Главная страница: Завершение конструкции платы
Испытания являются важной частью процесса производства платы. После изготовления плату обычно испытывают, чтобы удостовериться в отсутствии коротких замыканий и обрывов в цепях. Когда на плате смонтированы все компоненты, плату часто испытывают снова, чтобы убедиться в целостности сигналов и работоспособности устройства. Для этого процесса крайне полезно включать в плату ряд так называемых контрольных точек, или тест-поинтов (Testpoints), с которых испытательное оборудование может снять показания и выполнить необходимые тесты.
Расположение контрольных точек на плате будет зависеть от таких факторов, как режим испытаний (испытания печатной платы без смонтированных компонентов, внутрисхемные испытания и т.д.) и метод испытаний (автоматизированное испытание с помощью летающих пробников и матрицы игольчатых контактов, ручное испытание и т.д.). Например, при испытаниях печатной платы, когда на ней нет смонтированных компонентов, в качестве контрольных точек могут использоваться любые контактные площадки и переходные отверстия. Тем не менее, места выбора контрольных точек для проведения внутрисхемных испытаний будут другими. Когда на плате смонтированы компоненты, для пробников может не быть доступа к контактным площадкам компонентов и, конечно же, для них не будет доступа к контактным площадкам и переходным отверстиям под компонентами.
Altium Designer предлагает эффективную систему для управления контактными точками и улучшения испытуемости плат, которая позволяет назначать контрольные точки отдельно для испытаний несмонтированной платы и/или внутрисхемных испытаний. Контрольные точки могут быть назначены вручную или автоматизированным способом с помощью средства Testpoint Manager.
Определение стратегии применения контрольных точек
Перед тем, как начать подробно рассматривать назначение контактных площадок и переходных отверстий для использования в качестве контрольных точек, нужно учесть аспекты определения стратегии применения контрольных точек в конструкции. Некоторые из этих аспектов приведены ниже:
- При выборе стороны платы, на которой будет допустимо размещение контрольных точек, следует учитывать, какие процессы проведения испытаний и связанные с ними приспособления будут использоваться. Например, будут ли проводиться испытания только с нижней стороны, только с верхней стороны или с обеих сторон.
- Контрольные точки под компонентом (на той же стороне платы, что и компонент) обычно используются на этапе испытаний несмонтированной платы. Это необходимо учитывать при планировании размещения контрольных точек для испытаний печатного узла.
- Рекомендуется располагать все контрольные точки только на одной стороне платы, используя переходные отверстия для этого при необходимости, поскольку приспособления для испытаний с двумя головками приводит к более высоким расходам по сравнению с приспособлениями для испытаний с одной головкой.
- Чем сложнее и нестандартнее схема расположения контрольных точек, тем дороже будет настройка приспособления, с помощью которого будут проводиться испытания платы. Лучший принцип – разработать методологию для универсального проведения испытаний. Отточенная и адаптируемая политика использования контрольных точек позволит проводить испытания различных конструкций эффективно и с минимальными затратами.
- Следует учитывать тентирование переходных отверстий в конструкции. Если переходное отверстие, определенное в качестве контрольной точки, будет тентировано, у тестового контакта, по сути, не будет доступа к нему. Даже частичное тентирование с помощью жидкой фотопроявляемой паяльной маски (LPI) может привести к проблемам с контактом, поскольку жидкие маски могут затекать в отверстие перехода. Для временного тентирования таких переходных отверстий может использоваться пленочная паяльная маска, но это зачастую оказывается довольно дорогостоящим.
- Проконсультируйтесь с производителем насчет особых конструктивных требований, которые необходимо учесть при определении контрольных точек. Это могут быть требования к зазорам между контрольными точками и между контрольными точками и компонентами, и они могут внести ограничения для стандартных зазоров между компонентами и проводниками.
В следующих разделах подробнее рассмотрены различные методы испытаний, в том числе определенные ограничения контрольных точек и связанные с ними аспекты.
Испытания печатной платы
Испытания печатной платы относятся к испытаниям на этапе производства до монтажа компонентов на плату. В этом методе испытаний, как правило, используются летающие пробники для испытания цепей, одной за другой. По сути, два пробника запрограммированы на совместную работу: один для передачи сигнала через цепь, а другой для обнаружения присутствия (или отсутствия) этого сигнала.
Существует два общих сценария испытаний печатной платы:
- Испытания для того, чтобы убедиться, что заданный непрерывный проводник переносит четкий сигнал (ниже максимально допустимого порога импеданса), без каких-либо обрывов.
- Испытания для того, чтобы убедиться, что нет короткозамкнутых цепей.
Ограничения по размещению контрольных точек
- Для испытаний печатной платы, как правило, нет необходимости в отдельных контактных площадках/переходных отверстиях. Когда на плате еще нет компонентов, пробники могут свободно использовать контактные площадки компонентов. Поскольку на этом этапе контактные площадки, как правило, не покрыты паяльной маской, контрольные точки обычно располагают непосредственно на контактных площадках.
- Испытания с летающими пробниками не ограничены сеткой, поскольку такие устройства могут достаточно точно задавать положения.
- У каждой пары контрольных точек есть ограничения на минимальные расстояния между ними из-за физических размеров головок пробников.
Исключения и прочие аспекты
- Для устройств с малым шагом выводов может быть невозможным (или нецелесообразным) снятие показаний с одной контактной площадки компонента. Такие проводящие элементы могут быть очень малы и чувствительны, поэтому в некоторых случаях рекомендуется избегать их контакта с пробниками и добавлять на плату отдельные контактные площадки/переходные отверстия в качестве контрольных точек.
- Для испытаний печатной платы также могут использоваться матрицы игольчатых контактов. Как правило, они используются в крупносерийном производстве, где испытания с использованием таких приспособлений занимает меньше времени по сравнению с летающими пробниками. Тем не менее, матрицы игольчатых контактов вносят более жесткие ограничения на расположение контрольных точек и, если приспособление для испытаний не создано с учетом конкретных особенностей, они зачастую требуют, чтобы контрольные точки соответствовали определенной сетке.
- Есть случаи, когда определенные пары расположений контрольных точек не испытываются совместно летающими пробниками – как правило, если нет опасности короткого замыкания (или перекрестных помех) между цепями, поскольку цепи не прилегают друг к другу (т.е. все объекты обеих цепей физически разделены).
Испытания печатного узла
Испытания печатного узла относятся к испытаниям на этапе производства после монтажа на плату всех компонентов в соответствии с составом изделия, поэтому их часто называются внутрисхемными или электрическими испытаниями. Этот метод испытаний, как правило, включает в себя использование (но ни в коем случае не ограничен им!) настроенной вручную матрицы игольчатых контактов. В зависимости от типа испытаний, проводимого с помощью этого приспособления, на плату может быть подано питание или нет.
Существует два общих сценария внутрисхемных испытаний печатного узла:
- Одновременное зондирование одной контрольной точки каждой цепи в конструкции (или из каждой нужной цепи). Это выполняется путем подачи сигнала отдельно через каждый пробник и обнаружения результатов приема сигнала всеми остальными пробниками.
- Испытание определенных компонентов/шин, чтобы удостовериться, что само устройство функционирует должным образом. Это специализированные тесты, которые могут проводиться с помощью различных методов испытаний. В самом простом случае, для испытания по контактным площадкам компонентов может использоваться матрица игольчатых контактов.
Ограничения по размещению контрольных точек
- Расположения контрольных точек обычно должны соответствовать требованию к минимальному расстоянию между ними. У тестового оборудования, такого как головки матриц игольчатых контактов, есть физические размеры, которые ограничивают допустимое расстояние между контрольными точками. Если используются стандартные приспособления, контрольные точки зачастую должны располагаться в узлах определенной сетки. Изготовление специального приспособления намного более затратно и трудоемко по сравнению с настройкой повторно используемой матрицы контактов.
- Может быть необходимым располагать контрольные точки в соответствии с минимальным зазором относительно компонентов. Как правило, головки пробников большинства испытательных приспособлений шире возле приспособления и сужаются у стержня. Для более высоких компонентов необходимо соблюдать больший зазор. В связи с этим, лучше всего будет принять в расчет максимальную высоту компонентов на плате и определить общий зазор между компонентами с учетом этого наихудшего сценария.
- Положения контрольных точек может быть необходимо определять в соответствии с минимальным зазором относительно края платы. Контактирование платы с парой летающих пробников или матрицей игольчатых контактов может быть суровым для самой платы, и плата может изгибаться при автоматизированных испытаниях. Поэтому для минимизации повреждений тонких хрупких плат располагайте контрольные точки на расстоянии от краев платы.
-
Обычно в процессе конструирования для каждой цепи необходимо добавить отдельную контактную площадку/переходное отверстие, которое будет выступать в роли контрольной точки, доступной для пробника, по ряду причин:
- Контактные площадки компонентов со вскрытой медью обычно становятся недоступными после монтажа компонентов.
- Если плата не конструируется с учетом испытуемости, контактные площадки компонентов и переходные отверстия обычно не располагаются в требуемой сетке контрольных точек.
- Даже если сама контактная площадка компонента кажется подходящей для использования в качестве контрольной точки, ограничения по зазору с компонентом могут препятствовать этому.
Исключения и прочие аспекты
- Хотя использование матриц игольчатых контактов является наиболее распространенным методом испытаний печатных узлов, это далеко не единственный метод. Среди множества альтернатив, могут также использоваться и летающие пробники, если они не будут сталкиваться с размещенными компонентами.
- При выполнении электрических испытаний определенного компонента его контактные площадки могут быть в некоторой степени доступны для пробников. Тем не менее, важно помнить, что сам компонент зачастую перекрывает центры таких контактных площадок. Иными словами, после монтажа компонентов на плату доступная часть контактной площадки редко включает в себя ее центр.
Поддержка контактных площадок и переходных отверстий в качестве контрольных точек
Altium Designer обеспечивает полную поддержку контрольных точек, что позволяет указывать использование контактных площадок (для штыревого или поверхностного монтажа) и/или переходных отверстий в качестве мест контрольных точек для испытаний печатной платы и/или печатного узла. Объекты Pad и Via определяются для использования в качестве контрольных точек путем настройки соответствующих свойств, которые отвечают на два ключевых вопроса:
- Должна ли контактная площадка/переходное отверстие использоваться в качестве контрольной точки для испытания печатной платы и/или печатного узла?
- На какой стороне платы контактная площадка/переходное отверстие должно использоваться в качестве контрольной точки: верхней, нижней или обеих?
Эти свойства находятся в панели Properties, когда контактная площадка (см. Свойства Pad) или переходное отверстие (см. Свойства Via) выделено в проектной области.
Выделенная контактная площадка или переходное отверстие указывается для использования в качестве контрольной точки с помощью соответствующих опций, доступных в панели Properties.
Чтобы упростить процесс ручной настройки свойств контактных площадок и переходных отверстий, Altium Designer позволяет автоматически назначать контрольные точки исходя из заданных правил проектирования с помощью диалогового окна
Testpoint Manager. Это автоматизированное назначение задает соответствующие свойства для контактных площадок/переходных отверстий в каждом случае. Конечно же, вы можете указать контрольные точки вручную на уровне отдельных объектов, что представляет вам полный контроль над схемой контрольных точек, используемой в плате.
При открытии плат, созданных в системе до версии Summer 09, все включенные опции контрольных точек станут включенными опциями Fabrication.
Правила проектирования, относящиеся к контрольным точкам
Конструктивные ограничения платы должны быть тщательно продуманы и реализованы в виде набора правил проектирования. Для реализации успешной схемы расположения контрольных точек, при которой все заданные контрольные точки будут доступны и использованы при испытании печатной платы или печатного узла, необходимо установить регулирующие ограничения. Для этого в системе правил проектирования редактора плат доступны для определения следующие типы правил:
Доступ к определению правил этих типов осуществляется из диалогового окна PCB Rules and Constraints Editor (Design » Rules).
Определение отдельных правил проектирования для ограничения того, какие контактные площадки и/или переходные отверстия в конструкции могут использоваться в качестве контрольных точек для испытаний печатной платы и печатного узла, а также для определения того, каким цепям необходимы контрольные точки.
С точки зрения ограничений, правила Testpoint Style и Testpoint Usage идентичны для обоих режимов испытаний (Fabrication и Assembly). Правило стиля контрольной точки, по сути, определяет ограничения, которым контактные площадки и переходные отверстия должны соответствовать, чтобы они рассматривались для выбора в качестве места контрольной точки. Правило использования определяет, для каких цепей необходимы контрольные точки.
Ограничения по умолчанию для правила Testpoint Usage (первое изображение) и правила Testpoint Style (второе изображение).
При определении правила стиля можно быстро создать область действия правила, чтобы оно работало для определенных объектов Pad и/или Via с точки зрения использования контрольных точек, с помощью опций, доступных в разделе Rule Scope Helper.
Правила проектирования для контрольных точек используются диалоговым окном Testpoint Manager, автотрассировщиком, онлайн и пакетной DRC, а также при формировании выходных документов.
Существуют заданные по умолчанию правила Testpoint Style и Testpoint Usage для обоих методов испытаний. Нужно проверить, соответствуют ли эти правила конструктивным требованиям и при необходимости внести изменения в них. Если необходимо множество правил одного типа, используйте настройку приоритетов правил проектирования, чтобы сначала применялись правила с более специфичной областью действия (например, при проведении DRC).
Чтобы диалоговое окно Testpoint Manager могло успешно назначать контрольные точки, всегда должно быть по крайней мере одно соответствующее правило Testpoint Style с областью действия All.
При открытии плат или импорте правил проектирования, созданных в системе до версии Summer 09, правила Testpoint Style станут правилами Fabrication Testpoint Style, а правила Testpoint Usage станут правилами Fabrication Testpoint Usage.
Управление контрольными точками
Назначение контрольных точек вручную может быть трудоемкой задачей, особенно если речь идет о сложных платах с сотнями компонентов на обеих сторонах. Чтобы упростить управление контрольными точками в конструкциях плат, редактор плат Altium Designer включает в себя средство Testpoint Manager, который позволяет назначать контрольные точки для испытаний печатной платы и/или печатного узла в автоматизированном режиме, на основе заданных правил проектирования. Это автоматизированное назначение задает соответствующие свойства контактных площадок/переходных отверстий.
Доступ к этому средству осуществляется с помощью команды Tools » Testpoint Manager главного меню.
Быстрое и грамотное управление контрольными точками для испытаний печатной платы и печатного узла осуществляется с помощью Testpoint Manager.
Используйте открывшееся диалоговое окно в качестве единого центра управления назначениями контрольных точек. Здесь доступен список всех цепей в конструкции, со статусом наличия контрольных точек – Complete или Incomplete как для испытаний печатной платы, так и для испытаний печатного узла. Используйте кнопки Fabrication Testpoints и Assembly Testpoints для вызова команд назначения или снятия назначения контрольных точек соответствующих типов. Обратите внимание, что вы можете вручную выбирать цепи в верхнем разделе диалогового окна для выборочного включения/отключения назначения контрольных точек.
При назначении контрольных точек всем или некоторым цепям в конструкции средство Testpoint Manager следует правилам стиля и использования правил, заданных для контрольных точек для испытания печатной платы и печатного узла. Чтобы увидеть порядок проведения поиска корректных объектов, нажмите кнопку Search Order.
Чтобы изменить порядок, щелкните ПКМ по строке в списке порядка поиска и используйте команды контекстного меню либо используйте сочетания клавиш Shift+ Стрелка вверх и Shift+ Стрелка вниз для перемещения строки вверх и вниз в списке.
В разделе Status Summaries приведена полная сводка о состоянии контрольных точек в плате для обоих режимов испытаний. Этот раздел обновляется при выполнении каждого действия назначения или снятия назначения. Для получения информации более низкого уровня используйте раздел Assignment Results. Здесь будет представлена информация, например, о количестве контактных площадок/переходных отверстий на верхней/нижней стороне, информация о назначении/снятии назначения, а также о информация сбоях.
Проверка корректности контрольных точек
Заданные правила для контрольных точек проверяются в рамках процесса проверки правил проектирования (DRC) редактора плат. Онлайн и/или пакетную проверку DRC можно включить для правил различных типов в диалоговом окне Design Rule Checker (Tools » Design Rule Check).
Включение правил проектирования для контрольных точек в процессы онлайн или пакетной проверки DRC.
Ключевые слова запросов, относящиеся к контрольным точкам
Для выявления различных контрольных точек, которые могут использоваться в конструкции, доступны приведенные ниже ключевые слова логических выражений. При использовании Query Helper их можно найти в категории PCB Functions - Fields.
IsAssyTestpoint – является контрольной точкой для испытаний печатного узла.IsFabTestpoint – является контрольной точкой для испытаний печатной платы.IsTestpoint – является контрольной точкой на верхней или нижней стороне платы.Testpoint – является ли объект контрольной точкой на верхней или нижней стороне платы?TestpointAssy – является ли объект контрольной точкой для испытаний печатного узла?TestpointAssyBottom – является ли объект контрольной точкой для испытаний печатного узла на нижней стороне платы?TestpointAssyTop – является ли объект контрольной точкой для испытаний печатного узла на верхней стороне платы?TestpointBottom – является ли объект контрольной точкой на нижней стороне платы?TestpointFab – является ли объект контрольной точкой для испытаний печатной платы?TestpointFabBottom – является ли объект контрольной точкой для испытаний печатной платы на нижней стороне платы?TestpointFabTop – является ли объект контрольной точкой для испытаний печатной платы на верхней стороне платы?TestpointTop – является ли объект контрольной точкой на верхней стороне платы?
Формируйте логические выражения запросов для выявления нужных контрольных точек. Несколько примеров логических выражений запросов для контрольных точек для испытаний печатной платы и печатного узла:
(ObjectKind = 'Pad') And (TestpointAssy = 'True')
Все контактные площадки, которые являются контрольными точками для испытаний печатного узла.IsPad And (TestpointAssyTop = 'True')
Все контактные площадки, которые являются контрольными точками для испытаний печатного узла на верхней стороне платы.(ObjectKind = 'Pad') And (TestpointFab = 'True')
Все контактные площадки, которые являются контрольными точками для испытаний печатной платы.((IsPad Or IsVia)) And (TestpointAssy = 'True')
Все контактные площадки и переходные отверстия, которые являются контрольными точками для испытаний печатного узла.((IsPad Or IsVia)) And IsFabTestpoint
Все контактные площадки и переходные отверстия, которые являются контрольными точками для испытаний печатной платы.
Формирование отчетов о контрольных точках
Altium Designer включает в себя специальные генераторы для формирования отчетов о контрольных точках для испытаний печатной платы и печатного узла. Эти отчеты используют соответствующие свойства контактных площадок и переходных отверстий в проекте.
Отчет о контрольных точках для испытаний печатной платы будет использовать только настройки Fabrication контактных площадок и переходных отверстий. Отчет о контрольных точках для испытаний печатного узла будет использовать только настройки Assembly контактных площадок и переходных отверстий.
Отчеты могут быть сформированы двумя способами:
- Непосредственно из документа платы с помощью команд File » Fabrication Outputs » Test Point Report и File » Assembly Outputs » Test Point Report.
- Путем настройки соответствующих выходных документов в файле Output Job (
*.OutJob).
Добавление и настройка выходных отчетов о контрольных точках для испытаний печатной платы и печатного узла в самостоятельном и универсальном файле Output Job. Когда отчеты настроены, вы можете получить их в одно нажатие кнопки.
Независимо от того, какой метод используется для формирования отчета, сами опции отчета определяются в одних и тех же диалоговых окнах. Для отчета о контрольных точках для испытаний печатной платы используется диалоговое окно Fabrication Testpoint Setup, для отчета о контрольных точках для испытаний печатного узла – диалоговое окно Assembly Testpoint Setup. Опции отчета одинаковы для обоих диалоговых окон.
Определите опции отчета, в том числе формат выходного файла, с помощью соответствующих диалоговых окон настройки.
Настройки, заданные в диалоговом окне Testpoint Setup при формировании отчета непосредственно из платы, хранятся в файле проекта и отдельно от настроек выходного документа того же типа, заданных в файле Output Job, которые хранятся в самом этом файле.
Опции в разделе Coordinate Positions диалогового окна позволяют экспортировать положения контрольных точек относительно абсолютного начала координат платы или текущего начала координат платы.
Все типы отчетов о контрольных точках поддерживают групповые заготовки печатных плат. При экспорте из документа платы, который содержит множество групповых заготовок, формируется множество файлов списков цепей IPC-D-356A.
Назначение файла списка цепей IPC-D-356A
Одним из трех вариантов форматов вывода отчетов о контрольных точках является файл списка цепей IPC-D-356A. Этот файл обычно используется для испытаний печатной платы. Файл IPC подвергается постобработке в команды, которые управляют устройством испытаний с летающими пробниками.
Независимо от того, какие элементы обозначены в файле IPC-D-356A в качестве положений контрольных точек, производители, как правило, могут использовать данные этого файла для проведения любого необходимого типа испытаний, но, в зависимости от конкретного случая и содержимого файла, для этого может потребоваться ручное вмешательство.
