Οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) αποτελούν κρίσιμα στοιχεία στις σύγχρονες ηλεκτρονικές συσκευές. Οι τυποποιημένες μορφές αρχείων λειτουργούν ως η ραχοκοκαλιά για την παραγωγή αποτελεσματικών αποτελεσμάτων σχεδιασμού και κατασκευής. Οι καθιερωμένες μορφές δημιουργούν μια γέφυρα επικοινωνίας μεταξύ των εφαρμογών λογισμικού σχεδιασμού και τόσο των κατασκευαστών PCB όσο και των εγκαταστάσεων συναρμολόγησης.

 Η ομαλή παραγωγή είναι δυνατή μόνο όταν οι ομάδες κατανοούν πλήρως τις τυποποιημένες μορφές αρχείων. Επομένως, σε αυτό το άρθρο, θα διαβάσετε τις βασικές έννοιες των αρχείων σχεδίασης PCB μαζί με τις αντίστοιχες μορφές αρχείων συναρμολόγησης.

Επισκόπηση των μορφών αρχείων σχεδίασης και συναρμολόγησης PCB

Τα αρχεία PCB αποθηκεύουν πολλά είδη βασικών στοιχείων δεδομένων. Για την βασική σας κατανόηση, ας το κάνουμε πιο σαφές. Τα αρχεία PCB φέρουν τέσσερις κύριους τύπους πληροφοριών. Αυτοί είναι:

1. Γεωμετρικά χαρακτηριστικά
2. Λεπτομέρειες εξαρτημάτων
3. Συνδέσεις Netlist,
4. Και οδηγίες παραγωγής.

Γεωμετρικά Δεδομένα

Τα γεωμετρικά δεδομένα περιγράφουν το σχήμα και τη διάταξη της πλακέτας. Ταυτόχρονα, τα δεδομένα των εξαρτημάτων θα καθορίζουν τη θέση και το αποτύπωμα κάθε εξαρτήματος της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB). Στα αρχεία δεδομένων netlist, οι μηχανικοί περιγράφουν τις ηλεκτρικές συνδέσεις που συνδέουν τα εξαρτήματα μεταξύ τους. Τα δεδομένα κατασκευής χρησιμεύουν ως οδηγός για την κατασκευή και τη συναρμολόγηση ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Τα δεδομένα στοιχείων καθορίζουν την τοποθεσία και το αποτύπωμα κάθε στοιχείου στην πλακέτα.

Τυποποίηση

Η τυποποίηση διασφαλίζει τη συμβατότητα. Γι' αυτό, εδώ, ο ρόλος της IPC δεν μπορεί να υπονομευθεί. Γιατί; Επειδή είναι κεντρική οργάνωση. Η IPC ​​(Association Connecting Electronics Industries) αναπτύσσει βιομηχανικά πρότυπα για τα ηλεκτρονικά.

Μέσω αυτής της τυποποίησης, οι οργανισμοί τυποποίησης παρέχουν ενιαίες οδηγίες που επιβάλλουν την ομοιομορφία σε όλες τις δραστηριότητες σχεδιασμού και κατασκευής. Το σύστημα επιτρέπει την ομαλή μεταφορά δεδομένων μεταξύ διαφορετικών προμηθευτών λογισμικού, δημιουργώντας τυποποιημένη συνδεσιμότητα. Τα πρότυπα IPC αποτρέπουν τα σφάλματα, δημιουργώντας παράλληλα προϊόντα καλύτερης ποιότητας.

Μορφές αρχείων σχεδίασης

Η κατασκευή PCB απαιτεί αρχεία σχεδίασης για να λειτουργήσει σωστά. Χρησιμοποιούνται συνήθως διάφορες μορφές.

Α. Αρχεία Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)

Η βιομηχανία βασίζεται σε Αρχεία Gerber ως τυπική μορφή. Υπάρχει μορφή εικόνας για την παραγωγή πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων. Κάθε στρώση PCB λαμβάνει αναπαράσταση μέσω περιγραφών σε διανυσματική γραφική μορφή. Το αρχείο .gbs λειτουργεί για τον εντοπισμό περιοχών όπου δεν πρέπει να εφαρμόζεται συγκόλληση.

 Υπάρχουν και άλλες συνηθισμένες επεκτάσεις. Οι μορφές που περιλαμβάνονται είναι .gto για δεδομένα μεταξοτυπίας από πάνω, .gbo για δεδομένα μεταξοτυπίας από κάτω, καθώς και .gko για προδιαγραφές περιγράμματος πλακέτας και αρχεία .drd που περιέχουν πληροφορίες τρυπανιού.

Η RS-274X είναι μια σύγχρονη μορφή Gerber. Η RS-274D είναι παλαιότερη. Η RS-274X αποδεικνύεται ανώτερη επειδή η δομή της επιτρέπει να περιέχει περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες. Οι πρακτικές ορισμού διαφράγματος αποτελούν μία από τις κύριες διακριτικές πτυχές.

Οι κώδικες D χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό των σχημάτων που είναι απαραίτητα για τη σχεδίαση χαρακτηριστικών σε μορφές Aperture. Οι εικόνες Gerber εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από αυτά τα διαφράγματα για τη διαδικασία δημιουργίας τους. Τα βασικά σχήματα που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό είναι κύκλοι μαζί με ορθογώνια σχήματα παράλληλα με προσαρμοσμένα καθορισμένα πολύγωνα.

Το Extended Gerber (X2) βελτιώνει το RS-274X. Ενσωματώνει πληροφορίες διαφράγματος. Υπάρχουν επίσης δεδομένα netlist. Επιπλέον, απλοποιεί την κατασκευή. Οι χειροκίνητες διαδικασίες μειώνονται μαζί με τα ποσοστά σφαλμάτων.

Β. Αρχεία Eagle (.brd, .sch)

Μία από τις πιο δημοφιλείς επιλογές για λογισμικό σχεδίασης PCB παραμένει το Eagle. Το λογισμικό κερδίζει δημοτικότητα επειδή οι χρήστες το βρίσκουν εύχρηστο στη λειτουργία του. Το σύστημα επεκτείνει τη λειτουργικότητα συμπεριλαμβάνοντας την τοποθέτηση και τη δρομολόγηση των εξαρτημάτων στο πεδίο εφαρμογής του. Οι ηλεκτρικές συνδέσεις γίνονται ορατές μέσω αυτού του συστήματος.

Η αποτελεσματική διαχείριση των βιβλιοθηκών παραμένει μια απαραίτητη πρακτική για τη χρήση του Eagle. Οι βιβλιοθήκες στοιχείων αποθηκεύουν πληροφορίες στοιχείων. Αυτοί οι πόροι καλύπτουν πληροφορίες αποτυπώματος, ορισμούς συμβόλων και ηλεκτρικές δομές δεδομένων. Το σύστημα παρέχει δύο βασικά οφέλη, καθώς δημιουργεί ομοιόμορφα σχέδια, ελαχιστοποιώντας παράλληλα τα κατασκευαστικά λάθη.

Μέσω των Προγραμμάτων Γλώσσας Χρήστη, το Eagle επεκτείνει τις δυνατότητές του. Μπορείτε να εκλάβετε αυτά τα προγράμματα ως εργαλεία scripting που βελτιστοποιούν την αυτοματοποίηση εργασιών. Τι σημαίνει αυτό; Προσθέτουν νέες δυνατότητες. Προσαρμόζουν το λογισμικό. Οι λειτουργίες δημιουργίας BOM και ελέγχου κανόνων σχεδιασμού χρησιμεύουν ως πρακτικά παραδείγματα.

Γ. Αρχεία KiCad (.kicad_pcb, .kicad_sch)

Το πρόγραμμα λογισμικού KiCad λειτουργεί ως λογισμικό σχεδιασμού υλικού ανοιχτού κώδικα για πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων, το οποίο επιδεικνύει ισχυρές δυνατότητες. Η δημοτικότητα αυτού του εργαλείου συνεχίζει να αυξάνεται.

Όλα τα αρχεία έργων KiCad μοιράζονται μια οργανωμένη δομή που διευκολύνει τη διαχείριση και τη συνεργασία. Επομένως, είναι ένα βασικό και κρίσιμο σημείο. Κάθε χρήστης θα πρέπει να κατανοήσει πώς η οργανωτική δομή βελτιστοποιεί τη διαχείριση αρχείων στα έργα. Κάνει τη συνεργασία ευκολότερη.

Οι χρήστες συνεχίζουν να δημιουργούν μια μεγάλη συλλογή από πρόσθετα (plugins) για το λογισμικό KiCad. Τα πρόσθετα (plugins) προσθέτουν πολλές δυνατότητες. Βοηθούν στην εισαγωγή/εξαγωγή δεδομένων. Αυτοματοποιούν τις εργασίες σχεδίασης. Επομένως, το KiCad είναι πολύ ευέλικτο.

Μορφές αρχείων κατασκευής

Η παραγωγή των PCB εξαρτάται από τα αρχεία κατασκευής. Ενσωματώνονται διάφορες μορφές.

Αρχεία Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)

Τα αρχεία Gerber κατέχουν ουσιαστική θέση σε όλες τις διαδικασίες παραγωγής. Κάθε στρώση της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) λαμβάνει τα δεδομένα εικόνας της από αυτά τα αρχεία. Η φυσική πλακέτα κατασκευής εξαρτάται από αυτά τα αρχεία.

Τρυπάνι Αρχεία

Τα αρχεία τρυπανιών είναι επίσης απαραίτητα. Οι σχεδιαστές συνήθως αποθηκεύουν τις οδηγίες του μηχανήματος γεώτρησης σε μορφή Excellon. Αυτά τα αρχεία ελέγχουν τα μηχανήματα γεώτρησης απεικονίζοντας τις θέσεις των οπών. Τα αρχεία τρυπανιών καθορίζουν τόσο τη θέση όσο και τη διάμετρο όλων των οπών.

Μαζί με τα αρχεία Gerber, αυτά τα συστήματα λειτουργούν για να παράγουν ακριβή μοτίβα PCB. Τι θα πετύχετε; Σίγουρα, μια ακριβή τοποθέτηση οπών.

Τα πάνελ κατασκευής συνδέουν πολλαπλά σχέδια PCB σε μία μόνο διευρυμένη δομή πάνελ. Αυτό βελτιστοποιεί τη χρήση υλικού. Βελτιώνει επίσης την αποδοτικότητα της παραγωγής. Οι πληροφορίες διάταξης των πάνελ μπορούν να αποθηκευτούν σε μορφές αρχείων Gerber. Αυτό το σύστημα ενσωματώνει τόσο μεμονωμένες θέσεις PCB όσο και τυχόν απαιτούμενες οπές εργαλείων ή γλωττίδες αποκοπής.

Αρχεία ODB++ (.odb++)

Το ODB++ αντιπροσωπεύει μια πιο ολοκληρωμένη επιλογή μορφής αρχείου κατασκευής. Η μορφή αρχείου ODB++ περιέχει προηγμένες λειτουργίες δεδομένων που επεκτείνονται πέρα ​​από τις απλές οπτικές αναπαραστάσεις σχημάτων.

Τα έξυπνα δεδομένα που είναι διαθέσιμα στο ODB++ ενσωματώνουν πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά των στοιχείων. Για να σας δώσουμε μια πιο σαφή κατανόηση, ας τα κατανοήσουμε με έναν άλλο τρόπο. Παραδείγματα αυτών των έξυπνων δεδομένων είναι:

• Αριθμοί εξαρτημάτων
• Αξίες
• Και ανοχές.

Το αρχείο παρέχει επίσης ονόματα δικτύων. Παρέχει ονόματα δικτύων. Αυτά τα στοιχεία δείχνουν με σαφήνεια πώς συνδέονται ηλεκτρικά τα εξαρτήματα του σχεδιασμού.

Τι θα βρείτε στο σύνολο δεδομένων; Θα λάβετε λεπτομέρειες σχετικά με τα σημεία δοκιμής, καθορίζοντας ακριβείς τοποθεσίες. Εδώ, ο σκοπός είναι να αναλυθεί η απόδοση της συναρμολογημένης πλακέτας κυκλώματος. Αυτές οι λεπτομερείς πληροφορίες μειώνουν την ασάφεια. Η ανθρώπινη ανάλυση καθίσταται λιγότερο σημαντική με αυτήν τη λύση.

Το πλαίσιο ODB++ κάνει τις διαδικασίες CAM πολύ πιο απλές. Παρέχει ένα πλήρες σύνολο δεδομένων. Η τεχνολογία ODB++ μειώνει τον χρόνο προετοιμασίας λειτουργίας του εξοπλισμού κατασκευής. Το σύστημα αποτρέπει πιθανά σφάλματα κατασκευής και συναρμολόγησης.

Γ. Αρχεία IPC-2581 (.2581)

Το IPC-2581 αντιπροσωπεύει μια νεότερη γενιά μορφών αρχείων κατασκευής που αντιπροσωπεύει την τεχνολογική πρόοδο. Η μορφή IPC-2581 υιοθετεί την Extensible Markup Language (XML) ως τη ραχοκοκαλιά της.

Η XML δημιουργεί μορφές αποθήκευσης δομημένων δεδομένων αναγνώσιμες από τον άνθρωπο. Η ευελιξία και η επεκτασιμότητα του IPC-2581 πηγάζουν άμεσα από τον σχεδιασμό του. Όλα τα χαρακτηριστικά της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) περιγράφονται εκτενώς μέσω αυτής της μορφής. Το σύστημα συνδυάζει τόσο τις προδιαγραφές σχεδιασμού όσο και τις διαδικασίες κατασκευής και τις οδηγίες συναρμολόγησης.

Μορφές αρχείων συναρμολόγησης

Επιτυχής Συναρμολόγηση PCB Οι λειτουργίες εξαρτώνται από αρχεία assembly. Ενσωματώνονται αρκετές μορφές.

Α. Αρχεία Καταλόγου Υλικών (BOM) (.csv, .xls, .xlsx)

Τα αρχεία Καταλόγου Υλικών (BOM) δημιουργούν ένα απόθεμα όλων των απαραίτητων στοιχείων για τη διαδικασία συναρμολόγησης. Οι τυπικές μορφές αρχείων BOM αποτελούνται από .csv για Τιμές Διαχωρισμένες με Κόμμα και Υπολογιστικά Φύλλα Excel που αντιπροσωπεύονται από .xls και .xlsx για υπολογιστικά φύλλα Excel Open XML.

Υπάρχουν διαφορετικές παραλλαγές του BOM. Για παράδειγμα, το BOM μηχανικής επικεντρώνεται στις προδιαγραφές σχεδιασμού. Ομοίως, η BOM κατασκευής λεπτομερειών εξαρτημάτων για παραγωγή. Το BOM πωλήσεων επιτρέπει την πρόσβαση σε λεπτομέρειες κόστους μαζί με οδηγίες παραγγελίας.

Οι λεπτομέρειες σχετικά με τα εξαρτήματα συσκευασίας έχουν σημασία στη δομή του BOM. Η τεκμηρίωση περιλαμβάνει λεπτομέρειες σχετικά με τις μορφές συσκευασίας εξαρτημάτων όπως SOIC και QFP, μαζί με τα μεγέθη και τους αριθμούς εξαρτημάτων προμηθευτή.

Β. Αρχεία επιλογής και τοποθέτησης (.csv, .txt)

Οι αυτοματοποιημένες μηχανές συναρμολόγησης βασίζονται σε αρχεία Pick-and-Place για τις λειτουργίες τους. Το σύστημα λαμβάνει οδηγίες από αυτά τα αρχεία σχετικά με το ποιο στοιχείο πηγαίνει σε κάθε καθορισμένη τοποθεσία. Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν συνήθως αρχεία .csv μαζί με αρχεία .txt (απλό κείμενο) ως τυπικές μορφές τους.

Τα αρχεία Pick-and-Place έχουν παραλλαγές. Κάθε μοντέλο μηχανής συναρμολόγησης απαιτεί μοναδικές παραλλαγές στις ρυθμίσεις του. Κάθε αρχείο Pick-and-Place περιέχει πληροφορίες τοποθέτησης εξαρτήματος X/Y μαζί με οδηγίες περιστροφής και προσδιοριστές αναφοράς.

Μικροί στόχοι, γνωστοί ως εμπιστευτικοί δείκτες, εμφανίζονται στις πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB). Η μηχανή συναρμολόγησης επιτυγχάνει ακριβή ευθυγράμμιση χάρη σε αυτά τα εξαρτήματα. Η αυτοματοποιημένη συναρμολόγηση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τους δείκτες για τη σωστή λειτουργία της.

Γ. Σχέδια Συναρμολόγησης (.pdf, .dwg)

Οπτικές οδηγίες για την καθοδήγηση των διαδικασιών συναρμολόγησης μπορείτε να βρείτε στα σχέδια συναρμολόγησης. Μια τυπική μορφή αρχείου για την τεκμηρίωση συναρμολόγησης περιλαμβάνει το .pdf για το Portable Document Format και το .dwg για το AutoCAD Drawing.

Υπάρχουν διαθέσιμα διάφορα είδη σχεδίων συναρμολόγησης. Η θέση κάθε εξαρτήματος παρουσιάζεται μέσω σχεδίων τοποθέτησης εξαρτημάτων. Οι αναλυτικές όψεις δείχνουν τη διαμόρφωση συναρμολόγησης των εξαρτημάτων.

Ζητήματα μετατροπής και συμβατότητας

Οι μετατροπές αρχείων PCB δημιουργούν πολλά προβλήματα. Ειδικά εργαλεία βοηθούν στη μετατροπή. Το GerbView χειρίζεται αρχεία Gerber. Τα προγράμματα προβολής ODB++ ελέγχουν δεδομένα ODB++.

Η διαδικασία μετατροπής ενέχει τον κίνδυνο απώλειας δεδομένων. Υπάρχουν κίνδυνοι απώλειας δεδομένων και αλλοίωσης σε αυτές τις πληροφορίες. Αυτό μπορεί να προκαλέσει κατασκευαστικά σφάλματα. Ο έλεγχος των αποτελεσμάτων μετά τη μετατροπή απαιτεί ιδιαίτερη προσοχή στη διαδικασία.

Η αποτελεσματική διαχείριση αρχείων εξαρτάται από τα συστήματα ελέγχου εκδόσεων. Το Git παρακολουθεί τις αλλαγές στα αρχεία. Οι χρήστες του Git θα γνωρίζουν πάντα ποια έκδοση χρησιμοποιούν, επειδή το σύστημα παρακολουθεί με ακρίβεια τις αλλαγές στα αρχεία. Το εργαλείο διασφαλίζει ότι όλοι οι χρήστες έχουν πρόσβαση στη σωστή έκδοση αρχείου.

Βέλτιστες πρακτικές για εργασία με μορφές αρχείων PCB

Αρκετές βέλτιστες πρακτικές λειτουργούν για την προστασία των μορφών αρχείων PCB από προβλήματα.

Απόδειξη με έγγραφα

Η τεκμηρίωση της στοίβαξης στρώσεων παραμένει απαραίτητη για την κατασκευή PCB. Αυτό το έγγραφο καθορίζει τόσο τα υλικά όσο και την ακολουθία των στρώσεων που βρίσκονται σε ένα σχέδιο PCB. Οι κατασκευαστές χρειάζονται πρόσβαση σε αυτές τις πληροφορίες πριν μπορέσουν να προχωρήσουν.

Η τεκμηρίωση κρατά όλους ενήμερους σχετικά με τα υλικά των στρώσεων, έτσι ώστε η τελική κατασκευή της σανίδας να αποφεύγει λάθη. Να θυμάστε ότι η τεκμηρίωση θα πρέπει να περιλαμβάνει:

1. Η σειρά κάθε επιπέδου (π.χ., επάνω σήμα, επίπεδο γείωσης, επίπεδο ισχύος, κάτω σήμα).
2. Υλικό κάθε στρώσης (π.χ., FR-4, prepreg, χαλκός).
3. Το πάχος κάθε στρώσης.
4. Το συνολικό πάχος της σανίδας.

DRCS

Οι Έλεγχοι Κανόνων Σχεδιασμού (DRC) λειτουργούν ως αυτοματοποιημένες διαδικασίες επαλήθευσης που λειτουργούν μέσω πλατφορμών λογισμικού σχεδιασμού. Εντοπίζουν ελαττώματα σχεδιασμού. Προβλήματα κατασκευής ενδέχεται να προκύψουν από εντοπισμένα ελαττώματα σχεδιασμού.

Η έναρξη των Ελέγχων Κανόνων Σχεδιασμού (DRC) κατά τα πρώτα στάδια της φάσης σχεδιασμού δημιουργεί σημαντικά οφέλη. Οι Έλεγχοι Κανόνων Σχεδιασμού βοηθούν στην αποφυγή δαπανηρών διορθώσεων και στη μείωση του χρόνου σχεδιασμού. Παραδείγματα ελέγχων DRC περιλαμβάνουν:

• Πλάτος και απόσταση ίχνους.
• Μέσω μεγέθους και απόστασης.
• Διάκενο μεταξύ των εξαρτημάτων και της άκρης της πλακέτας.
• Μέγεθος δακτυλίου σε σχήμα δακτυλίου γύρω από οπές διέλευσης και διαμπερείς οπές.

Η διατήρηση διαφανούς διαλόγου με τους κατασκευαστές αποδεικνύεται εξαιρετικά σημαντική. Αυτή η προσέγγιση μειώνει τις αποτυχίες επικοινωνίας, γεγονός που οδηγεί σε αποτελεσματικά αποτελέσματα παραγωγής. Οι βασικές πληροφορίες που πρέπει να επικοινωνούνται περιλαμβάνουν:

Λεπτομέρειες στοίβαξης στρώσεων.

Κρίσιμες διαστάσεις και ανοχές. Αυτές καθορίζουν αποδεκτές διακυμάνσεις στο μέγεθος και το σχήμα.

Οποιεσδήποτε ειδικές απαιτήσεις κατασκευής. Αυτή η προδιαγραφή πλακέτας χρησιμοποιεί ακριβή φινιρίσματα επιφάνειας μαζί με χαρακτηριστικά ελέγχου σύνθετης αντίστασης και διατηρεί ελεγχόμενα βάθη διάτρησης.

Προτιμώμενες μορφές αρχείων. Επιλέγοντας αυτές τις προτιμώμενες μορφές αρχείων, επιτυγχάνετε απρόσκοπτη συμβατότητα, εξαλείφοντας παράλληλα τον κίνδυνο προβλημάτων μετατροπής μορφής.

Η τεκμηρίωση πρέπει να περιλαμβάνει συγκεκριμένες οδηγίες ή παρατηρήσεις σχεδιασμού. Αυτές οι πληροφορίες περιγράφουν τα βασικά εξαρτήματα και τον τρόπο συναρμολόγησής τους.

Τακτική επικοινωνία

Τακτική επικοινωνία κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής. Η τακτική επικοινωνία αποτρέπει προβλήματα και ερωτήσεις από την κατασκευή.

Συμπέρασμα

Η κατασκευή πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB) απαιτεί τυποποιημένες μορφές αρχείων για να λειτουργήσει σωστά. Η κατανόηση αυτών των μορφών είναι ζωτικής σημασίας. Επιπλέον, οι βέλτιστες πρακτικές είναι απαραίτητες. Η διατήρηση σαφούς επικοινωνίας με τους κατασκευαστές αποτελεί ένα από τα βασικά σας καθήκοντα. Η εκτέλεση πλήρων επικυρώσεων μαζί με τον προσεκτικό έλεγχο έκδοσης βοηθά στην πρόληψη σφαλμάτων. Το άρθρο γράφτηκε με σκοπό να σας βοηθήσει να κατανοήσετε τις βασικές έννοιες.