만 전달 지연은 더 커진다. 즉, 생산 수율을 극대화하기 위해서는, RDRAM과 PCB를 조합했을 때 임피던스 사양과 전달 지연 사양을 모두 만족하도록 RDRAM과 PCB를 최적화할 필요가 있다.

따라서, 상기 전달 지연을 측정하기 위해 신호의 전달 속도를 측정한다.즉, 펄스가 어떤 구조를 통과하는 데에 걸린 시간 차이를 측정함으로써 해당 구조에 의한 전달 지연 즉, 전달 속도를 구할 수 있다. 상기 RIMM에서 신호의 전송 시간에 관련된 사양으로는 전달 지연과 각각의 RSL(Rambus Signal Level)간의 지연 스큐(delay skew)를 나타내는 ΔTpd가 있다.

또한, 보통 PCB를 제조할 때 여러 개의 단품 모듈 기판 또는 피스(piece)가 한조로 구성되어 있는 작업 판넬(work panel)을 준비한다. 예를 들어서, 하나의 작업 판넬에는 총 30개의 단품 모듈 기판이 포함된다. 메모리 모듈 제조 업체에서는 이 작업 판넬을 낱개로 절단 분리하여 단품 모듈 기판을 준비한다.

결국, PCB 기판의 유전율 변화가 Tpd에 미치는 영향은 크게 2가지로 나누어 볼 수 있다. 유전율의 변화는 먼저 트레이스상에서의 전파 속도를 변화시킴으로써 직접적으로 Tpd에 영향을 주며, 다른 한편으로는 트레이스의 임피던스 변화에 의해 Tpd 변화에 영향을 미친다. 그런데, 이 2가지 효과가 Tpd 변화에 일으키는 작용은 서로 반대되는 방향으로 나타난다. 예를 들어서, 유전율이 감소하면 전파 속도의 증가로 Tpd가 줄어들게 되지만 이와 동시에 임피던스를 증가시키게 되고 따라서 Tpd는 증가한다. 그러나, 전체적으로는 전송 속도의 변화에 의한 Tpd의 변화가 더 크게 나타난다. 기판의 유전율의 변화가 임피던스는 변화시키지 않고 단순히 전송 속도만을 변화시킨다고 가정할 경우 Tpd의 변화는 -13.6ps∼12ps 수준이 되지만, 이에 동반하는 임피던스 변화가 그 효과를 어느 정도 상쇄시킴으로써 전체적인 Tpd의 변화는 이보다 약간 작게 나타날 수 있다.

또한, 이러한 RIMM 각각의 특성을 제어하기 위해서는 개별 부품과 PCB의 특성을 보증하여야 하는데, 현재 RIMM PCB 설계상 각각의 신호는 비아 효과(via effect)와 벤딩 효과(bending effect)로 인해 정확한 측정이 어려운 상태이다. 그중에서도 트레이스의 구부러짐 보다는 비아가 ΔTpd에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타나며, 상기 RIMM PCB를 설계할 때 그 효과를 반드시 고려해야 한다.

다시 도 4를 참조하면, 상기 비아 효과를 고려하여, 상기 램버스 제품의 우측 상단의 위치에서 직접 TDR 검침함으로써, 특성 임피던스를 구하게 되며, 이에 따른 유전율을 측정하게 된다. 즉, 우측 상단에 비아홀이 형성된 부분에서의 유전율을 측정하는 이유는 이 부분의 특성이 전체 특성에 가장 영향을 크게 미치기 때문이다. 전술한 바와 같이, TDR이란 어떤 파형을 입력했을 때 돌아오는 출력 파형을 분석해서 소자를 측정하는 방법으로서, 본 발명에서도 상기 TDR 측정을 위해서 입력 파형을 발생시키고 출력 파형을 뽑아내어 이를 분석하게 된다.

상기 유전율(dielectric constant)이란 일반적으로 전하를 유도하는 비율로서 물질의 고유 특성을 나타내며, 비유전율(relative Dielectric Constant)과 진공에서의 유전율(Permitivity)의 곱으로 이루어진다. 이러한 유전율은 분극화 속도와 관련이 있으며, 통상적으로 신호 라인에 교류 신호가 인가되면 유전체 내에 활발한 분극화가 일어나게 된다. 여기서, 분극화 속도는 유전체 양극판의 "+"극과 "-"극에 전자와 전하가 서로 배열되는 속도를 말한다. 상기 유전율이 높으면 분극화 속도가 늦어지게 되고, 또한 절연성이 떨어지게 되며, 전파 속도 또한 늦어지게 된다. 이에 따라 고속 신호 전송을 요구하는 PCB는 저유전율 자재를 사용하는 유전체로서, PCB 내의 구조에 따라 유전율을 조절해야 한다.

이러한 유전율을 측정하는 방법으로서, TDR을 이용하는 방법이 사용되고 있다. 여기서, TDR을 이용한 유전율 측정 방법이란 디지털 오실로스코프(Digitalize Oscilloscope)의 TDR 모듈을 이용하여 전파가 이동한 시간 대비 매질 내에서의 속도와 실제의 물리적인 길이를 상관 관계식으로 환산하여 매질의 유전율을 계산하는 방법을 말한다.

또한, 상기 TDR은 전선의 고장위치를 검출하는 목적 등에서 사용되며, 전선의 일단으로부터 모노펄스 또는 스텝펄스에 의한 전기펄스를 입력한다. 상기 전기펄스는 선로를 전파하여 진행하고 선로의 단선(斷線) 또는 단락 등에 의한 특성 임피던스(Impedance)가 변화하는 곳으로부터 반사되어서 신호 입력단에 궤환하게 된다. 상기 전기펄스의 입력시각으로부터 반사파가 검출되기까지의 시간과 선로의 전파속도로부터 상기한 특성 임피던스가 변화하는 곳을 검출한다. 즉, 상기 TDR은 어떤 파형을 입력했을 때 돌아오는 출력 파형을 분석해서 소자를 측정하는 방법으로서, 상기 TDR 측정을 위해서 입력 파형을 발생시키고 출력 파형을 뽑아내게 된다. 이때, 입력신호로 쓰는 계단(step) 파형이나 펄스(pulse)들의 상승 시간(rising time)이 짧을수록 높은 주파수 해석이 가능하며 측정의 신뢰성이 높아지게 된다.

그러므로, 본 발명에 따른 TDR 테스트 메커니즘은 전기적인 길이(Electrical Length)와 물리적 길이(Physical Length)의 차이를 이용하여 산출하며, 공기 중에서 빛의 절대 속도 대비 매질의 유전율에 비례하는 속도를 길이 대비 시간영역으로 해석하는 방식으로서, 이하 보다 구체적으로 설명한다.

먼저, 맥스웰(Maxwell)의 전자 파동 방정식으로부터 균일한 면(Uniform Plane)의 무손실 선로의 매질에서 전자파 속도는 다음과 같다.

여기서,이며,이다.

또한, 고전 물리학의 속도의 법칙에서 V(속도) = L(거리)/T(시간)로 주어지며, 이때 L은 램버스 제품의 길이로서 101.73㎜로 주어진다.

이때, 상기 시간(T)은 Tektronix TDS 8000 장비의 실제 입력 파형에 해당하는 35㎰의 상승 시간과 반사되어 돌아오는 110㎰ 파형의 상승 시간에 대해 각각의 교차점(cross point)으로 정해지게 된다. 이때, TDR 측정 메커니즘은 반사 계수를 역산하여 특성 임피던스를 산출하는 방법으로서 전체 시간(Total Time)은 왕복 시간에 해당하므로, 실제 구하고자 하는 시간은 왕복 시간의 1/2이 된다.

또한, 임의의 매질에서의 전파속도는,

로 주어지게 되고, 이때 매질인 구리(Cu)의 비투자율(permeability)은 1이다.

전술한 원리에 따라 PCB의 유전율을 측정하기 위한 TDR 적용 설비는 다음 표 2와 같이 주어진다.

제조업체	디지털 샘플링오실로스코프	TDR	케이블	프로우브 팁
텍스트로닉스(TEKTRONIX)	TDS 8000,CSA 8000011801B,C	80E04SD-24	텍스트로닉스015-0560-00	텍스트로닉스206-0398-00

상기와 같은 설비를 사용하여, RIMM bare PCB 측정 시스템을 적용하고, 측정 전에 장비 전원을 40분 이상 웜업한 후에 사용하게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 램버스 제품의 특성 임피던스를 이용하여 PCB 유전율을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 6은 본 발명에 따른 측정 방법에서 전체 디스플레이된 화면 내에 교차점을 형성하는 것을 예시하는 사진이며, 도 7은 도 6의 원리를 보다 구체적으로 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명에 따른 측정 방법에서 전체 디스플레이된 화면 내에 교차점을 형성하는 것을 예시하는 도면으로서, 전체 디스플레이된 화면 내의 40∼60%에서 교차된 지점(F)을 형성하는 것을 도시하고 있다. 여기서, 도면부호 70은 측정 장비 상의 전체 화면을 나타내고 있다.

보다 구체적으로, 도 7을 참조하면, 상기 화면(70)의 화면의 하부에서는 상승되는 파형과의 교차점을 구하여, 이때의 각각의 시간과 임피던스를 측정하게 된다. 예를 들어, 입력 파형의 임피던스 V1은 48.4915Ω, 출력 파형의 임피던스 V2는 109.547Ω이며, 그 차이 ΔV는 -61.0554Ω이 된다. 또한, 상기 특성 임피던스에 따라 각각 구해진 거리는 다음과 같다: 즉, d1은 6.02115m, d2는 6.24711m이 되며, 왕복 시간에 해당하는 거리 Δd는 225.969mm이므로, 실질적인 거리는 Δd/2는 112.984mm이 된다.

이하, 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 유전율을 측정하는 방법의 일례를 설명한다. 즉, 실제의 측정 장비 상에서 전술한 교차점이 구해지는 구체적인 동작을 설명한다.

먼저, 림용 인쇄회로기판에서 TDR을 이용하여 유전율을 측정하는 방법에 있어서, 도 4에 도시된 바와 같은 램버스 제품(40)을 준비한다(S21).

다음에, 상기 램버스 제품의 실제 길이를 측정하게 되는데(S22), 이때, 상기 실제 길이는 예를 들어, 램버스 제품의 장방향 길이인 101.73㎜를 나타낼 수 있다. 이후 공기 중 광속에 대응하는 매질인 인쇄회로기판의 유전율에 비례하는 속도를 상기 길이에 대응하는 시간 영역으로 해석하기 위해, 측정 장비를 이용하여 상기 램버스 제품의 입력 및 출력 파형의 상승 시간의 교차점을 구한다(S23).

이때, 상기 교차점에 대응하는 시간은 TDR 측정 메커니즘에 따라 반사계수를 역산하여 특성 임피던스를 산출하고, 전체 시간은 왕복 시간으로 정해지게 된다. 따라서 실제 구하고자 하는 시간은 왕복 시간의 1/2이 된다.

상기 TDR 상에서 상기 교차점을 구하는 조작 예는 도 8을 참조하여 다음과 같은 순서로 수행되지만, 측정 장비 및 조작자에 따라서 조작 순서나 디스플레이 내용은 달라질 수도 있다.

도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 수동 및 자동으로 상기 교차점을 구하는 것을 설명한다.

도 8은 각각 본 발명에 따른 수동 및 자동 테스트 시의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 여기서, 도면부호 50은 디스플레이되는 전체 화면을 나타내고, 도면부호 51은 Amplitude을 나타내며, 도면부호 52는 Main, Mag1, 및 Mag2를 설정하는 버튼을 나타내고 있다. 실질적으로, 측정 장비의 유형에 따라 조작 버튼 및 화면 상의 내용이 달라질 수 있음은 자명하며, 본 발명의 실시예에서는 단지 일례로서만 도시되게 된다.

먼저, 수동 테스트 시의 순서는 다음과 같다.

① 램버스 제품의 길이를 측정하여, 수직 스케일과 수평 스케일의 크기를 하기의 표 3과 같이 조정한다. 이때, 수평 스케일은 디스플레이되는 화면 상에서 좌측의 한 칸과 우측의 한 칸의 여유를 둘 수 있도록 설정할 수 있다.

② Mag 1 및 Mag2의 시간 베이스를 오픈한다.

③ 수평측 기준을 좌측으로 하여 Main, Mag1, Mag2을 각각 지정하고, 다음 표 3과 같은 조건으로 각각 설정한다.

	수직	수평	상승 시간	acquisition
	위치	스케일	상승 시간	acquisition	위치	스케일
C1	-10.00Ω	5Ω/div	-	200	17.5㎰(편측)	64
M1	-10.00U	5U/div	-	200	110㎰	64

상기와 같이 설정한 후에, 미리 평균(Avg) 상태로 설정한 후에 측정할 경우, 파형이 안정되는 시기가 길어질 수 있으므로, 램버스 제품을 설정한 상태에서는 파형이 정지한 후 평균 상태로 전환해야 한다.

④ M1을 지정하여 전면 패널의 위치를 오버슈트(Overshoot)에서 떨어지는 지점의 교차점을 가운데 위치하도록 조절한다.

⑤ 상기 M1의 스케일을 수평 스케일 턴 다이얼(Horizontal Scale Turn Dial)로 20∼30㎰로 설정한다.

⑥ M2의 전면 패널(Front Panel)의 위치를 파형의 반사측(Reflection Side)의 상승 교차점을 중심으로 하여 놓는다.

⑦ 셋업 박스상의 측정란(Measurement)에서 G1을 M1의 교차점에 놓고, G2를 M2의 교차점에 놓는다.

⑧ M1, M2의 교차점에 대한 수치를 각각 읽어내고, 수학식 6과 같이 계산한다.

⑨ 전술한 테스트 메커니즘을 참조하여, 상기 구해진 시간에 따른 유전율(epsilon_r)을 역산하여 평가한다.

이하 자동 테스트 시의 순서를 설명한다.

자동 테스트 방법에서 ①∼⑥은 전술한 수동 테스트 방법의 ①∼⑥과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.

⑦ 셋업 상자 상의 커서란(cusor)에서 커서 1을 M1에 설정 커서 2를 M2에 설정하고, 선택사항(Option)을 파형(Waveform)에 놓는다.

⑧ 각각의 교차점에 커서 1, 2를 위치시킨다.

⑨ 셋업 상자 상의 수평 스케일에서 거리를 설정하고, 커서 1과 커서 2의 ΔT/2가 램버스 제품의 거리(101.73mm±0.1mm)가 될 때까지 유전율(Dk)의 수치를 증가시켜서, 길이가 동일해지면 유전율(Dk)의 수치를 읽어낸다.

이때, 자동 테스트 방법상 정확한 거리가 표기되지 않기 때문에 근사치로 판단하여야 하며, 편차는 ±0.1mm±0.05mm가 된다. 즉, 상기 램버스 제품 거리의 편차 ±0.1mm에 0.05mm를 더 감안하게 되고, 결국 전체 편차는 ±0.15mm 범위가 된다.

다시 도 5를 참조하면, 상기 교차점에 대응하는 시간이 수학식 6을 통해 구해지면(S24), 상기 측정된 물리적인 길이 및 시간을 전술한 수학식 5에 대입하여 유전율을 구하게 된다(S25).

결국, 본 발명은 상기한 바와 같이 PCB의 유전율을 측정하게 되고, 종래의 전달지연 쿠폰을 별도로 제작하지 않고도 램버스 제품 자체를 사용하게 되며, TDR을 이용하여 반사계수를 역산하여 특성 임피던스를 산출하여 유전율을 구하게 된다.

전술한 본 발명에 따르면, 림 실장형 PCB의 유전율 측정을 위한 쿠폰을 따로 제작하지 않아도 되므로, 생산성을 향상시킬 수 있다. 즉, 종래의 PV 쿠폰 자리에 제품을 추가로 삽입할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 VNA 이외의 TDR 설비를 이용한 유전율 측정이 가능하며, 또한, 종래의 전달지연 쿠폰에 비해 400㎒에서 테스트 정확도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 오차 범위가 ±2% 이내가 된다.

또한, 본 발명에 따르면 종래의 전달지연 쿠폰에 비해 유전율 측정의 번거로움이 제거되므로 테스트 시간을 단축시킬 수 있다.

Claims

a) 램버스 디램 메모리 모듈(Rambus DRAM Inline Memory Module: RIMM)용 인쇄회로기판의 램버스 제품의 길이를 측정하는 단계;

b) 소정의 검침 위치에서 상기 램버스 제품에 입력 펄스를 인가하여, 입력 파형의 상승시간 및 반사된 출력 파형의 상승시간의 교차점을 구하는 단계;

c) 상기 교차점에 대응하는 시간을 구하는 단계; 및

d) 상기 측정된 램버스 제품의 길이 및 상기 구해진 시간을 유전율 계산식에 대입하여 유전율을 구하는 단계

를 포함하여 이루어지는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법.
제1항에 있어서,

상기 소정의 검침 위치는 상기 램버스 제품의 우측상단에 형성된 비아홀인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법.
제1항에 있어서,

상기 유전율 계산식은,

인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법.
제1항에 있어서,

상기 교차점은 실제 입력 파형의 상승 시간인 35㎰와 측정된 출력 파형의 상승 시간인 110㎰의 교차점인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법.
제1항에 있어서,

상기 교차점은 테스트 장비 상에서 자동 또는 수동으로 설정되어 그 특성 임피던스에 따른 시간으로 구해지는 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 램버스 제품의 측정 길이는 101.73mm인 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 유전율 측정 방법.