Les plaques de circuits impresos (PCB) representen elements crítics dins dels dispositius electrònics contemporanis. Els formats de fitxer estandarditzats actuen com a columna vertebral per produir resultats de disseny i fabricació eficients. Els formats establerts creen un pont de comunicació entre les aplicacions de programari de disseny i els fabricants de PCB i les instal·lacions de muntatge.
Una producció fluida només és possible quan els equips comprenen completament els formats de fitxer estandarditzats. Per tant, en aquest article, llegireu els conceptes bàsics dels fitxers de disseny de PCB juntament amb els seus formats de fitxer d'assemblatge corresponents.
Taula de continguts
Visió general dels formats de fitxer de disseny i muntatge de PCB
Els fitxers PCB emmagatzemen diversos tipus d'elements de dades essencials. Per tant, per a una comprensió bàsica, aclarim-ho. Els fitxers PCB contenen quatre tipus principals d'informació. Aquests són:
- Característiques geomètriques
- Especificacions dels components
- Connexions de llista de xarxa,
- I les directrius de fabricació.
Dades geomètriques
Les dades geomètriques descriuen la forma i la disposició de la placa. Simultàniament, les dades dels components especificaran la ubicació i la petjada de cada component de la PCB. En els fitxers de dades de netlist, els enginyers descriuen les connexions elèctriques que uneixen els components. Les dades de fabricació serveixen com a guia per construir i muntar components electrònics.
Les dades dels components especifiquen la ubicació i l'empremta de cada component a la placa.
Estandardització
L'estandardització garanteix la compatibilitat. És per això que, aquí, el paper de l'IPC no es pot menystenir. Per què? Perquè és una organització central. L'IPC (Associació que connecta les indústries electròniques) desenvolupa estàndards de la indústria per a l'electrònica.
A través d'aquesta estandardització, les organitzacions proporcionen directrius unificades que imposen la uniformitat en totes les activitats de disseny i fabricació. El sistema permet una transferència fluida de dades entre diferents proveïdors de programari establint una connectivitat estàndard. Els estàndards IPC eviten errors alhora que creen productes de millor qualitat.
Formats de fitxer de disseny
La fabricació de PCB requereix fitxers de disseny per funcionar correctament. Se solen utilitzar diversos formats.
A. Fitxers Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)
La indústria es basa en Fitxers Gerber com a format estàndard. Existeix un format d'imatge per a la producció de plaques de circuits impresos. Cada capa de PCB rep representació mitjançant descripcions de format gràfic vectorial. El fitxer .gbs serveix per identificar zones on no s'ha d'aplicar soldadura.
Existeixen altres extensions comunes. Els formats inclosos són .gto per a les dades de serigrafia superiors, .gbo per a les dades de serigrafia inferiors, així com .gko per a les especificacions del contorn de la placa i els fitxers .drd que contenen informació sobre el trepat.
L'RS-274X és un format Gerber modern. L'RS-274D és més antic. L'RS-274X demostra ser superior perquè la seva estructura li permet contenir informació més útil. Les pràctiques de definició d'obertura constitueixen un dels principals aspectes distintius.
Els codis D s'utilitzen per establir les formes vitals per dibuixar elements en formats d'obertura. Les imatges Gerber depenen completament d'aquestes obertures per al seu procés de creació. Les formes bàsiques utilitzades en el disseny són cercles juntament amb formes rectangulars al costat de polígons definits a mida.
El Gerber ampliat (X2) millora l'RS-274X. Incorpora informació d'obertura. També hi ha dades de llista de xarxes. A més, simplifica la fabricació. Els processos manuals disminueixen juntament amb les taxes d'error.
B. Fitxers Eagle (.brd, .sch)
Una de les opcions més populars per al programari de disseny de PCB continua sent Eagle. El programari guanya popularitat perquè els usuaris el troben intuïtiu d'utilitzar. El sistema amplia la funcionalitat incloent la col·locació i l'encaminament de components en el seu abast. Les connexions elèctriques es fan visibles a través d'aquest sistema.
La gestió eficient de les biblioteques continua sent una pràctica essencial per a l'ús d'Eagle. Les biblioteques de components emmagatzemen informació dels components. Aquests recursos cobreixen informació sobre la petjada, definicions de símbols i estructures de dades elèctriques. El sistema ofereix dos avantatges clau, ja que genera dissenys uniformes alhora que minimitza els errors de fabricació.
A través dels programes de llenguatge d'usuari, Eagle amplia les seves capacitats. Podeu prendre aquests programes com a eines de scripting que simplifiquen l'automatització de tasques. Què significa això? Afegeixen noves funcions. Personalitzen el programari. Les funcions de generació de BOM i de comprovació de regles de disseny serveixen com a exemples pràctics.
C. Fitxers de KiCad (.kicad_pcb, .kicad_sch)
El programa informàtic KiCad funciona com a programari de disseny de maquinari de codi obert per a plaques de circuits impresos, cosa que demostra unes potents capacitats. La popularitat d'aquesta eina continua creixent.
Tots els fitxers de projecte de KiCad comparteixen una estructura organitzada que facilita la gestió i la col·laboració. Per tant, és un punt bàsic i crític. Tot usuari hauria d'entendre com l'estructura organitzativa simplifica la gestió de fitxers en projectes. Facilita la col·laboració.
Els usuaris continuen construint una gran col·lecció de complements per al programari KiCad. Els complements afegeixen moltes funcions. Ajuden amb la importació/exportació de dades. Automatitzen tasques de disseny. Per tant, KiCad és molt versàtil.
Formats de fitxer de fabricació
La producció de PCB depèn dels fitxers de fabricació. S'incorporen diversos formats.
Fitxers Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)
Els fitxers Gerber ocupen una posició essencial en totes les operacions de fabricació. Cada capa de la placa de circuit imprès (PCB) rep les seves dades d'imatge d'aquests fitxers. La placa física de fabricació depèn d'aquests fitxers.
Llimes de perforació
Els fitxers de perforació també són essencials. Els dissenyadors solen desar les instruccions de la màquina perforadora en format Excellon. Aquests fitxers controlen les màquines perforadores il·lustrant la ubicació dels forats. Els fitxers de perforació determinen tant la posició com el diàmetre de tots els forats.
Juntament amb les llimes Gerber, aquests sistemes funcionen per produir patrons de PCB precisos. Què obtindreu? Sens dubte, una col·locació precisa dels forats.
Els panells de fabricació connecten diversos dissenys de PCB dins d'una única estructura de panell ampliada. Això optimitza l'ús del material. També millora l'eficiència de la producció. La informació sobre la disposició dels panells es pot emmagatzemar dins de formats de fitxer Gerber. Aquest sistema incorpora tant posicions individuals de PCB com qualsevol forat d'eines o pestanyes de trencament necessàries.
Fitxers ODB++ (.odb++)
ODB++ representa una opció de format de fitxer de fabricació més completa. El format de fitxer ODB++ conté funcions de dades avançades que van més enllà de les simples representacions visuals de formes.
Les dades intel·ligents disponibles dins d'ODB++ encapsulen informació sobre els atributs dels components. Per donar-vos una comprensió més clara, ho entenem d'una altra manera. Exemples d'aquestes dades intel·ligents signifiquen:
- Números de peça
- Valors
- I toleràncies.
El fitxer també proporciona noms de xarxa. Proporciona noms de xarxa. Aquests elements mostren clarament com es connecten elèctricament els components del disseny.
Què trobareu al conjunt de dades? Obtindreu detalls sobre els punts de prova, especificant ubicacions precises. Aquí, l'objectiu és analitzar el rendiment de la placa de circuits muntada. Aquesta informació detallada redueix l'ambigüitat. L'anàlisi humana esdevé menys important amb aquesta solució.
El marc de treball ODB++ simplifica molt més els processos CAM. Proporciona un conjunt de dades complet. La tecnologia ODB++ redueix el temps de preparació operativa dels equips de fabricació. El sistema evita possibles errors de fabricació i muntatge.
C. Fitxers IPC-2581 (.2581)
L'IPC-2581 representa una nova generació de formats de fitxer de fabricació que representa un avenç tecnològic. El format IPC-2581 adopta el llenguatge de marcatge extensible (XML) com a estructura principal.
XML crea formats d'emmagatzematge de dades estructurats llegibles per humans. La flexibilitat i l'extensibilitat de l'IPC-2581 provenen directament del seu disseny. Totes les característiques de la PCB reben descripcions completes a través d'aquest format. El sistema combina tant les especificacions de disseny com els processos de fabricació i les instruccions de muntatge.
Formats de fitxer d'assemblatge
Reeixit Muntatge de PCB les operacions depenen dels fitxers d'assemblatge. S'incorporen diversos formats.
A. Fitxers de llista de materials (BOM) (.csv, .xls, .xlsx)
Els fitxers de llista de materials (BOM) creen un inventari de tots els components necessaris per al procés de muntatge. Els formats de fitxer BOM estàndard consisteixen en .csv per a valors separats per comes i fulls de càlcul d'Excel representats per .xls i .xlsx per a fulls de càlcul XML oberts d'Excel.
Existeixen diferents variacions de la llista de materials (BOM). Per exemple, la llista de materials d'enginyeria se centra en les especificacions de disseny. De la mateixa manera, la llista de materials de fabricació detalla els components per a la producció. La llista de materials de vendes permet accedir als detalls dels costos juntament amb les instruccions de la comanda.
Els detalls sobre els components d'embalatge tenen importància dins de l'estructura de la llista de materials. La documentació inclou detalls sobre les formes d'embalatge dels components, com ara SOIC i QFP, juntament amb les seves mides i els números de peça dels proveïdors.
B. Fitxers de selecció i col·locació (.csv, .txt)
Les màquines de muntatge automatitzades depenen dels fitxers Pick-and-Place per a les seves operacions. El sistema rep instruccions d'aquests fitxers sobre quin component va a cada ubicació especificada. Els constructors solen utilitzar fitxers .csv juntament amb fitxers .txt (text sense format) com a formats estàndard.
Els fitxers Pick-and-Place tenen variacions. Cada model de màquina d'acoblament requereix variacions úniques en la seva configuració. Cada fitxer Pick-and-Place conté informació de col·locació dels components X/Y juntament amb instruccions de rotació i designadors de referència.
A les plaques de circuits impresos (PCB) apareixen petites dianes conegudes com a marcadors fiducials. La màquina de muntatge obté un alineament precís gràcies a aquests components. El muntatge automatitzat depèn en gran mesura dels marcadors per al seu correcte funcionament.
C. Dibuixos de muntatge (.pdf, .dwg)
Les instruccions visuals per guiar els processos de muntatge es poden trobar als dibuixos de muntatge. Un format de fitxer típic per a la documentació del muntatge inclou .pdf per al format de document portàtil i .dwg per al dibuix d'AutoCAD.
Hi ha diversos tipus de dibuixos de muntatge disponibles. La posició de cada component es demostra mitjançant dibuixos de col·locació de components. Les vistes desplegades mostren la configuració de muntatge de les peces.
Problemes de conversió i compatibilitat
Les conversions de fitxers PCB creen nombrosos problemes. Eines específiques ajuden amb la conversió. GerbView gestiona els fitxers Gerber. Els visualitzadors ODB++ inspeccionen les dades ODB++.
El procés de conversió comporta el risc de perdre dades. Existeixen riscos de pèrdua i corrupció de dades en aquesta informació. Això pot causar errors de fabricació. La comprovació dels resultats després de la conversió requereix una atenció especial durant el procés.
Una gestió eficaç de fitxers depèn dels sistemes de control de versions. Git fa un seguiment dels canvis de fitxer. Els usuaris de Git sempre sabran quina versió estan utilitzant perquè el sistema fa un seguiment precís dels canvis de fitxer. L'eina garanteix que tots els usuaris accedeixin a la versió correcta del fitxer.
Millors pràctiques per treballar amb formats de fitxer PCB
Diverses pràctiques recomanades funcionen per protegir els formats de fitxer PCB de problemes.
documentació
La documentació de l'apilament de capes continua sent essencial per a la fabricació de PCB. Aquest document especifica tant els materials com la seqüència de capes que es troben en un disseny de PCB. Els fabricants necessiten accedir a aquesta informació abans de poder continuar.
La documentació manté tothom informat sobre els materials de les capes per tal que la construcció final de la placa eviti errors. Cal recordar que la documentació ha d'incloure:
- L'ordre de cada capa (per exemple, senyal superior, pla de terra, pla de potència, senyal inferior).
- Material de cada capa (per exemple, FR-4, prepreg, coure).
- El gruix de cada capa.
- El gruix total de la placa.
DRCS
Les comprovacions de regles de disseny (DRC) serveixen com a processos de verificació automatitzats que operen a través de plataformes de programari de disseny. Troben defectes de disseny. Els defectes de disseny identificats poden generar problemes de fabricació.
Iniciar les comprovacions de regles de disseny (DRC) durant les primeres etapes de la fase de disseny crea beneficis significatius. Les comprovacions de regles de disseny ajuden a evitar correccions costoses i redueixen el temps de disseny. Alguns exemples de comprovacions de DRC són:
- Amplada i espaiat de la traça.
- Via mida i espaiament.
- Separació entre els components i la vora de la placa.
- Mida de l'anell anular al voltant de les vies i els forats passants.
Mantenir diàlegs transparents amb els fabricants resulta de gran importància. Aquest enfocament redueix les fallades de comunicació, cosa que porta a resultats de producció eficaços. La informació essencial a comunicar inclou:
Detalls de l'apilament de capes.
Dimensions i toleràncies crítiques. Aquestes especifiquen variacions acceptables de mida i forma.
Qualsevol requisit especial de fabricació. Aquesta especificació de placa utilitza acabats superficials precisos juntament amb funcions de control d'impedància i manté profunditats de perforació controlades.
Formats de fitxer preferits. Si seleccioneu aquests formats de fitxer preferits, aconseguiu una compatibilitat perfecta i elimineu el risc de problemes de conversió de format.
La documentació ha d'incloure instruccions particulars o observacions de disseny. Aquesta informació descriu els components essencials i com muntar-los.
Comunicació regular
Comunicació regular durant el procés de fabricació. La comunicació regular evita problemes i preguntes durant la fabricació.
Conclusió
La fabricació de PCB necessita formats de fitxer estandarditzats per funcionar correctament. Comprendre aquests formats és crucial. A més, les millors pràctiques són essencials. Mantenir una comunicació clara amb els fabricants és una de les vostres tasques essencials. Realitzar validacions completes juntament amb un control de versions acurat ajuda a evitar errors. L'article es va escriure amb la intenció d'ajudar-vos a comprendre els conceptes bàsics.
