¿Qué es test eléctrico en circuitos impresos y porqué es necesario?
Es el conjunto de pruebas eléctricas de continuidad y aislamiento que nos garantiza un PCB libre de defectos antes de ser ensamblados, previniendo de esta manera el efecto que pudiera tener la presencia de un corto o de una pista abierta en el circuito impreso y que solo fuera detectado una vez la tarjeta haya sido ensamblada, después de su destrucción parcial o total por un mal funcionamiento.
Porqué es necesaria una prueba de test eléctrico en un PCB?
Normalmente, los procesos de fabricación de circuitos impresos presentan problemas que se traducen en errores en los circuitos impresos debido a los siguientes factores:
- Defectos del proceso de metalización al interior de las perforaciones que deban ser conductoras.
- Protuberancias e islas de Cobre no deseadas entre conductores que afecten su aislamiento.
- Contaminación del PCB de sustancias cuya resistividad afecte el aislamiento entre conductores.
- Accidentes durante los procesos posteriores al último procedimiento de inspección AOI y que produzcan cortos o pistas abiertas.
Que norma aplica para este tipo de prueba?
Las especificaciones que debe cumplir este tipo de prueba para circuitos impresos están regidas por la norma IPC9252.
Que es un Net eléctrico en un PCB?
Comúnmente oímos hablar de este término en nuestros programas de diseño electrónico. Un Net en un circuito impreso es un grupo de puntos conectados eléctricamente a través de las pistas de nuestro diseño con nodos de inicio y final. En él están incluidos los pads de los componentes, las vías, los puntos de prueba (si los hay) y los planos de cobre asociados a la misma conexión como se ilustra en la siguiente figura:
Que es un Net List?
Es el término usado para describir una lista alfanumérica que representa los grupos de conexiones de dos o más puntos que tienen características eléctricas comunes en un circuito impreso.
La mayoría de programas de diseño electrónico generan una lista de Nets eléctricos que contiene la descripción de las conexiones eléctricas entre los diferentes componentes de un circuito impreso. La siguiente figura ilustra un ejemplo de esta lista generada en Eagle, donde se observa la descripción del Net GND con sus conexiones en el Pad 2 de C1, Pad 2 de C3, Pad 3 de CON_2, Pad 7 de IC1, Pad 1 de R1 y Pad 1 de R2.
Los fabricantes de circuitos impresos extraen esta lista de conexiones de los archivos Gerber enviados por nosotros para su fabricación, y poder así efectuar el proceso de test eléctrico en nuestras tarjetas.
Que es 100% Net List Test.
Es una prueba eléctrica efectuada en cada nodo y para todos los Nets de la tarjeta incluyendo sus planos de cobre externos e internos en el caso de tarjetas multicapa.
Criterios básicos del proceso de test eléctrico
Todo pad descubierto en un PCB por la máscara antisoldante, necesariamente pertenece a un componente o es un pad de prueba del circuito. En ambos casos necesitan ser comprobados en términos de su conductividad y aislamiento eléctrico de los demás pads y de las pistas que los conectan. Usualmente, la información es extraida por los fabricantes que prestan este servicio, de los siguientes archivos enviados por el cliente para producción:
- Archivos Gerber, correspondientes a las máscaras de soldadura. Necesarios para determinar los puntos donde se deben ubicar las puntas de prueba.
- Archivo de perforaciones. Su procesamiento permite calcular exactamente la zona de Cobre disponible alrededor de una perforación, evitando que la punta de prueba se introduzca dentro de ella y se destruya o produzca un falso error.
- Archivos de las capas de Cobre. Externas, Top y Bottom, e internas (si las hay).
Los sistemas de test eléctrico utilizan esta información para extraer la lista de Nets eléctricos que corresponden a nuestra tarjeta y poder así verificar su integridad en términos de conductividad y aislamiento.
Como se implementa en la práctica este tipo de prueba?
Existen básicamente dos métodos para efectuar este procedimiento:
- Bed of Nails Electrical test: Este tipo de prueba usualmente llamado “Test en cama de agujas” se implementa básicamente colocando la tarjeta sobre un marco que tiene un numero de agujas retráctiles que hacen contacto con igual cantidad de pads de nuestra tarjeta y que van conectadas a una interfase que a través de un programa efectúa las diferentes medidas de continuidad, capacitancia y aislamiento requeridas. Este proceso está orientado a grandes producciones donde el tiempo de puesta en el mercado de un producto, exige la producción rápida de los circuitos impresos para su ensamble.
En la siguiente figura se observan dos tarjetas montadas sobre un marco de aluminio, antes de bajar sobre la cama de agujas de prueba en la parte inferior de la maquina para efectuar el proceso descrito.
- Flying Probe Electrical Test: En este procedimiento la tarjeta es colocada en un marco en posición vertical y las puntas de prueba se mueven en el sentido XY sobre ambas caras del circuito para ubicarse exactamente sobre los pads cuyas características eléctricas se van a probar. Luego las puntas de prueba se desplazan en el eje Z hasta hacer contacto con los pads como se aprecia en la siguiente figura, permitiendo que el software efectúe la medidas requeridas y presente los resultados que determinan si la tarjeta es eléctricamente correcta (PASS) o rechazada (FAIL) .
La anterior secuencia es repetida a la velocidad permitida por el sistema para todos los Nets que conforman nuestro circuito impreso asegurando que recibamos solo tarjetas eléctricamente confiables para su posterior ensamble.
Los circuitos impresos actuales demandan esta tecnología de punta para efectuar dicho proceso, donde se combinan sistemas CNC de alta precisión para permitir a las puntas de prueba ubicarse exactamente sobre los pads de Fine Pitch actuales de hasta 0.2 mm de ancho.
Que tipos de pruebas se implementan en el proceso de Test Eléctrico?
- Prueba de capacitancia: Este test está orientado a detectar pistas abiertas (OPENS) y parte de la base de una tarjeta Máster sin errores, y mide aplicando una carga eléctrica, la capacitancia reflejada en los diferentes Nets, cuyos valores serán comparados con las tarjetas a probar, generando un listado de los puntos donde no correspondan las medidas.
- Prueba de continuidad: Este test está orientado a detectar cortos (SHORTS) entre los diferentes Nets que componen nuestra tarjeta asegurando que entre ellos no haya flujo de corriente.
- Prueba de aislamiento: Los procesos químicos de fabricación de circuitos impresos, pueden eventualmente dejar residuos muy pequeños de Cobre que pueden estar o no adheridos a un Net de nuestra tarjeta, sin representar un corto circuito real entre ellos pero reduciendo su distancia de separación originalmente diseñada. Este test está orientado a detectar estos problemas entre los diferentes Nets, asegurando que su aislamiento sea lo suficientemente alto para evitar interacciones eléctricas no deseadas (Ej. saltos de voltaje o fugas de corriente).
Que voltaje se aplica para la prueba de aislamiento?
Los sistemas de test eléctrico aplican voltajes entre 30 y 100 Voltios a los Nets de la tarjeta para inducir un salto de voltaje debido a formaciones remanentes de Cobre que violen las distancias mínimas diseñadas por el usuario entre los diferentes Nets eléctricos.
El siguiente video muestra como es implementado el proceso automatizado de test eléctrico en una maquina tipo Flying Probe:
Conclusión:
Es indudable que el uso de esta tecnología de punta en el control de calidad de los fabricantes de circuitos impresos, nos garantiza la confiabilidad del PCB disminuyendo el tiempo de la curva de puesta a punto del producto final.
Bibliografía:
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IPC- 9252B. Requirements for Electrical Testing of Unpopulated Printed Boards.
https://ipc.kavi.com/kws/public/download.php/6724/IPC-9252B%20Final%20Draft%20For%20Industry%20Review%20-%20April%202016.pdf - Bare Printed Circuit Board Electrical Test
http://bayareacircuits.com/bare-printed-circuit-board-electrical-test/
Las anteriores consideraciones están basadas en la práctica de nuestros procesos para la fabricación de circuitos impresos. Los procedimientos descritos pueden variar dependiendo del fabricante. Son publicados con fines educativos solamente. Use la información bajo su propia responsabilidad y riesgo.