Ingen vill uppleva känslan av att fylla på sin nya mönsterkortskonstruktion (PCB) och upptäcka att den inte fungerar elektriskt. Oftast beror den bristande funktionaliteten på ett specifikt produktionsproblem eller en kombination av flera olika problem. Ibland är dock problemet att de Gerber-filer som exporterats från ditt CAD-program för kretskort innehåller ett fel som inte har uppmärksammats eftersom det inte fanns något sätt att kontrollera att filerna stämde överens med din konstruktions avsikt. Du kan undvika en hel del problem genom att tillhandahålla en nätlistfil i IPC-356-format tillsammans med ditt tillverkningsdatapaket.

Nedan följer en kort översikt över några av de saker som kan gå fel och hur en nätlistfil hjälper till att fånga upp potentiella problem på förproduktionsstadiet, i stället för på din testbänk.

Hur nätlistan används före redigering

Nätlistefilen (formaterad som IPC-356) är inget annat än en ASCII-textfil som innehåller instruktioner för PCB CAM-programvaran, t.ex. nätnamn, stift och XY-placeringar av start- och slutpunkter för varje nät eller nod. Om kunden tillhandahåller en IPC-356-nätlista läses den in under den första inläsningen av Gerberfilen.

Exempel på en PCB-nätlistafil som den kan ses i en vanlig textredigerare

När vi har läst in och placerat Gerberlagren i en logisk sekvens uppifrån och ned använder vi vårt CAM-program för att tilldela en typ till varje lager. När lagren är elektriskt definierade genererar vi en referensnätlista baserad på Gerber- och borrdata. CAM-programmet identifierar områden med FÄRG som koppar, områden med SVART som avsaknad av koppar, och följer sammankopplingarna mellan lagren genom de pläterade genomgående hålen.

CAM-programmet jämför sedan din IPC-356-nätlista med den Gerber-avledda referensnätlistan. Vi rapporterar eventuella avvikelser till dig och löser dem innan vi går vidare. Vi begär dock att konstruktören anger eventuella kända avvikelser som vi kan upptäcka (t.ex. avsiktliga kortslutningar) i förväg på sin ritning eller i en separat informationsfil. Om de inte kallas ut i den övriga styrkande dokumentationen enligt begäran är vi skyldiga att stoppa och lösa sådana avvikelser innan vi kan gå vidare.

Möjliga orsaker till avvikelser

Man skulle kunna tro att Gerber-filer är ofelbara och eftersom branschen universellt har antagit RS274X och ODB++ som standardformat för import är de i själva verket nästan det. Det är dock fortfarande möjligt att fel uppstår.

Funktioner som är felaktigt beskrivna i Gerber-filhuvudet under importen kommer att ändra systemets tolkning av den önskade elektriska banan, vilket leder till att felaktiga nät definieras i den referensnätlista som härrör från Gerber. Korrumperade funktioner kan inkludera fel storlek på pads eller ofyllda polygoner. Ibland kan t.ex. en självskärande polygon lösas upp på ett felaktigt sätt (vanligtvis på grund av att Gerber-filens upplösning inte är tillräckligt fin). Detta kan leda till att polygonens fyllning läcker ut genom vad CAM-programmet tolkar som en keep-out som inte är helt stängd. Det som är tänkt att vara ett utrymme översvämmas då av koppar, vilket kortsluter hålet och det omgivande planet. Om du exporterar dina Gerber-filer med högsta möjliga upplösning (2:6 om möjligt) eller väljer linjefyllning i stället för polygoner kan du undvika detta problem, men det rekommenderas fortfarande att leverera en nätlista.

Fel i operatörens inställningar kan också leda till att CAM-programmet missförstår vad det tittar på. Det vanligaste problemet är ett enkelt operatörsfel när man tilldelar lagertyperna omedelbart efter import av råfilerna. Om ett negativt plan tilldelas som positivt, eller tvärtom, kommer CAM-systemet att se det omvända av vad det är tänkt att se. Den resulterande nätlistan blir felaktig.

För att förklara: Ett lager med positiv polaritet visas i CAM som färg = koppar, svart = avsaknad av koppar. Ett lager med negativ polaritet visas på motsatt sätt, med färg = avsaknad av koppar, svart = koppar. När referensnätlistan tas fram tolkar CAM-programmet områden där det finns koppar som en del av kretskortets ledningsbana. Om koppar och avsaknad av koppar är omvända (eftersom operatören har ställt in lagerpolariteten felaktigt) kommer CAM-programmet att skapa en nätlista som inte återspeglar den verkliga konstruktionsavsikten.

Det är därför bäst att förse interna lager med positiv polaritet när det är möjligt för att minimera risken för operatörsfel. Oavsett detta är den bästa säkerhetsåtgärden att också leverera en nätlistfil tillsammans med resten av dina PCB Gerber-filer. Om operatören kör konstruktionsnätlistan mot den felaktiga CAM-referensnätlistan och märker massiv kortslutning eller flera öppningar är det enkelt att se över lagertypen och polaritetstilldelningen. Efter att ha ändrat några inställningar kan operatören generera en ny referensnätlista och börja arbeta igen. Om det inte finns en nätlistefil som tillhandahållits av kunden och som kan jämföras med den Gerber-avledda nätlistan kan det här felet gå obemärkt förbi tills du utför ett test i en krets på ett bestyckat PCBA. Då är det för sent.

Under CAM-redigering

Nätlistan hålls aktiv under hela CAM-sessionen. När CAM-sessionen är avslutad kontrollerar vi återigen nätlistan för att försäkra oss om att inga elektriska kortslutningar eller öppningar har skapats under redigeringen. Därefter gör vi filer för en av två testfixeringsmetoder.

Elektrisk testfixering

En hård testfixering är en platta av polykarbonat eller ett liknande material. Plattan är borrad med hål som tar emot ledande prober. Sondens placering stämmer överens med ändpunkterna i varje krets som ska testas. Via (icke-komponent) hålen utelämnas i allmänhet, antingen för att de är mittpunkter på nätet, eller för att de är täckta av en icke-ledande mask och kommer att visa sig som falska öppningar om de provas.

Andra mittpunkter utelämnas vanligen också, eftersom provningsmaskinen har ett begränsat antal rutnätspositioner till förfogande. Att se till att en sond tilldelas varje ändpunkt prioriteras framför testning av varje enskild nod. Med eller utan mittpunkter är kontinuitetstestet fortfarande 100 % giltigt. Det kommer att fånga upp alla korta eller öppna kretsar så länge alla ändpunkter provas.

Om en enda platta inte kan komma i kontakt med varje nät (som när ett kretskort använder SMT-komponenter på över- och undersidan) så är det nödvändigt att använda två plattor. Denna metod är känd som clamshell-provning. Vid clamshell används två parallella fixturplattor – den ena monterad uppåt och den andra nedåt. Varje platta är laddad med stationära prober som matchar placeringen av varje nätets ändpunkter. De två plattorna trycks sedan ihop för att komma i kontakt med den övre och nedre delen av kretskortet samtidigt, på ungefär samma sätt som en mussla kan stänga sitt skal. Om de signaler som genereras av proberna stämmer överens med nätlistan klarar kretskortet testet.

Med hjälp av metoden med flygande prober finns det ingen fixtur som sådan. Istället monteras kretskortet mellan två snabbt rörliga testprober. Dessa är kopplade till testarens styrenhet, som lagrar nätlistfilen. Den ena proben kontaktar ändpunkten för ett nät på det översta lagret, medan den andra kontaktar ändpunkten för ett nät på det nedersta lagret. Om kretsbanan mellan de två proberna stämmer överens med den bana som definieras i nätlistan, bedöms det nätet vara bra. Proberna flyttas sedan till nästa uppsättning ändpunkter och så vidare tills hela kretskortet har testats.

Om en IPC-nätlista inte tillhandahålls använder vi CAM-programvara för att extrahera en referensnätlista från Gerber- och borrdata, enligt beskrivningen i början. Det finns inget annat val än att anta att Gerberfilerna korrekt återspeglar de elektriska kraven för kretskortet och att de kan användas för CAM-redigeringskontroller och fixturer för elektriska tester.

Detta är inte lika tillförlitligt som testning av nätlistor. Det liknar den gamla, före CAD-metoden med testning av ”gyllene kort”, där ett kort placerades på testmaskinen och cyklades, så att maskinen kunde ”lära sig” kretsen. I avsaknad av en nätlista antogs det brädet nödvändigtvis vara korrekt, och alla efterföljande brädor testades mot det. Felet med gyllene testning är att om alla kretskort i partiet, inklusive det gyllene kretskortet, har samma fel inbyggt, kommer alla att klara kontinuitetstestet, men alla kommer att vara felaktiga.

Samma problem uppstår när man endast använder en Gerber-avledd nätlista. Även om det är en helt acceptabel metod så länge Gerberfilerna inte innehåller några fel och CAM-operatören tilldelar rätt lagertyper med rätt polaritet, är det fortfarande möjligt att något går fel. En nätlista som levereras av kunden och som exporteras direkt från CAD-layoutprogrammet ger ett extra lager av verifiering av att kretskortet har byggts på rätt sätt.

Sammanfattning

För att lägga till en extra grad av säkerhet om att kretskortet kommer att fungera på rätt sätt, föreslår Epec att om ditt kretskortslayoutprogram stödjer IPC-356-formatet, bör du alltid ta dig tid att exportera filen och skicka den till din tillverkare.