Nadie quiere experimentar la sensación de poblar su nuevo diseño de placa de circuito impreso (PCB) y descubrir que no es eléctricamente funcional. La mayoría de las veces, la falta de funcionalidad es atribuible a un problema de producción específico o a una combinación de varios problemas diferentes. A veces, sin embargo, el problema es que los archivos Gerber exportados desde su programa CAD de PCB contenían un error que pasó desapercibido porque no había forma de verificar que los archivos coincidían con la intención de su diseño. Puede evitar muchos problemas suministrando un archivo de lista de redes en formato IPC-356 con su paquete de datos de fabricación.

A continuación se ofrece un breve resumen de algunas de las cosas que pueden salir mal y cómo un archivo de lista de redes ayuda a detectar posibles problemas en la fase de preproducción, en lugar de en su banco de pruebas.

Cómo se utiliza el netlist antes de la edición

El archivo netlist (formateado como IPC-356) no es más que un archivo de texto ASCII que incluye instrucciones para el software CAM de PCB, como los nombres de las redes, los pines y las ubicaciones XY de los puntos de inicio y final de cada red o nodo. Si el cliente suministra una lista de redes IPC-356, ésta se lee durante la carga inicial del archivo Gerber.

Ejemplo de un archivo de lista de redes de PCB visto en cualquier editor de texto estándar

Después de cargar y colocar las capas Gerber en una secuencia lógica de arriba a abajo, utilizamos nuestro programa CAM para asignar un tipo a cada capa. Una vez definidas las capas eléctricamente, generamos un netlist de referencia, basado en los datos Gerber y de perforación. El programa CAM identifica las áreas de COLOR como cobre, las áreas de NEGRO como ausencia de cobre, y sigue las interconexiones de capa a capa a través de los agujeros pasantes chapados.

El programa CAM compara entonces su netlist IPC-356 con el netlist de referencia derivado de Gerber. Le informamos de cualquier discrepancia y la resolvemos antes de seguir adelante. Solicitamos al diseñador que indique cualquier anomalía conocida que podamos descubrir (como cortocircuitos intencionados) con antelación en su dibujo o en un archivo de información separado. Si no se indican en el resto de la documentación de apoyo tal y como se solicita, estamos obligados a detener y resolver dichas discrepancias antes de proceder.

Posibles causas de las discrepancias

Uno podría pensar que los archivos Gerber son infalibles y desde que la industria adoptó universalmente RS274X y ODB++ como formatos de importación estándar, lo son, de hecho, casi. Sin embargo, todavía es posible que se produzcan errores.

Las características que se describen incorrectamente en la cabecera del archivo Gerber durante la importación cambiarán la interpretación del sistema de la ruta eléctrica deseada, lo que provocará que se definan redes incorrectas en la lista de redes de referencia derivada de Gerber. Las características corruptas pueden incluir pads de tamaño incorrecto o polígonos sin rellenar. Por ejemplo, ocasionalmente un polígono auto-interseccionado se resolverá incorrectamente (normalmente porque la resolución del archivo Gerber no es lo suficientemente fina). Esto puede hacer que el relleno del polígono se filtre a través de lo que el programa CAM interpreta como una retención que no está completamente cerrada. Lo que se pretende que sea un espacio libre se inunda de cobre, cortocircuitando el agujero y el plano circundante. Exportar sus archivos Gerber con la mayor resolución posible (2:6 si es posible) o elegir el relleno de líneas en lugar de polígonos le ayudará a evitar este problema, pero aún así se recomienda suministrar una lista de red.

Los errores de configuración del operador también pueden hacer que el programa CAM no entienda lo que está mirando. El problema más común es un simple error del operador al asignar los tipos de capa inmediatamente después de importar los archivos en bruto. Si se asigna un plano negativo como positivo, o viceversa, el sistema CAM verá lo contrario de lo que debe ver. El netlist resultante será incorrecto.

Para explicar: una capa con polaridad positiva aparece en CAM como color = cobre, negro = ausencia de cobre. Una capa con polaridad negativa se mostrará de forma opuesta, con color = ausencia de cobre, negro = cobre. Al derivar la lista de redes de referencia, el programa CAM interpreta las áreas donde el cobre está presente como parte de la ruta conductora de la placa. Si el cobre y la ausencia de cobre se invierten (porque el operador ha establecido la polaridad de la capa de forma incorrecta) entonces el programa CAM creará una lista de redes que no refleja la verdadera intención del diseño.

Por lo tanto, es mejor suministrar capas internas con polaridad positiva siempre que sea posible para minimizar la posibilidad de error del operador. En cualquier caso, la mejor garantía de seguridad es suministrar también un archivo netlist con el resto de sus archivos Gerber de PCB. Si el operador ejecuta la lista de redes del diseño contra la lista de redes de referencia CAM incorrecta, y observa un cortocircuito masivo o múltiples aperturas, es una cuestión sencilla revisar el tipo de capa y las asignaciones de polaridad. Tras cambiar algunos ajustes, el operario puede generar un nuevo netlist de referencia y volver a trabajar. En ausencia de un archivo de netlist suministrado por el cliente, que puede compararse con el netlist derivado de Gerber, este error puede pasar desapercibido hasta que se realice una prueba en circuito en un PCBA poblado. Para entonces, es demasiado tarde.

Durante la edición CAM

La lista de redes se mantiene activa durante toda la sesión CAM. Cuando la sesión de CAM se ha completado, volvemos a comprobar la lista de redes para asegurarnos de que no se han creado cortocircuitos o aperturas eléctricas durante la edición. A continuación, hacemos los archivos para uno de los dos métodos de fijación de prueba.

Fijación de prueba eléctrica

Una fijación de prueba dura es una placa de policarbonato o un material similar. La placa está perforada con agujeros, que aceptan sondas conductoras. Las ubicaciones de las sondas coinciden con los puntos finales de cada circuito a probar. Los orificios de las vías (no componentes) suelen omitirse, bien porque son puntos intermedios de la red, bien porque están cubiertos por una máscara no conductora y se mostrarán como falsas aperturas si se sondean.

También suelen omitirse otros puntos intermedios, porque la máquina de pruebas tiene un número finito de posiciones de rejilla disponibles. Asegurarse de que se asigna una sonda a cada punto final tiene prioridad sobre la comprobación de cada uno de los nodos. Con o sin puntos intermedios, la prueba de continuidad sigue siendo 100% válida. Detectará todos los circuitos abiertos o en cortocircuito siempre que se sondeen todos los puntos finales.

Si una sola placa no puede entrar en contacto con todas las redes (como cuando una PCB utiliza componentes SMT en la parte superior e inferior), es necesario utilizar dos placas. Este método se conoce como prueba clamshell. El clamshell utiliza dos placas de fijación paralelas, una montada hacia arriba y la otra hacia abajo. Cada placa se carga con sondas fijas que coinciden con las ubicaciones de los puntos finales de cada red. A continuación, las dos placas se comprimen para que entren en contacto con la parte superior e inferior de la placa de circuito impreso de forma simultánea, del mismo modo que una almeja podría cerrar su concha. Si las señales generadas por las sondas coinciden con la lista de redes, la placa pasa la prueba.

Con el método de las sondas voladoras, no hay una fijación como tal. En su lugar, la placa se monta entre dos sondas de prueba de movimiento rápido. Éstas están conectadas al controlador del comprobador, que almacena el archivo de la lista de redes. Una de las sondas entra en contacto con la almohadilla del punto final de una red en la capa superior, mientras que la otra entra en contacto con la almohadilla del punto final de la capa inferior. Si la trayectoria del circuito entre las dos sondas coincide con la trayectoria definida por el netlist, se considera que esa red es buena. A continuación, las sondas se desplazan al siguiente conjunto de puntos finales, y así sucesivamente, hasta que se haya comprobado toda la placa de circuito impreso.

Si no se suministra una lista de redes IPC, entonces utilizamos el software CAM para extraer una lista de redes de referencia a partir de los datos Gerber y de perforación, como se ha descrito al principio. No hay más remedio que suponer que los archivos Gerber reflejan con exactitud los requisitos eléctricos de la placa, y que pueden utilizarse para las comprobaciones de edición CAM y la fijación de pruebas eléctricas.

Esto no es tan fiable como las pruebas de netlist. Se asemeja al antiguo método de pruebas de «tablero dorado» anterior a CAD, en el que se colocaba un tablero en el probador y se lo hacía girar para que la máquina pudiera «aprender» el circuito. A falta de una lista de redes, se suponía que esa placa era correcta y todas las siguientes se probaban con ella. El defecto de la prueba dorada es que si todas las placas del lote, incluida la placa dorada, tienen el mismo defecto incorporado, entonces todas pasarán la prueba de continuidad, pero todas serán incorrectas.

El mismo problema existe cuando se utiliza sólo una lista de red derivada de Gerber. Aunque es un método perfectamente aceptable siempre que los archivos Gerber no contengan errores, y el operador CAM asigne los tipos de capa correctos con la polaridad correcta, todavía es posible que algo salga mal. Una lista de redes suministrada por el cliente y exportada directamente desde el software de diseño CAD proporciona una capa adicional de verificación de que la placa se ha construido correctamente.

Resumen

Para añadir un grado adicional de certeza de que su placa de circuito impreso funcionará correctamente, Epec sugiere que si su software de diseño de placas de circuito impreso es compatible con el formato IPC-356, siempre debe tomarse la molestia de exportar el archivo y enviarlo a su fabricante.