TDR在失效分析中快速定位作用简析

1.前言

TDR(Time Domain Reflectometry)即时域反射技术，是一种对反射波进行分析的测量技术，主要用于测量传输线的特性阻抗，其主要设备为网络分析仪。TDR的测试原理是通过向传输路径中发送一个脉冲或阶跃信号，当传输路径中发生阻抗变化时，部分能量会被反射，其余能量继续传输。

当知道发射波的幅度并测量反射波的幅度时，则可以计算出路径中阻抗的变化。且通过测量发射到反射波回到发射点的时间差，还可以计算阻抗变化的相位。根据反射原理，可以获得待测位置的阻抗Z=Zref(1+ρ)/(1-ρ)，ρ为发射系数，ρ=Vreflected/Vincident，Vreflected及Vincident 分别为反射波幅度及入射波幅度，Zref为TDR的输出阻抗，通常为50ohm标准电阻。从式中可以看出，当ρ=1时，待测位置阻抗为∞，则该位置开路，当ρ=-1时，待测位置阻抗为0，则说明其短路。（本文仅对开短路原理进行讲解，其余阻抗相关原理略）

  利用上述原理，可以对需要破坏才能确认的失效点进行初步的位置判断。例如芯片内部失效或者芯片焊点失效这种情况（取下芯片则破坏焊点，切片焊点则破坏芯片）以及超大样品某一具体位置失效这类问题。前者在具体分析时因不易判断具体失效点（焊点或芯片）而使得分析的难度加大，而后者主要难度则是花费很大时间及精力在寻找具体的失效点的位置上。以下介绍两个案例来帮助读者理解TDR在失效分析中快速定位作用。

2.案例

案例1：区分失效为芯片内部问题还是焊点问题。接收态样品包括光板、良品板、失效板。通过对光板、良品板、失效板失效的链路分别进行TDR测试，并与空载曲线进行对比，从图中可以看出，失效样品的曲线并未像正常样品一样信号进入到芯片内部，而是与光板的曲线一样，到了焊盘附近就出现开路的现象。因此可以判断开路的失效点是在焊盘的附近，即可能是焊点或焊盘走线的问题，而不是芯片内部的问题，进一步对焊点进行切片，通过切片可以观察到该链路焊点底部存在开裂异常。

案例2：定位超大失效样品内具体的失效位置。送检样品尺寸500mm*300mm，失效链路总长度约400mm，通过TDR从失效链路的两端分别进行测试，获得开路时间分别为1.79ns及2.94ns，换算可以获得开路点距离两端分别是151mm及249mm位置上，结合PCB布线图对所定位的位置进行X-Ray局部放大观察，可以发现该位置存在走线断裂的情况，而没有TDR定位的情况下，仅采用X-Ray放大观察整段线路将会耗费很长时间。而且如果不注意X-Ray衬度调节的情况下，很难明显的观察到微裂纹的存在。

3.结语       

在分析复杂的PCB开短路问题或不破坏芯片的前提下，进行互连失效定位时，TDR无疑是一种非常有效的手段。

 

审核编辑：刘清