Niemand wil het gevoel ervaren dat hij zijn nieuwe printplaatontwerp (PCB) moet vullen om er vervolgens achter te komen dat het elektrisch gezien niet functioneel is. Meestal is het gebrek aan functionaliteit te wijten aan een specifiek productieprobleem of een combinatie van verschillende problemen. Soms is het probleem echter dat de Gerber-bestanden die uit uw PCB CAD-programma zijn geëxporteerd, een fout bevatten die onopgemerkt is gebleven omdat er geen manier was om te controleren of de bestanden overeenkwamen met uw ontwerpintentie. U kunt veel problemen voorkomen door een IPC-356-formaat netlist-bestand mee te leveren met uw fabricage-gegevenspakket.

Hieronder volgt een kort overzicht van enkele van de dingen die mis kunnen gaan en hoe een netlist-bestand helpt om potentiële problemen op te sporen in de preproductiefase, in plaats van op uw testbank.

Hoe de netlijst wordt gebruikt voor het bewerken

Het netlist-bestand (geformatteerd als IPC-356) is niets meer dan een ASCII-tekstbestand dat instructies bevat voor de PCB CAM-software, zoals netnamen, pennen, en XY-locaties van begin- en eindpunten voor elk net of knooppunt. Als de klant een IPC-356 netlist aanlevert, wordt deze ingelezen tijdens het laden van het Gerber-bestand.

Voorbeeld van een PCB Netlist File zoals bekeken in een standaard teksteditor

Na het laden en plaatsen van de Gerber-lagen in een logische volgorde van boven naar beneden, gebruiken we ons CAM-programma om aan elke laag een type toe te wijzen. Zodra de lagen elektrisch gedefinieerd zijn, genereren we een referentie netlijst, gebaseerd op Gerber en boorgegevens. Het CAM-programma identificeert gebieden met KLEUR als koper, gebieden met ZWART als afwezigheid van koper, en volgt de laag-tot-laag interconnecties door de geplateerde doorgaande gaten.

Het CAM-programma vergelijkt vervolgens uw IPC-356 netlijst met de uit Gerber afgeleide referentie-netlijst. We rapporteren eventuele afwijkingen aan u en lossen ze op voordat we verder gaan. We vragen de ontwerper om alle bekende afwijkingen die we kunnen ontdekken (zoals opzettelijke kortsluitingen) van tevoren op hun tekening of in een apart informatiebestand te vermelden. Als ze niet worden vermeld in de andere ondersteunende documentatie zoals gevraagd, dan zijn we verplicht om te stoppen en dergelijke discrepanties op te lossen voordat we verder kunnen gaan.

Mogelijke oorzaken van discrepanties

U zou kunnen denken dat Gerber bestanden onfeilbaar zijn en sinds de industrie universeel RS274X en ODB++ heeft aangenomen als standaard import formaten, zijn ze dat in feite ook bijna. Het is echter nog steeds mogelijk dat er fouten optreden.

Functies die tijdens het importeren onjuist zijn beschreven in de kop van het Gerber-bestand, zullen de interpretatie van het systeem van het gewenste elektrische pad veranderen, waardoor er onjuiste netten worden gedefinieerd in de van Gerber afgeleide referentienetlijst. Gecorrumpeerde kenmerken kunnen bijvoorbeeld pads van onjuiste afmetingen of ongevulde polygonen zijn. Bijvoorbeeld, af en toe zal een zelf-doorsnijdende polygoon incorrect oplossen (meestal omdat de resolutie van het Gerber-bestand niet fijn genoeg is). Hierdoor kan de polygoonvulling lekken door wat het CAM-programma interpreteert als een keep-out die niet volledig gesloten is. Wat bedoeld is als een speling stroomt dan vol met koper, waardoor er kortsluiting ontstaat tussen het gat en het omliggende vlak. Door uw Gerber-bestanden te exporteren met de hoogst mogelijke resolutie (2:6 indien mogelijk) of door te kiezen voor lijnvulling in plaats van polygonen kunt u dit probleem voorkomen, maar het aanleveren van een netlist is nog steeds aan te bevelen.

Fouten in de operator-instelling kunnen er ook voor zorgen dat het CAM-programma niet goed begrijpt waar het naar kijkt. Het meest voorkomende probleem is een eenvoudige operatorfout bij het toewijzen van de laagtypes direct na het importeren van de ruwe bestanden. Als een negatief vlak wordt toegewezen als positief, of vice-versa, zal het CAM-systeem het omgekeerde zien van wat het hoort te zien. De resulterende netlist zal onjuist zijn.

Uitleg: een laag met positieve polariteit verschijnt in CAM als kleur = koper, zwart = afwezigheid van koper. Een laag met negatieve polariteit zal op de tegenovergestelde manier worden weergegeven, met kleur = afwezigheid van koper, zwart = koper. Bij het afleiden van de referentie-netlijst interpreteert het CAM-programma gebieden waar koper aanwezig is als onderdeel van het geleidende pad van de printplaat. Als koper en afwezigheid van koper zijn omgedraaid (omdat de operator de laagpolariteit verkeerd heeft ingesteld), dan zal het CAM-programma een netlijst maken die niet de werkelijke bedoeling van het ontwerp weergeeft.

Het is daarom het beste om interne lagen waar mogelijk van een positieve polariteit te voorzien om de kans op operatorfouten te minimaliseren. Hoe dan ook, de beste fail-safe is om ook een netlist file mee te leveren met de rest van uw PCB Gerber files. Als de operator de netlist van het ontwerp vergelijkt met de incorrecte CAM-referentienetlist, en hij ziet massale kortsluiting of meerdere openingen, dan is het een eenvoudige zaak om het laagtype en de polariteitstoewijzingen te herzien. Na het wijzigen van een paar instellingen kan de operator een nieuwe referentie-netlijst genereren en kan hij weer aan de slag. Zonder een door de klant geleverd netlijstbestand, dat kan worden vergeleken met de uit Gerber afgeleide netlijst, kan deze fout onopgemerkt blijven totdat u een in-circuit test uitvoert op een gevulde PCBA. Tegen die tijd is het te laat.

Tijdens CAM-bewerking

De netlist wordt actief gehouden gedurende de CAM-sessie. Als de CAM-sessie klaar is, controleren we de netlijst opnieuw om er zeker van te zijn dat er geen elektrische kortsluiting of openingen zijn ontstaan tijdens het bewerken. Daarna maken we bestanden voor een van de twee testopstellingen.

Electrical Test Fixturing

Een harde testopstelling is een plaat van polycarbonaat of een soortgelijk materiaal. De plaat wordt geboord met gaten, die geleidende sondes goedkeuren. De plaatsen van de sondes komen overeen met de eindpunten van elk te testen circuit. Via (niet-component) gaten worden meestal weggelaten, hetzij omdat zij midden op het net liggen, hetzij omdat zij bedekt zijn met een niet-geleidend masker en als valse openingen te zien zullen zijn als zij worden gesondeerd.

Andere middenpunten worden gewoonlijk ook weggelaten, omdat de testmachine een eindig aantal rasterposities beschikbaar heeft. Ervoor zorgen dat aan elk eindpunt een taster wordt toegewezen heeft voorrang boven het testen van elk knooppunt afzonderlijk. Met of zonder middenpunten, de continuïteitstest is nog steeds 100% geldig. Hij zal alle kortsluitingen of open verbindingen detecteren zolang alle eindpunten worden gesondeerd.

Als een enkele plaat niet met elk net contact kan maken (zoals bij een PCB met SMT-componenten aan boven- en onderzijde), dan is het noodzakelijk twee platen te gebruiken. Deze methode staat bekend als clamshell-testen. De clamshell maakt gebruik van twee parallelle opspanplaten – één gemonteerd naar boven, de andere naar beneden. Elke plaat wordt belast met stationaire sondes die overeenkomen met de locaties van de eindpunten van elk net. De twee platen worden vervolgens samengedrukt om gelijktijdig contact te maken met de boven- en onderkant van de printplaat, ongeveer zoals een mossel zijn schelp sluit. Als de signalen die door de probes worden opgewekt, overeenkomen met de netlijst, dan slaagt de printplaat voor de test.

Bij de flying probe-methode is er geen sprake van een opspanning als zodanig. In plaats daarvan wordt de printplaat gemonteerd tussen twee snel bewegende testpennen. Deze zijn verbonden met de controller van de tester, die het netlistbestand opslaat. Eén sonde maakt contact met het eindpunt van een net op de bovenste laag, terwijl de andere contact maakt met het eindpunt op de onderste laag. Als het circuitpad tussen de twee sondes overeenkomt met het pad dat in de netlijst is gedefinieerd, wordt dat net goed bevonden. De probes gaan dan naar de volgende set eindpunten, en zo verder, totdat de hele print is getest.

Als er geen IPC-netlijst wordt meegeleverd, dan gebruiken we CAM-software om een referentie-netlijst te extraheren uit de Gerber- en boorgegevens, zoals in het begin beschreven. Er zit niets anders op dan aan te nemen dat de Gerber-bestanden een nauwkeurige weergave zijn van de elektrische eisen voor het bord, en dat ze kunnen worden gebruikt voor CAM-bewerkingscontroles en elektrische testopstellingen.

Dit is niet zo betrouwbaar als het testen van de netlijst. Het lijkt op de oude, pre-CAD methode van “golden board” testen, waarbij één board op de tester werd geplaatst en werd rondgefietst, zodat de machine het circuit kon “leren”. Bij afwezigheid van een netlijst werd ervan uitgegaan dat die printplaat correct was, en alle volgende printplaten werden ermee getest. De fout bij golden testing is dat als alle printen in de partij, inclusief de golden board, hetzelfde defect ingebouwd hebben, ze allemaal de continuïteitstest zullen doorstaan, maar ze zullen allemaal fout zijn.

Hetzelfde probleem doet zich voor bij het gebruik van alleen een van Gerber afgeleide netlijst. Hoewel dit een perfect acceptabele methode is zolang de Gerber-bestanden geen fouten bevatten, en de CAM-operator de juiste laagtypen met de juiste polariteit toewijst, kan er toch iets misgaan. Een door de klant aangeleverde netlijst die rechtstreeks vanuit de CAD-lay-outsoftware wordt geëxporteerd, biedt een extra verificatielaag om te controleren of de printplaat op de juiste manier is gebouwd.

Samenvatting

Om nog meer zekerheid te hebben dat uw printplaat correct zal functioneren, stelt Epec voor dat u, als uw PCB-lay-outsoftware het IPC-356-formaat ondersteunt, altijd de tijd neemt om het bestand te exporteren en naar uw fabrikant te sturen.