你会做夹具吗?

作者：陈德恒（微信公众号：高速先生）

    “你们会做测试夹具吗？”
    听到客户在电话那头说的这句话，小陈愣了一下，不禁想起了发生在不久之前的另一段对话：
    “你会做层叠吗？”
    “会”
    “嗯”
    ••••••

    聊天聊到这突然就聊不下去了，这样的问题确实不好回答，到底怎么样才叫是会呢？

    有一天，小明新接到一个项目，要求是性能优先不计成本，主芯片是1.0mm pitch、45*45的BGA，有许多高速串行信号，通过板边的连接器连接至背板。

他数了数，BGA大概需要8个走线层才可以把所有走线扇出；信号需要规避串扰，嗯，每一个走线层旁边都双边地平面；

芯片电源较多，至少需要两个电源层，core电源的电流也较大，载流也是需要考虑的对象，那电源那儿就是用2OZ的铜箔吧；
高速信号损耗是一个问题，咱上高速板材；

考虑了介质损耗之后还需要考虑导体损耗，走线不能太细，可是两边都有地，又要保证阻抗，那只能让两边的地远一些了，都使用两张1078的PP/core，让两边都做到6mil左右，这样就可以保证走线的宽度有5-6mil了，同时还避免了单张布造成的玻纤效应，简直一举两得。

高速走线还怕stub的影响，听说当前工艺可以将背钻的stub控制在8mil以内，所有高速走线都背钻就行了。

这样一算，差不多是22层板，板厚在3.8mm左右。

当小明辛辛苦苦的将PCB设计完成，发现了这样一个问题，板边连接器的保护长度是1.2mm，意味着3/5层的走线背钻后连接器无法连接，如果背钻至保护长度之外，第三层走线又可能会留下40mil左右的stub。

小明一咬牙，不是不计成本吗？那我再加4层，高速走线从第7层开始走，这样stub问题就解决了，只是板厚变成了4.5mm。

此时PCB板厂跑出来了说：“小明啊，这个4.5mm的板厚，你看你打的都是10mil孔径的过孔，厚径比都达到18了啊，量产的成品率很低，咱做不到啊，你看是不是能换成14mil的过孔？这样厚径比13，成本也低点是不?”

小明正准备将所有的过孔change一下，仿真组的同事又跑出来了：“明工，咱们不能换啊，用14mil的过孔的话差分阻抗就只有70多了啊，孔又这么长，信号跑不通啊！”

    而当小明还在烦恼的时候，材料厂家讪讪地笑了一下：“明兄，咱们材料的可加工性其实还是不错的，不过4.5mm的板厚，BGA的fanout区域容易爆板啊”

    小明，卒••••••

    看似系统地一条一条教真的能让人真正理解吸收吗？还是要在不断的试错中不断思考，才能慢慢积累经验，直到“会”呢？

    “喂，听得到吗？”
    小陈的思绪从胡思乱想中被拉了回来。
    “嗯嗯，会的。”
    “那你帮我看一下，我这里有个用测试夹具测试的项目出了问题。”

    小陈看了一下相关的测试报告，大概是一个这样的项目：



    中间绿色的板子为需要测试的DUT，只是很简单几段3-4inch的延时线外加上两个连接器而已。这样子封装的连接器性能通常也不错，板子比较薄，全是表底层走线，过孔做的再差也不应该有太大影响，板上也没有stub，按理来说，DUT的损耗应该挺线性的，不存在太多阻抗不连续点，在小陈的想象中，应该是一个这样子的测试结果：



    可是接着往下看测试报告，客户那边的测试结果却吓了我一大跳：



    WTF？5GHz处损耗达到21dB？！换算成走线的话这差不多得是30inch的FR4啊！

    小陈赶紧往上翻看了一下测试结构，不对啊，测试夹具只有巴掌大，却做出了半米长的效果，这是什么魔法？

    转念一想，小陈释然了，在仿真软件中搭出了推测的拓扑，果不其然：



    原来，该夹具使用的是焊接式SMA，并且焊接时将SMA头的针脚全部没入了PCB中，如果走线与SMA头同一面的话，整个SMA头的信号针将成为一个stub，加上底部的锡球，这个stub将超过4mm。并且要保证能将SMA头插进去并且焊上，这里的金属化孔会做的比较大，导致这里阻抗较低，stub将会吸走更多的能量，造成更大的反射。



    问题找了出来，客户也放心了。看来测试夹具不仅仅是简单的把被测物延伸出来连上仪器。你还需要根据被测物的结构考虑可测试性；需要去减少夹具本身对测试结果的影响；需要根据信号协议考虑是否要去除夹具本身的影响；需要考虑什么样的测试方案是成本最低，效率最高的；需要考虑如何能覆盖所有的测试需求••••这些东西跟层叠一样，是需要进行取舍的。