什么是 PCB 网表,为什么需要它?

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没有人愿意体验新设计的印刷电路板(PCB)在组装后却发现无法正常工作的感觉。大多数情况下,缺乏功能可归因于特定的生产问题或几个不同问题的组合。但有时,问题在于从 PCB CAD 程序中导出的 Gerber 文件包含错误,但由于无法验证文件是否与设计意图相符,因此没有引起注意。如果在制作数据包中提供 IPC-356 格式的网表文件,就可以避免很多麻烦。

下面简要介绍了一些可能出错的地方,以及网表文件如何帮助您在预生产阶段而不是在测试台上发现潜在问题。

编辑前如何使用网表

网表文件(格式为 IPC-356)只不过是一个 ASCII 文本文件,其中包括 PCB CAM 软件的指令,如每个网或节点的网名、引脚、起点和终点的 XY 位置。如果客户提供 IPC-356 网表,则在初始 Gerber 文件加载时将其读入。

在按逻辑顺序从上到下加载并放置 Gerber 图层后,我们使用 CAM 程序为每个图层分配一个类型。一旦对各层进行了电气定义,我们就会根据 Gerber 和钻孔数据生成参考网表。CAM 程序将彩色区域识别为铜,将黑色区域识别为无铜,并通过电镀通孔跟踪层与层之间的互连。

然后,CAM 程序会将您的 IPC-356 网表与 Gerber 导出的参考网表进行比较。我们会向您报告任何差异,并在继续之前解决这些差异。我们确实要求设计人员提前在图纸上或单独的信息文件中指出我们可能发现的任何已知异常(如故意短路)。如果没有按照要求在其他证明文件中指出这些异常情况,我们就有义务停止并解决这些差异,然后才能继续工作。

差异的可能原因

人们可能会认为 Gerber 文件是无懈可击的,而且由于业界普遍采用 RS274X 和 ODB++ 作为标准导入格式,事实上它们几乎是无懈可击的。然而,错误仍有可能发生。

在导入过程中,Gerber 文件头中描述不正确的特征会改变系统对所需电气路径的解释,导致在 Gerber 派生的参考网表中定义不正确的网。损坏的特征可能包括尺寸不正确的焊盘或未填充的多边形。例如,偶尔会出现自相交多边形解析不正确的情况(通常是因为 Gerber 文件解析不够精细)。这可能会导致多边形填充从 CAM 程序解释为未完全闭合的保留缺口处漏出。这样,原本的间隙就会充满铜,使孔和周围的平面短路。以尽可能高的分辨率(如果可能,2:6)导出 Gerber 文件或选择线填充而不是多边形将有助于避免这一问题,但仍建议提供网表。

操作员设置错误也会导致 CAM 程序误解它正在查看的内容。最常见的问题是在导入原始文件后立即分配图层类型时出现的简单操作错误。如果将负平面分配为正平面,或反之亦然,CAM 系统看到的将与它应该看到的相反。由此产生的网表将是不正确的。

解释:正极性图层在 CAM 中显示为彩色 = 铜,黑色 = 无铜。负极性层的显示方式则相反,颜色 = 无铜,黑色 = 有铜。在推导参考网表时,CAM 程序会将存在铜的区域解释为电路板导电路径的一部分。如果铜和无铜(因为操作员设置了错误的层极性)被颠倒,那么 CAM 程序将创建一个不能反映真实设计意图的网表。

因此,最好尽可能提供极性为正的内部层,以尽量减少操作员出错的机会。无论如何,最好的防错方法是将网表文件与其他 PCB Gerber 文件一起提供。如果操作员根据不正确的 CAM 参考网表运行设计网表,发现大量短路或多处开路,只需检查层类型和极性分配即可。在更改几个切换设置后,操作员就可以生成新的参考网表并恢复工作。如果没有客户提供的网表文件(可与 Gerber 导出的网表进行比较),在对填充的 PCBA 执行在线测试之前,这种错误可能不会被发现。到那时,为时已晚。

在 CAM 编辑期间

在整个 CAM 会话期间,网表一直处于激活状态。CAM 会话完成后,我们会重新检查网表,以确保在编辑过程中没有产生电气短路或开路。然后,我们为两种测试夹具方法之一制作文件。

电气测试夹具
硬测试夹具是一块聚碳酸酯板或类似材料。板上钻有孔,可容纳导电探针。探针位置与每个待测电路的端点相匹配。通孔(非元件)通常被省略,因为它们是电路网的中点,或者因为它们被非导电掩膜覆盖,探测时会显示为假开路。

其他中点通常也被省略,因为测试机可用的网格位置有限。确保为每个端点分配探针比测试每个节点更重要。无论是否有中点,连续性测试仍然是 100% 有效的。只要所有端点都被探测到,它就会发现所有短路或开路。

如果一块板不能接触到每一个网(如电路板的顶部和底部使用 SMT 元件),则必须使用两块板。这种方法称为夹壳测试。夹壳测试使用两个平行的夹具板–一个朝上安装,另一个朝下安装。每个板上都装有与每个网的端点位置相匹配的固定探针。然后压缩两块板,使其同时接触印刷电路板的顶部和底部,就像蛤蜊闭合外壳一样。如果探针产生的信号与网表一致,那么电路板就通过了测试。

使用飞针方法时,不需要夹具。相反,电路板安装在两个快速移动的测试探针之间。这些探针与测试仪的控制器相连,控制器存储网表文件。一个探针接触顶层网络的端点焊盘,另一个探针接触底层的端点焊盘。如果两个探针之间的电路路径与网表定义的路径一致,则判定该网络良好。然后探针移动到下一组端点,依此类推,直到整个印刷电路板测试完毕。

如果没有提供 IPC 网表,我们就使用 CAM 软件从 Gerber 和钻孔数据中提取参考网表,如开头所述。我们别无选择,只能假设 Gerber 文件准确地反映了电路板的电气要求,并可用于 CAM 编辑检查和电气测试夹具。

这并不像网表测试那样可靠。它类似于以前的 “金板 “测试方法,即把一块电路板放在测试仪上循环测试,让机器 “学习 “电路。在没有网表的情况下,这块电路板必然被认为是正确的,随后所有的电路板都要根据它进行测试。黄金测试的缺陷在于,如果包括黄金电路板在内的所有电路板都有相同的内置缺陷,那么所有电路板都能通过连续性测试,但它们都是错误的。

仅使用 Gerber 派生网表时也存在同样的问题。只要 Gerber 文件不包含错误,并且 CAM 操作员以正确的极性分配正确的层类型,这种方法是完全可以接受的,但仍然有可能出错。客户提供的直接从 CAD 布局软件导出的网表为电路板的正确构建提供了额外的验证。

摘要
为了进一步确保您的印刷电路板功能正常,雷明建议,如果您的印刷电路板布局软件支持 IPC-356 格式,则应随时导出文件并发送给您的制造商。

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