TDR在失效分析中快速定位作用簡析

1.前言

TDR(Time Domain Reflectometry)即時域反射技術，是一種對反射波進行分析的測量技術，主要用于測量傳輸線的特性阻抗，其主要設備為網絡分析儀。TDR的測試原理是通過向傳輸路徑中發(fā)送一個脈沖或階躍信號，當傳輸路徑中發(fā)生阻抗變化時，部分能量會被反射，其余能量繼續(xù)傳輸。

當知道發(fā)射波的幅度并測量反射波的幅度時，則可以計算出路徑中阻抗的變化。且通過測量發(fā)射到反射波回到發(fā)射點的時間差，還可以計算阻抗變化的相位。根據反射原理，可以獲得待測位置的阻抗Z=Zref(1+ρ)/(1-ρ)，ρ為發(fā)射系數，ρ=Vreflected/Vincident，Vreflected及Vincident分別為反射波幅度及入射波幅度，Zref為TDR的輸出阻抗，通常為50ohm標準電阻。從式中可以看出，當ρ=1時，待測位置阻抗為∞，則該位置開路，當ρ=-1時，待測位置阻抗為0，則說明其短路。（本文僅對開短路原理進行講解，其余阻抗相關原理略）

利用上述原理，可以對需要破壞才能確認的失效點進行初步的位置判斷。例如芯片內部失效或者芯片焊點失效這種情況（取下芯片則破壞焊點，切片焊點則破壞芯片）以及超大樣品某一具體位置失效這類問題。前者在具體分析時因不易判斷具體失效點（焊點或芯片）而使得分析的難度加大，而后者主要難度則是花費很大時間及精力在尋找具體的失效點的位置上。以下介紹兩個案例來幫助讀者理解TDR在失效分析中快速定位作用。

2.案例

案例1：區(qū)分失效為芯片內部問題還是焊點問題。接收態(tài)樣品包括光板、良品板、失效板。通過對光板、良品板、失效板失效的鏈路分別進行TDR測試，并與空載曲線進行對比，從圖中可以看出，失效樣品的曲線并未像正常樣品一樣信號進入到芯片內部，而是與光板的曲線一樣，到了焊盤附近就出現開路的現象。因此可以判斷開路的失效點是在焊盤的附近，即可能是焊點或焊盤走線的問題，而不是芯片內部的問題，進一步對焊點進行切片，通過切片可以觀察到該鏈路焊點底部存在開裂異常。

案例2：定位超大失效樣品內具體的失效位置。送檢樣品尺寸500mm*300mm，失效鏈路總長度約400mm，通過TDR從失效鏈路的兩端分別進行測試，獲得開路時間分別為1.79ns及2.94ns，換算可以獲得開路點距離兩端分別是151mm及249mm位置上，結合PCB布線圖對所定位的位置進行X-Ray局部放大觀察，可以發(fā)現該位置存在走線斷裂的情況，而沒有TDR定位的情況下，僅采用X-Ray放大觀察整段線路將會耗費很長時間。而且如果不注意X-Ray襯度調節(jié)的情況下，很難明顯的觀察到微裂紋的存在。