TDR 時間領域反射計
電子製品が進化するにつれて高速伝送、高周波信号と高密度パッケージ発展に伴い、伝送線のインピーダンス制御は信号の完全性に影響を与える重要な要素となりました。回路基板やパッケージ内部の導線、はんだ点、またはインターフェースでインピーダンスの不連続性が発生すると、信号の反射、信号の歪み、さらにはシステムの故障を引き起こす可能性があります。
時域反射儀（Time Domain Reflectometry, TDR）は、電気信号の反射特性を利用してインピーダンス測定と故障位置特定を行う分析技術です。伝送線に高速ステップ信号を入力し、反射された信号の波形を分析することで、伝送線内のインピーダンス変化の位置と程度を正確に判断できます。TDR技術は、PCB伝送線のインピーダンス測定、ICパッケージの信号完全性分析、高速通信モジュールの検査、導線および相互接続構造の故障位置特定に広く応用されています。
電気信号が伝送線を伝播する際、伝送経路のインピーダンスに変化が生じると、例えばオープン回路、ショート回路、または材料の不連続性など、信号の一部が信号源に反射され、もう一部の信号は前方に伝送され続けます。時域反射技術はこの物理的特性を利用して測定を行います。TDRシステムは、測定対象の伝送線に対して急上昇する階段電圧信号を送信し、反射信号の電圧変化を同期して測定します。反射信号の振幅と時間差を分析することで、伝送線内のインピーダンス分布を推定することができます。
信号が伝送線路内を伝播する速度は既知であるため、反射信号が戻る時間から欠陥までの距離を計算できます。TDRは、インピーダンス異常の有無を判断できるだけでなく、欠陥の位置を正確に特定し、伝送線路のインピーダンス不整合、PCBトレースのオープンまたはショート、パッケージ相互接続構造の異常、高速信号チャネルの歪みなどの問題を分析することができます。
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図｜DR測定はプローブとテストポイントの接触によって行われ、PCBやモジュール製品に対しては、プローブを直接テストポイントに接触させて測定を行うことができる。微電子やパッケージ構造に対しては、マイクロプローブシステムを利用して精密な信号テストを行うことができる。
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図｜TDR測定結果はインピーダンス曲線の形で表示され、理想的な伝送線は安定して滑らかなインピーダンス曲線を維持するべきである。もし曲線に明らかな変化が現れた場合、伝送線に構造異常や材料の不連続性が存在する可能性がある。これにより、伝送線のインピーダンス変化、信号反射強度、異なるサンプルの品質の違いなどを判断することができる。
TDRは通常、他の非破壊検査技術と組み合わせて使用されます。超音波スキャン顕微術 (Scanning Acoustic Tomography, SAT) および X線顕微術 (X-ray microscopy) を用いて、より正確な故障位置分析を行います。
TDR技術は主に高速信号伝送と電子相互接続構造の品質評価に応用されており、PCBやパッケージ設計において、信号の完全性の問題は伝送線のインピーダンス制御に関連しているため、TDRはエンジニアが設計品質を評価するための重要なツールとなっています。
- PCB と高速回路：伝送線インピーダンス測定、PCBトレース欠陥位置特定、高速信号完全性分析
- ICパッケージとモジュール：パッケージ基板相互接続構造検査、バンプまたはワイヤ接触品質評価
- 高速通信製品：高速データ伝送チャネル分析、SerDesおよび高速インターフェース信号評価
MA-tekは半導体および電子材料解析の分野に長年注力し、完全な電気解析および材料解析プラットフォームを構築しており、顧客に高精度かつ高効率な故障位置特定サービスを提供できます。TDR 解析では高速信号インピーダンス測定能力を備え、反射信号の時間差と振幅変化を解析することで、伝送線路内のインピーダンス異常位置、例えば開路、短路、インピーダンス不一致などの問題、PCBとパッケージ構造の欠陥位置を正確に特定し、SAT、X線、SEMなどの分析技術を統合して、電気的特定から材料分析までの完全なソリューションを提供し、顧客が製品の故障原因を迅速に特定し、製品設計を最適化するのを支援します。
図｜TDR故障位置分析
