TW515898B - Test coupon having multiple pattern layers and method for measuring dielectric constant of a memory module board using such a test coupon - Google Patents

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515898 A7 B7 五、發明説明（ 發明背景 1 .發明之技術範疇 本發明係有關記憶模組介電常數之測量技術’特別係有 關用於RIMM模組之介電常數測量的測試條以及使用該測 試條之測試方法。 2.相關技爇説明 通常蘭巴斯（Rambus)DRAM(後文稱作「RDRAM」）係以 具有4至16個個別RDRAM裝置的RIMM(蘭巴斯介面記憶模 組）形式使用。蘭巴斯記憶模組經由使用具有經過控制阻 抗傳輸線而提供高頻寬。爲了控制系統的電性及邏輯特 徵，各個組件例如RIMM模組、主機板等被規定各項參數 例如阻抗、傳播延遲、傳播延遲差異等。特別由於蘭巴斯 通道係於高達每秒8億傳輸的較高資料速率操作因而高頻 性質例如反射以及串音等相當重要。 由於電信號的傳播時間須符合系統邏輯功能的最大規格 及最小規格，故傳播延遲是一項重要參數。RIMM模組的 傳播延遲主要係由RIMM PCB(印刷電路板）的波速度以及 表面黏貼RDRAM裝置之電容負載決定。於典型RIMM模 組，裸板PCB延遲占總延遲的60-90%。 印刷電路板傳播延遲與介電積層物質（預浸料坯、核心等） 有強力關聯。蘭巴斯RIMM模組係以標準FR-4材料製備， 但須小心選擇材料以及做最理想化的堆疊俾達成特定電阻 抗及傳播延遲。RDRAMs增加裸板PCB的電容負載，增加 軌線信號的總傳播時間。若於PCB之RDRAM組件安裝密度 -4- 本紙张尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x297公釐） 515898 A7 B7 五、發明説明（2 ) 增高，則來自RDRAM裝置的延遲也變高。進一步，RIMM 模組於使用具有較高輸入電容的RDRAMs建立時將具有較 高傳播延遲及較低阻抗。相反地，RIMM模組當使用具有 較低輸入電容的RDRAMs建立時將具有較低傳播延遲及較 高阻抗。因此爲了獲得最大高容積產率，RDRAMs及PCBs 須最理想化因而當組裝成爲模組時將滿足阻抗及傳播延遲 的規定。 一種傳播延遲測量方法係測量傳播速度。爲了獲得速度 換言之傳播延遲，結構延遲係經由測量脈衝傳播通過結構 所耗的時間差異而決定。有關RIMM模組傳輸時間的規格 包括傳播延遲以及ΔΤροΙ，其表示各個RSL(蘭巴斯信號位 準）間的延遲差異。 圖1及2説明根據先前技藝之△ Tpd測量方法。此種方法 經由使用TDR(時間領域反射計量術）於TDT(時間領域傳輸） 模式測量速度。 TDT係經由設置後捕捉信號完成，如圖1所示，TDT係經 由於設置低電容而高阻抗探針6及8於發射點及反射點，以 及使用50歐姆探針將脈衝4載入測試條2—端捕捉信號而完 成。TDT優於TDR之優點爲被捕捉的信號僅一次向下傳播 通過測試條，獲得如圖2所示之改良上升時間反應。圖2 中，X軸表示時間，y軸表示電壓位準。經由測量於發射點 捕捉的信號10與於反射點捕捉的信號12間之差異△ T可得 知傳播延遲及介電常數。 圖3顯示測量傳播延遲之另一項習知方法。測量傳播延 -5- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 515898 A7 B7 五、發明説明（3 ) 遲及速度之方法係使用雙埠連續阻抗測試條。使用向量網 路分析儀，傳播延遲被測量爲兩個埠間400-百萬赫正弦波 的相位延遲。此種先前方法獲得絕對時間最準確的測量 値，原因在於電長度固定以及由於軌線的連續阻抗故反射 減至最低。此種偵測條可置於典型RIMM模組面板之側板 上。 但圖1至3所示先前技藝由於目前可利用的TDR測量儀器 的主要時間刻度的限制，因而無法確保可靠且精準的測 量，目前儀器的時間刻度無法測定確切發射波緣及反射波 緣。此種發射緣及反射緣的無法定點乃藉TDR測量傳播延 遲的主要限制。例如如圖2所示，於測量儀器之畫面上可 見顯示發射點及反射點因而難以定位眞正發射點及反射 點，發射點及反射點爲傳播延遲測量上的參考點。因此基 於不準確的發射點及反射點獲得的Tpd測量値非爲實際 値。結果使用習知方法，RIMM PCB的精準介電常數， PCB的性質難以得知，因而無法對板本身的性質的變化做 控制。 此外，因△ Tpd的規格爲土 10微微秒，該規格比時脈更 苛刻，因而高度難以精準估計及管理△ Tpd規定。部分困 難原因包括影響RIMM △ Tpd的參數係依據模組PC3B以及安 裝的RDRAMs性質、組合RDRAMs與PCB時的交互操作、 以及製造過程的誤差而改變。 此外爲了讓△ Tpd變一致，個別爲等長的RSL軌線造成軌 線的傳播延遲較爲類似但仍不足：即使軌線總長變完全相 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）

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515898 A7 ____ B7 五、發明説明（4 ) 等，各RSL軌線仍具有不同性質，原因在於非對稱結構用 於設置軌線以及安裝的個別RDRAMs依據接腳而定顯示略 爲不同的性質。進一步由於製造過程造成的問題，PCB軌 線之阻抗及傳播延遲於各產品間改變以及甚至於同一產物 的各條軌線間變化，結果導致性質於指定範圍變異。此等 因素全部皆改變通道延遲，變化量相當小，鑑於整體傳播 延遲不會成爲嚴重問題。但此種變異就厶Tpd而言可能引 發顯者·問題。 此外，須確定各組件及PCB性質俾控制各個被安裝的 RIMMs，但既有的rimm PCB設計由於通孔效應以及各個 信號的彎曲效應故無法提供精準測量。 發明概要 本發明之目的係提供一種測試條以及測量PCB之介電常 數之方法，其可精準測量所製造的記憶模組性質，以及基 於測量得的資料控制PCB性質。 本發明之另一目的係以成本效益方式使用既有的測量儀 器測量記憶模組PCB性質。 本發明之進一步目的係確定一致且可預測的rimm記憶 模組性質。 根據本發明之測試條係用於測量記憶模組板妁信號傳播 性質’測試條包含多重測試圖案層各自設置有長及短軌 線。測試圖案層包含具有暴露面的第一測試圖案層，以及 形成於内部的第二測試圖案層。第一測試圖案層包含第一 對探針襯墊分別連結至長及短軌線，一接地襯墊以及第二 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 515898 A7 B7 五、發明説明（5 對探針襯塾分別連結至形成於第二測試圖案層長及短軌 線。第二測試圖案層包含通孔接觸線電互連至第二對探針 ，墊及長及短軌線。第一測試圖案層之第二對探針襯墊以 及第二測試圖案層之通孔接觸線係藉通孔連結在一起。 介於第一與第二測試圖案層間堆疊一層介電質層以及一 層接地層。長軌線與短軌線間之長度差異較佳大於丨〇〇毫 米’短軌線長度較佳至少5〇亳米。 一種測量記憶模組板之介電常數之方法包含下列步骤： (A)製備一測試條’包含第一測試圖案層及第二測試圖案 層，該第一測試圖案層設置有第一對測試襯墊各自分別連 結至長及短軌線，接地襯墊，以及第二對探針襯墊各自連 結至形成於第一測試圖案層的長及短執線，第二測試圖案 層設置有通孔接觸線電互連至第二對探針襯墊及長及短軌 線；（B)連結探針梢端至測試條軌線；（c)調整連結至探針 襯整之測試儀器的時間刻度以及垂直刻度；（D)經由探針 梢端施加輸入信號讀取信號波形；（E)經由移動第一游標 測量信號傳播延遲時間（Tpd)以及確證軌線阻抗値；（f): 由移動第二游標至比第-游標阻抗値高預定値的點而❹ TPd値至基於對長及短軌線之測量Tpd値，根據測試條圖案 層計算TPd偏差；以及（H)基於計算得的Tpd偏差値計赏 圖案層介電常數。 ^ 於計算步驟（H)， = [(Tpd 29.8)/長度] 差」。 根據下式獲得介電常數「介電常數 此處長度表示於長及短軌線之Tpd偏 -8- 515898 A7 B7 五、發明説明（6 ) 蘭巴斯通道係基於極高速的晶片至晶片介面，其係於 400百萬赫差異時脈的上升緣及下降緣傳輸資料。資料、 時脈及控制線具有邏輯位準800毫伏，其須符合聂苛刻的 時續要求。此乃部分組成蘭巴斯發訊位準（RSL)環境的類 比特徵。通常蘭巴斯通道係由30條經過控制阻抗之匹配傳 輸線組成，此處涵括兩個9位元寬資料匯流排，一個3位元 寬列匯流排，一個5位元寬欄匯流排以及一個時脈匯流 排。發明人經由將通道模式化以及轉變而分析此等RSL通 道，研究軌線阻抗A Tpd、介電常數以及RDRAMs之RLC變 化的影響，以及研究執線及通孔之傳播延遲與彎曲間的關 係。 結果發現△ Tpd受通孔的影響比執線的彎曲更大。此項 因素於設計RIMM PCBs時須考量。進一步，即使執線阻 抗、介電常數以及RDRAMs之RLC變異等參數係在RIMM之 預定標準或規格範圍以内變化，但就△ Tpd而言可能出現 不合規格。因此於設計之製造過程需要更嚴格控制該等參 數。 如此精準測量RIMM PCB本身的電性質特別介電常數具 有顯著價値。特別重要地係獲得實際製造的PCBs之介電 常數資料，同時採用既有的測量儀器俾無需額外設備投 資。 此等及其它特色及優點由後文詳細説明連同附圖一起考 量將更爲明瞭。重要地須指出圖示説明無須照比例繪製， 且可能有其它未特別舉例説明之本發明之具體實施例。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210X297公釐） 515898 A7 B7 五、發明説明（7 圖式之簡單説明 圖1及2顯示習知△ Tpd測量方法。 圖3顯示使用雙埠連續阻抗測試條及向量網路分析儀測 量傳播延遲及習知方法。 圖4a至4d爲根據本發明之具體實施例之傳播速度測試條 之平面圖。 圖5顯示使用測試條及TDR(時間領域反射計量術）測量得 之信號波形圖。 圖6爲波形圖顯示使用本發明之測試條測量△ Tpd之方 法。 較佳具體實施例之詳細説明 圖4a至4d爲根據本發明之傳播速度測試條之平面圖。爲 了製造印刷電路板，準備由預定數目的個別模組板（也稱 做「工作件」）組成的工作面板。例如單一工作面板有3〇 個工作件。記憶模組製造商藉分開工作面板而準備個別模 一 組板。它方面’根據本發明之測試條例如係以一個工作面 板上有四個測試條之數目製成。測試條於工作面板的位置 並無特殊限制，通常於中心設置測試條之一，而於工作面 板之週邊區設置多於二測試條。 本發明之測試條20具有多重測試圖案層2〇a、2〇b、2〇c 及20d插置絕緣層及接地層堆疊形成的堆疊結構。各測試 圖案層係由印刷電路板的信號圖案層的相同材料例如鋁製 成，絕緣層係由製造印刷電路板使用的介電層之相同材料 製成。各測試圖案層係於印刷電路板製造過程形成信號圖 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 515898 A7 B7 五、發明説明（8~^ ^ 案層以及印刷電路板製造過程的製造測試條2〇同時形成。 如此使用測試條20之測量値可反映出所製造的印刷電路板 的實際特性。 圖4a之測試圖案層20a例如係位於層i，而圖仆之測試圖 案層20b例如係位於層3。同理，圖4c測試圖案層2〇c例如 位於層5，圖4d測試圖案層20d例如位於層7。其餘各居2、 4及6例如爲接地層。此處層數係由組成個別模組板（或工 作面板）之各層的堆疊順序決定。例如層1的測試圖案層 20a係對應模組板頂部的信號圖案層，且直接接觸測試探 針。 各測試圖案層20a至20d包含長執線2 1 a至2 1 d以及短執綠 22a至22d。長及短軌線21及22之長度差異較佳大於1〇〇毫 米，短軌線22長度係大於50毫米。例如長軌線21長28〇55 毫米，短執線22長76.73毫米。此等軌線維度的選擇係依據 例如得自特充尼克（Tektronix)公司之測量儀器的測量限度 決定的實驗値而定。若長與短執線長度差異小於5〇毫米， 則Tpd與阻抗之實際値與測量値間的誤差過大而無法確定 測量値。同理，當測試條軌線長度差異小於i 〇〇毫米時， Tpd與阻抗測量値無法視爲實際値。 第一測試圖案層20a包括第一對探針襯塾30及31，第二 對探針襯墊32及33，第三對探針襯墊34及35，第四對探針 槪塾36及37以及接地觀塾27。弟二、第三及第四測試圖案 層20b、20c及20d爲内層，長軌線21b、21c及2 Id以及短 執線22b、22c及22d包含通孔接觸線32a/33a，34a/35a， -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇x 297公釐) ' -- 515898 A7 B7 五、發明説明（9 ) 3 6a/3 7a。第一對探針襯墊30及31連結至第一測試圖案層 20a之長軌線2 1 a及短軌線22a。第一測試圖案層20a之第二 對探針襯墊3 2及3 3係經由第二通孔42及43連結至第二測試 圖案層20b至通孔接觸線32a及33a。第一測試圖案層2〇&之 第三對探針襯墊34及35係經由第三通孔44及45連結至第三 測試圖案層20c之通孔接觸線34a及35a。第一測試圖案層 20a之第四對探針襯塾3 6及3 7係經由第四通孔46及47連|士 至第四測試圖案層20d的通孔接觸線36a及37a。通孔4〇至 47由於皆係一次藉單一通孔成形處理製程，故全部通孔皆 由測試條20的第一測試圖案層20a貫穿至第四測試圖案層 20d 〇 第一層 圖5所示波形圖係經由將脈衝載入測試條20後於探針襯 墊藉TDR捕捉信號所得。例如設置第二探針襯墊32及33與 接地襯墊27俾測量第二圖案層20a之介電常數，顯示信號 波形圖如圖5所示。圖5中，X軸表示時間而y軸對應於阻 抗。一個波形42表示短軌線22信號，而另一波形43表示長 軌線21信號。形成印刷電路板之各圖案層介電常數可經由 測量二軌線21與22間之傳播時間差異△ T決定。傳播時間 差異ΔΤ表示爲： AT=21/V (式 1) 此處，V表示傳播速度以及1爲軌線長度。如此傳播速度 V以式2表示： Υ=21/ΔΤ (式 2) -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公釐) 515898 A7 ______ B7___ 五、發明説明（1〇 ) 信號傳播速度與介電常數間之關係可以式3表示： V=C/V^ (式 3) 此處，C爲光速以及εγ爲介電常數。藉由式2及3， 表示爲： △ Τ/(2 1)或^=[(： △ Τ/(2 I)]2 (式4) 式4歸納獲得式5 : 介電常數= [(Tpd · 29.98)/長度]2 (式5) 此處，長度表示長與短軌線的Tpd偏差。 藉TDR探測長及短軌線測量Tpd之實例將參照圖6説明。 本例中使用特充尼克公司之TEK 11 80 1作爲數位取樣振蓋 鏡，使用特充尼克公司之TEK SD-24作爲TDR取樣頭。信 號線爲50歐姆纜線，探針梢端爲206-0398-00標準探針。 長軌線之測量 製備預測量的RIMM測試條。 探針梢端置於圖4測試條之長軌線。設定時間刻度位置 及Tpd測量點。此時，儀器的主要時間刻度設定爲500微微 秒 /刻度（ps/div)。 將垂直刻度調整爲200 mp/div。 經由循序移動主時間刻度達100微微秒，於時間刻度調 整過程，時間刻度最終設定爲50 ps/div，故顯示長軌線的 開放波形。此時’長執線開放波形可以50 ps/div時間刻度 連同28歐姆線顯示。 當完成時間刻度位置設定後顯示波形時開始做Tpd測量。 將探針梢端置於測試條長軌線且開始測量。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

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515898 A7 _____B7 五、發明説明（11 ) " '' 於設置探針梢端後，波形平均由「關」變成「開」。此 時平均32計數由0改變爲31，而當32完成時按下波形停止 紐。此種測量爲操作員或測試工程師於波形停止前須查驗 波形變化狀態，故這種測量是需要技術能力的人工探測。 按下畫面的游標而將游標形式改變爲成對點。 將游標的移動刻度改變爲丨微微秒俾獲得最大測量準確 度。 移動游標1且設定於長軌線28歐姆線後，檢查阻抗値且 測量Tpd(圖6點C)。 移動游標2且設定於比游標1的阻抗値（c )高5歐姆點後測 1 Tpd(圖6點D)。如此保根據對長及短執線之測量點測 量。換言之，測量點係經由對阻抗測量値加預定値設定。 本例中，添加數値爲5歐姆，但添加數値無需限於5歐姆。 短軌線之測哥 本測量過程及順序係與長軌線完全相同。 介電常數之測音 當長及短軌線之Tpd測量完成時，計算各層之長及短軌 線之Tpd偏差。 本實例顯示層3之Tpd偏差爲1.366毫微秒，故根據式5求 出層3之介電常數爲「4.602」。層5之Tpd偏差爲1.381毫微 秒’層5之介電常數計算値爲「4.151」，層7之Tpd偏差爲 〇·1377毫微秒，故介電常數計算値爲「4.114」。如此，介 電常數平均爲4.109,各層之介電常數偏差爲0.089。 根據PCB及RDRAM性質的蠻化值播延遲變更 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 515898 A7 B7 五、發明説明（12 ) RIMM之各個RSL通道被劃分爲未載荷區段及載荷區段。 未載荷區段係由具有特徵阻抗28歐姆之傳輸線組成，而載 荷區段具有較高特徵阻抗的傳輸線。當架設RDRAMs時藉 電容因素的載荷效應而設計通道阻抗爲28歐姆。製造印刷 電路板時，設計未載荷區段及載荷區段阻抗具有特定値， 例如分別爲28歐姆及41歐姆。但依據處理條件而定，實際 製造的印刷電路板可具有與期望設計値不同的阻抗。例如 軌線寬度於蚀刻印刷電路板處理過程可改變，各層的介電 材料及導體厚度可與預期設計値有偏差。進一步發現介電 常數差係依據組成印刷電路板之材料含量決定。此等因素 變更通道阻抗，造成各通道的傳播延遲偏差。當檢驗丁pd 隨執線阻抗變化之變異時，了解RIMM Tpd對載荷區段阻 抗變化比對未載荷區段阻抗變化具有更大影響。 它方面，PCB介電常數變化對Tpd的影響可分爲兩種。第 一，介電常數變化經由變更軌線傳播速度直接影響Tpd。 第二，Tpd受軌線阻抗變異影響。但該二影響係與Tpd的變 化影響相反。例如當介電常數降低時，傳播速度提高及 Tpd降低。同時介電常數的降低提高了阻抗，結果導致Tpd 的增高。但傳播速度的變化對Tpd的變化影響較大。若假 設板之介電常數變化不影響阻抗，反而僅影響傳播速度， 則Tpd的理論變化係於-13.6微微秒至12微微秒之範圍；但 實際上由於介電常數變化造成的阻抗變異抵消Tpd的變化 至某種程度，故Tpd的變化變成比理論値更小。 根據本發明，可使用現有TDR測量儀器有效測量記憶模 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 515898 A7 B7 五、發明説明（13 ) 組介電常數，特別RIMM模組PCB介電常數。 附圖及説明書中，揭示典型較佳本發明具體實施例，雖 然採用特定術語但僅以概略説明性意義使用而絕非意圖限 制性，本發明之範圍陳述於如下申請專利範圍。 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 515898 Λ 8 Β8 C8

   六、申請專利範圍 量記憶模組基板之介電常數之測試條，包含 夕重測試圖案層，其各白 線^ μ , 條純線及—條短朝 :开:成於其上，各測試圖案層包括具有暴露表面之第一 測試圖案層以及形成於内部之第二測試圖案層， 孩弟—測試圖案層係接觸測試探針，且設置第一對揭 針硯整其各自連結至長及短軌線，以及接地襯塾連级至 地電源’以及第二對探針襯墊各自分別連結至形成於第 二測試圖案層之長及短軌線， 点第一測試圖案層設置有通孔接觸線其係電互連至第 二對探針襯墊以及長及短執線，以及 _第一測試圖案層之第二對探針襯墊係藉通孔而連結至 第一·測試圖案層之通孔接觸線。 2. 如申請專利範圍第1項之測試條，其中該短軌線具有長 度等於或大於50毫米。 3·如申清專利範圍第1或2項之測試條，其中該長與短軌線 之長度差異係等於或大於丨〇〇毫米。 4·如申請專利範圍第1項之測試條，其中接地層或介電質 層係設置於第一與第二測試圖案層間。 5.如申請專利範圍第1項之測試條，其係於製造RIMM模組 板過程同時製造，於RIMM模組板上模組化多重 RDRAMs 〇 6·如申請專利範圍第1項之測試條，其中多重測試圖案層 係由鋁金屬圖案製成。 7· —種測量基板之介電常數之方法，包含下列步驟·· -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 515898 Λ8 B8 C8 -—___ D8 六、申請專利範圍 準備一測试條’包含第一測試圖案層及第二測試圖案 層，該第一測試圖案層設置有第一對測試襯墊各自分別 連結至長及短執線，接地襯墊，以及第二對探針襯墊各 自連結至形成於第二測試圖案層的長及短軌線，該第二 測試圖案層設置有通孔接觸線電互連至第二對探針襯墊 及長及短軌線； 連結探針梢端至測試條軌線； 凋整連結至探針襯墊之測試儀器的時間刻度以及垂直 刻度； 經由探針梢端施加輸入信號讀取信號波形； 經由移動第一游標測量信號傳播延遲時間（Tpd)以及確 證執線阻抗値； 經由移動第二游標至比第一游標阻抗値高預定値的點 而測量Tpd値； 基於對長及短軌線之測量Tpd値，根據測試條圖案層 計算Tpd偏差；以及 基於計算得的Tpd偏差値計算各圖案層介電常數。 8.如申請專利範圍第7項之方法，其中各圖案層之介電常 數於介電常數計算步驟，根據公式介電常數=[(丁pd 29.8)/長度](此處長度表示長與短軌線間之Tpd偏差）計 % 0 9·如申請專利範圍第7或8項之方法，其中長與短執線之長 度差異係等於或大於1〇〇毫米。 1〇·如申請專利範圍第7或8項之方法，其中短軌線之長度係 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A B c D 515898 六、申請專利範圍 等於或大於50毫米。 11.如申請專利範圍第7或8項之方法，其中Tpd之測量係經 由使用TDR(時間領域反射計量術）經由探測長及短軌線 進行。 12·如申請專利範圍第7或8項之方法，其中該板爲RIMM模 組板，於此處模組化多層RDRAMs。 13·如申請專利範圍第12項之方法，其中測試條係於RIMM 模組板製造過程同時製造。 -19- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐）