Signal Integrity Analysis of Multi-branch Transmission Lines in the Multi-Layer Ceramic of a Probe Card Using Factorial Design of Experiments

본 논문은 고병렬 웨이퍼 테스트용 프로브 카드의 Multi-Layer Ceramic 16분기 전송선 구조를 대상으로 전송선 구간의 특성 임피던스와 길이가 수신단 Eye hold time에 미치는 영향을 분석하였다. 분석 절차는 회로 시뮬레이션, 2.5D EM 해석, 3D EM 해석의 단계적 시뮬레이션과 프로토타입 측정을 통한 주파수 응답 정합성 검토로 수행하였다. 설계 조건은 완전요인배치법을 이용한 실험계획법(DOE)으로 구성하였으며, 분산분석(ANOVA)을 통해 각 설계 변수의 통계적 유의성과 상대적 영향도를 평가하였다. 회로 시뮬레이션에서는 초기 설계 공간에서 Eye hold time 변화로부터 주요 설계 인자와 영향 방향을 도출하였다. 도출된 경향을 따라 설계 범위를 축소한 뒤, 2.5D EM 해석을 통해 물리적 형상에 따른 기생 성분과 전자기 결합을 반영하여 설계 변수 영향도를 재평가하였다. 이후 상위 설계 후보 조건에 대해 3D EM 해석을 수행하여 후보 조건 간 Eye hold time 차이를 비교하고 최종 설계 조건을 선정하였다. 최종 설계 조건으로 프로토타입을 제작하고 S-parameter를 측정하였으며, 대표 전송 경로에서 3D EM 해석 결과와 유사한 주파수 응답 경향을 보였다. 이를 통해 DOE를 이용한 설계 공간 축소와 EM 해석 연계 절차가 프로브 카드 Multi-Layer Ceramic 다중 분기 전송선의 주요 설계 인자 도출에 유효함을 확인하였다.