电路板测试方法和系统与流程

本发明一般地涉及计算机技术领域和测量技术领域，更具体地，电路板测试方法及系统。

背景技术：

根据国际数据公司IDC 2011年发布的Digital Universe Study，全球信息总量每过两年，就会增长一倍。仅在2011年，全球被创建和被复制的数据总量为1.8ZB(1.8万亿GB)。相较2010年同期上涨超过1ZB，到2020年这一数值将增长到35ZB。这就是大数据的创建和产生。随着世界向更加智能化、物联化、感知化的方向发展，数据正在以爆炸性的方式增长，大数据的出现正迫使企业不断提升自身以数据中心为平台的数据处理能力。

数据中心是能源消耗的大户，根据IDC预测，到2024年数据中心耗电量将占到全社会耗电量的5％以上，其中散热占到了数据中心40％左右的电能消耗。传统风冷耗电大、噪音大、自然冷却难等缺点决定了，无论是从降低能耗还是为了提高单机密度、让服务器性能更强的角度，液冷技术都是当下最好的选择。

液冷技术是未来数据中心制冷方式的变革性技术，它的社会效益和在降低企业运营成本方面有着非常显著的优势。所谓液冷，是指通过某种液体，比如水、氟化液或是某种特殊的不导电的油，来替代空气，把CPU、内存条、芯片组、扩展卡等器件在运行时所产生的热量带走。全浸没式液冷的工作方式是把器件甚至是整机直接浸泡在液体中，再通过液体循环把热量带出去，完全不需要风扇。

随着PCB(Printed Circuit Board，中文名称为印制电路板，又称印刷线路板)板上各种互连信号速率翻倍式的增长，以及各个协议对总链路的损耗的限定，对信号完整性的要求日益严格。而在全浸没式液冷下的信号完整性则更具挑战。所以在相关板卡设计前期，设计一套相关的信号完整性的夹具是十分有必要的。

现有类似发明仅适用于空气中的测试环境，而且所验证的内容无法覆盖现有PCB板上对信号完整性的考察内容。且没有完备的验证方法对测试得到的信息进行处理和分析。

总之，现有技术中存在以下缺陷：1、其测试环境只是考虑在空气中的，不能适用液冷的全浸没条件的特点；2、现有技术的测试夹具(又称电路板)仅考虑到过孔或者走线的相关测试，并不能覆盖板上所有信号完整性考察的需求；以及3、没有一套完备的、系统的验证方法，不能使测试得到的数据对后续的PCB设计有指导意义。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中所存在的以上缺陷，提供了能够解决上述问题的一种电路板测试方法和系统。

根据本发明的一方面，提供了一种电路板测试方法包括：提供电路板，所述电路板包括布线、过孔和板材；将所述电路板以全浸没的方式设置在冷却液中；在预定时间段后对所述布线、所述过孔和所述板材进行测试，以确定所述电路板的性能。

优选地，将所述电路板以全浸没的方式设置在冷却液中进一步包括：在壳体中容纳有所述冷却液并且所述电路板以全浸没的方式放置于所述冷却液中，其中，所述冷却液是不导电的冷却液。

优选地，所述布线包括多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线。

优选地，所述过孔布线包括差分线和设置在所述差分线上的相应过孔。

优选地，所述单端布线包括具有第一阻值的第一组单端布线和具有第二阻值的第二单端布线，其中，所述第一阻值不同于所述第二阻值。

优选地，所述差分布线包括具有第三阻值的第一组差分布线、具有第四阻值的第二组差分布线和具有第五阻值的第三组差分布线，其中，所述第三阻值、所述第四阻值和所述第五阻值中的任意两个均不相同。

优选地，所述第一组单端布线、所述第二组单端布线、所述第一组差分布线、所述第二组差分布线和所述第三组差分布线中的任一组均包括第一长度的第一布线和第二长度的第二布线，其中，所述第二长度不同于所述第一长度。

优选地，在预定时间段后对所述布线和所述过孔进行测试，以确定所述电路板的性能进一步包括：在所述预定时间段后利用TDR测量所述多条单端布线、所述多对差分布线和所述多对过孔布线的阻抗值的信息；将测量的阻抗值与预先存储的理论阻抗值进行比较，以获得所述测量的阻抗值与所述理论阻抗值之间差值；以及当所述差值在预先确定的范围内时，所述多条单端布线、所述多对差分布线和所述多对过孔布线的性能符合要求。

优选地，当所述差值超出所述预先确定的范围内时，调整所述多条单端布线、所述多对差分布线和所述多对过孔布线的线宽和线距；或者挖空过孔以进行叠层设计和布线优化。

优选地，在预定时间段后对所述布线和所述过孔进行测试，以确定所述电路板的性能进一步包括：在所述预定时间段后利用VNA对所述多条单端布线、所述多对差分布线和所述多对过孔布线进行测试以获取所述多条单端布线、所述多对差分布线和所述多对过孔布线的S参数；对所述S参数进行AFR去嵌入以确定所述多条单端布线、所述多对差分布线和所述多对过孔布线的损耗值；以及基于所述损耗值利用插值法来预测所述电路板的整体布线的损耗值。

优选地，在预定时间段后对所述板材进行测试，以确定所述电路板的性能进一步包括：提取所述板材的介电常数；将提取的介电常数与预先存储的常数进行比较以确定所述板材在全浸没条件下的绝缘性能。

优选地，以旋转10度角的方式对多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线进行布线以避免玻纤效应。

优选地，所述第一长度为2inch并且所述第二长度为8inch。

优选地，所述第一阻值为40欧姆、所述第二阻值为50欧姆、所述第三阻值为85欧姆、所述第四阻值为93欧姆并且所述第五阻值为100欧姆。

根据本发明的另一方面，提供了一种电路板测试系统包括：电路板，所述电路板包括布线、过孔和板材；壳体，在所述壳体中容纳有冷却液并且所述电路板以全浸没的方式放置于所述冷却液中，其中，所述冷却液是不导电的冷却液；测量装置，用于在预定时间段后对所述布线、所述过孔和所述板材进行测试，以确定所述电路板的性能。

本发明提供了电路板测试方法和系统，首先设计出完整的可以验证全浸没条件下信号完整性的电路板，通过此电路板的前期测试及数据处理分析，可以为后期电路板的Layout走线设计和精确仿真的参数设定提供有利参考。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明的实施例的电路板测试方法的流程图；

图2是根据本发明的实施例的电路板的结构图；以及

图3是根据本发明的实施例的电路板测试系统的结构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是根据本发明的实施例的电路板测试方法的流程图。下文中，参照图1对电路板测试方法进行描述。

参照图1，根据本发明的实施例，提供了电路板测试方法100包括：在步骤102中，提供电路板，其中，该电路板包括布线、过孔和板材；在步骤104中，将电路板以全浸没的方式设置在冷却液中；在步骤106中，在预定时间段后对布线、过孔和板材进行测试，以确定电路板的性能。

本发明提供了完整的可以验证全浸没条件下信号完整性的电路板，通过此电路板的前期测试及数据处理分析，可以为后期电路板(又称板卡)的Layout走线设计和精确仿真的参数设定提供有利参考。

图2是根据本发明的实施例的电路板的结构图。下文中，将参照图1和图2对电路板测试方法100及待测的电路板进行详细描述。

参照图1，根据本发明的实施例，电路板测试方法100包括：在步骤102中，提供电路板200，其中，电路板200包括布线、过孔232、238和板材。布线包括多条单端布线210、多对差分布线220和多对过孔布线230。过孔布线包括差分线和设置在差分线上的相应过孔。例如，过孔布线包括差分线234和236和设置在差分线上的相应过孔232和238。以旋转10度角的方式对多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线进行布线以避免玻纤效应。

单端布线210包括具有第一阻值的第一组单端布线和具有第二阻值的第二单端布线，其中，第一阻值不同于第二阻值。差分布线220包括具有第三阻值的第一组差分布线、具有第四阻值的第二组差分布线和具有第五阻值的第三组差分布线，其中，第三阻值、第四阻值和第五阻值中的任意两个均不相同。第一组单端布线、第二组单端布线、第一组差分布线、第二组差分布线和第三组差分布线中的任一组均包括第一长度的第一布线202或222和第二长度的第二布线204或224，其中，第二长度不同于第一长度。第一长度为2inch并且第二长度为8inch(即，英寸)。第一阻值为40欧姆、第二阻值为50欧姆、第三阻值为85欧姆、第四阻值为93欧姆并且第五阻值为100欧姆。在其他实施例中，通过更改过孔数量、换层信息以及走线长度的实施例均在本发明的范围内。

在步骤104中，将电路板以全浸没的方式设置在冷却液中。具体地，将电路板以全浸没的方式设置在冷却液中进一步包括：在壳体中容纳有冷却液并且电路板以全浸没的方式放置于冷却液中，其中，冷却液是不导电的冷却液。

在步骤106中，在预定时间段后对布线和过孔进行测试，以确定电路板的性能。在预定时间段后对布线和过孔进行测试，以确定所述电路板的性能进一步包括：在预定时间段后利用TDR(Time Domain reflectormetry，时域反射计)测量多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线的阻抗值的信息；将测量的阻抗值与预先存储的理论阻抗值进行比较，以获得测量的阻抗值与理论阻抗值之间差值；以及当差值在预先确定的范围内时，多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线的性能符合要求。当差值超出预先确定的范围内时，调整多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线的线宽和线距；或者挖空过孔以进行叠层设计和布线优化。

在预定时间段后对布线和过孔进行测试，以确定所述电路板的性能进一步包括：在预定时间段后利用VNA(vector network analyzer，即，VNA为矢量网络分析仪)对多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线进行测试以获取多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线的S参数，其中，S参数是建立在入射波、反射波关系基础上的网络参数，适于微波电路分析，以器件端口的反射信号以及从该端口传向另一端口的信号来描述电路网络。对S参数进行AFR(Automatic fixture removal)去嵌入以确定多条单端布线、多对差分布线和多对过孔布线的损耗值；以及基于损耗值利用插值法来预测电路板的整体布线的损耗值。此外，在预定时间段后对板材进行测试，以确定电路板的性能进一步包括：提取板材的介电常数；将提取的介电常数与预先存储的常数进行比较以确定板材在全浸没条件下的绝缘性能。获取板材的介电常数并进行处理，以指导后续电路板的设计。具体地，最简便的S参数测试校准方法AFR相比较TRL(transmission，reflection，line，即，TRL是直通、反射和测试线/负载三种测试项的缩写)校准有如下几个优势：1.AFR只需要设置一条thru校准件，数量要比TRL校准件少很多，操作步骤也相应的减少。2.AFR可以处理DUT两端fixture不对称的情况。3.AFR可以进行单个端口的去嵌操作。4.单端AFR功能可以将单端S参数转成两端口的S参数

该测试夹具的设计如上图所示。包括单端走线、差分走线和过孔三个部分。每一个信号层上都设计了单端和差分走线，并且过孔的设计包含了所有可能的换层方式。考虑到液体环境中测试的可操作性和数据可靠性的要求，在走线两端采用SMA的封装来引出信号。考虑到PCB板上所有走线的可能性，单端走线包括40Ohm(Ω，又称欧姆)和50Ohm两组，每组都包括2inch和8inch两根；差分走线包括85Ohm，93Ohm和100Ohm三组，每组都包括2inch和8inch两根；过孔部分包括BGA、普通换层Via和连接器过孔三种，每组都包括可能的换层方式，并加入背钻工艺的验证。此外，为了避免玻纤效应的影响，走线都采用10度角的设计，其中，玻纤效应是因介质中玻纤布的经纱纬纱编织存在间隙，导致介质层相对介电常数的局部变化。

将测试夹具在液体中全浸没一段时间后，利用VNA对单端、差分及过孔走线进行S参数和TDR的测试。通过TDR的测试，分析表层、内层走线的阻抗信息，以及过孔的阻抗信息，如果阻抗较理论值差异较大，则考虑通过改变走线的线宽、线距以及过孔的挖空处理信息来进行叠层设计及走线优化。通过S参数的测试，利用AFR去嵌入后，分析差分信号在表层及内层的损耗值来估算后续系统全链路中的整体走线损耗；另外，提取材料在全浸没环境中的各信号两边介质介电常数，来指导后续板卡设计中其他不连续结构的精细仿真优化。

图3是根据本发明的实施例的电路板测试系统的结构图。下文中，将参照图3，对电路板测试系统进行描述。

参照图3，根据本发明的实施例，电路板测试系统300包括：电路板302，电路板302包括布线、过孔和板材；壳体304，在壳体中容纳有冷却液并且电路板302以全浸没的方式放置于冷却液中，其中，冷却液是不导电的冷却液；测量装置306，用于在预定时间段后对布线、过孔和板材进行测试，以确定电路板的性能。

关于电路板测试系统中的其他配置与上文中描述的相同，所以这里不再赘述。

本发明提供了电路板测试系统，该系统包括完整的可以验证全浸没条件下信号完整性的电路板，通过此电路板的前期测试及数据处理分析，可以为后期电路板的Layout走线设计和精确仿真的参数设定提供有利参考。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。