Dosky plošných spojov (PCB) predstavujú kľúčové prvky v súčasných elektronických zariadeniach. Štandardizované formáty súborov pôsobia ako chrbtica pre dosiahnutie efektívnych výsledkov v oblasti návrhu a výroby. Zavedené formáty vytvárajú komunikačný most medzi softvérovými aplikáciami pre návrh a výrobcami dosiek plošných spojov, ako aj ich montážnymi zariadeniami.
Plynulá výroba je možná len vtedy, keď tímy plne rozumejú štandardizovaným formátom súborov. Preto si v tomto článku prečítate základné koncepty súborov návrhu dosiek plošných spojov spolu s ich zodpovedajúcimi formátmi súborov zostáv.
Obsah
Prehľad formátov súborov pre návrh a montáž dosiek plošných spojov
Súbory PCB uchovávajú viacero druhov základných dátových prvkov. Pre vaše základné pochopenie si to teda objasníme. Súbory PCB obsahujú štyri hlavné typy informácií. Sú to:
- Geometrické charakteristiky
- Špecifiká komponentov
- Pripojenia netlistu,
- A výrobné pokyny.
Geometrické údaje
Geometrické údaje opisujú tvar a rozloženie dosky plošných spojov. Zároveň údaje o súčiastkach špecifikujú umiestnenie a rozmery každej súčiastky na doske plošných spojov. V súboroch s údajmi netlist inžinieri opisujú elektrické pripojenia, ktoré spájajú súčiastky. Výrobné údaje slúžia ako sprievodca pre stavbu a montáž elektronických súčiastok.
Údaje o komponentoch určujú umiestnenie a rozmery každého komponentu na doske.
štandardizácia
Štandardizácia zabezpečuje kompatibilitu. Preto v tomto prípade nemožno podceňovať úlohu IPC. Prečo? Pretože je to ústredná organizácia. IPC (Association Connecting Electronics Industries) vyvíja priemyselné štandardy pre elektroniku.
Prostredníctvom tejto štandardizácie poskytujú organizácie jednotné pokyny, ktoré presadzujú jednotnosť v rámci konštrukčných a výrobných činností. Systém umožňuje plynulý prenos údajov medzi rôznymi dodávateľmi softvéru vytvorením štandardnej konektivity. Normy IPC zabraňujú chybám a zároveň vytvárajú kvalitnejšie produkty.
Formáty návrhových súborov
Výroba DPS vyžaduje pre správne fungovanie návrhové súbory. Bežne sa používa niekoľko formátov.
A. Súbory Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)
Priemysel sa spolieha na Súbory Gerber ako štandardný formát. Na výrobu dosiek plošných spojov existuje obrazový formát. Každá vrstva dosky plošných spojov je reprezentovaná prostredníctvom popisov vektorového grafického formátu. Súbor .gbs slúži na identifikáciu oblastí, kde by sa nemala aplikovať spájka.
Existujú aj ďalšie bežné prípony. Medzi zahrnuté formáty patria .gto pre horné sieťotlačové dáta, .gbo pre spodné sieťotlačové dáta, ako aj .gko pre špecifikácie obrysu dosky a súbory .drd, ktoré obsahujú informácie o vŕtaní.
RS-274X je moderný Gerberov formát. RS-274D je starší. RS-274X sa ukazuje ako lepší, pretože jeho štruktúra mu umožňuje obsahovať viac užitočných informácií. Postupy definovania apertúry predstavujú jeden z hlavných rozlišovacích aspektov.
D-kódy sa používajú na určenie tvarov dôležitých pre kreslenie prvkov vo formátoch Aperture. Obrázky Gerber sú pri svojom procese tvorby úplne závislé od týchto otvorov. Základné tvary používané v dizajne sú kruhy spolu s obdĺžnikovými tvarmi a vlastnoručne definovanými polygónmi.
Rozšírený Gerber (X2) je vylepšením RS-274X. Obsahuje informácie o clone. Obsahuje aj údaje o netlistoch. Navyše zjednodušuje výrobu. Znižuje manuálne procesy spolu s chybovosťou.
B. Súbory Eagle (.brd, .sch)
Jednou z obľúbených možností softvéru pre návrh dosiek plošných spojov zostáva Eagle. Softvér získava na popularite, pretože používatelia ho považujú za intuitívny na používanie. Systém rozširuje funkčnosť tým, že do svojho rozsahu zahŕňa aj umiestňovanie a smerovanie súčiastok. Elektrické pripojenia sú vďaka tomuto systému viditeľné.
Efektívna správa knižníc zostáva základnou praxou pri používaní systému Eagle. Knižnice komponentov uchovávajú informácie o komponentoch. Tieto zdroje zahŕňajú informácie o rozmeroch, definície symbolov a štruktúry elektrických údajov. Systém poskytuje dve kľúčové výhody, pretože generuje jednotné návrhy a zároveň minimalizuje výrobné chyby.
Prostredníctvom programov v používateľskom jazyku rozširuje Eagle svoje možnosti. Tieto programy môžete používať ako skriptovacie nástroje, ktoré zefektívňujú automatizáciu úloh. Čo to znamená? Pridávajú nové funkcie. Prispôsobujú softvér. Funkcie generovania kusovníka a kontroly pravidiel návrhu slúžia ako praktické príklady.
C. Súbory KiCad (.kicad_pcb, .kicad_sch)
Softvérový program KiCad funguje ako open-source softvér na návrh hardvéru pre dosky plošných spojov, ktorý preukazuje výkonné možnosti. Popularita tohto nástroja neustále rastie.
Všetky súbory projektov KiCad zdieľajú organizovanú štruktúru, ktorá uľahčuje správu a spoluprácu. Je to teda základný a kritický bod. Každý používateľ by mal pochopiť, ako organizačná štruktúra zefektívňuje správu súborov v projektoch. Uľahčuje spoluprácu.
Používatelia naďalej vytvárajú rozsiahlu kolekciu pluginov pre softvér KiCad. Pluginy pridávajú mnoho funkcií. Pomáhajú s importom/exportom údajov. Automatizujú úlohy návrhu. Preto je KiCad veľmi všestranný.
Formáty výrobných súborov
Výroba dosiek plošných spojov závisí od výrobných súborov. Je zahrnutých niekoľko formátov.
Súbory Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)
Súbory Gerber majú zásadné postavenie vo výrobných operáciách. Každá vrstva dosky plošných spojov získava svoje obrazové dáta z týchto súborov. Výroba fyzickej dosky plošných spojov je od týchto súborov závislá.
Vŕtacie súbory
Súbory s vŕtačkami sú tiež dôležité. Konštruktéri zvyčajne ukladajú pokyny pre vŕtačky vo formáte Excellon. Tieto súbory riadia vŕtačky znázornením umiestnenia otvorov. Súbory s vŕtačkami určujú polohu aj priemer všetkých otvorov.
Spolu so súbormi Gerber tieto systémy fungujú na vytváraní presných vzorov dosiek plošných spojov. Čo získate? Rozhodne presné umiestnenie otvorov.
Výrobné panely spájajú viacero návrhov dosiek plošných spojov v rámci jednej zväčšenej štruktúry panela. To optimalizuje využitie materiálu. Zvyšuje sa tiež efektivita výroby. Informácie o usporiadaní panelov je možné uložiť do súborov formátu Gerber. Tento systém zahŕňa jednotlivé pozície dosiek plošných spojov aj všetky potrebné otvory pre nástroje alebo odlamovacie výstupky.
Súbory ODB++ (.odb++)
ODB++ predstavuje komplexnejšiu možnosť formátu súborov pre výrobu. Formát súborov ODB++ obsahuje pokročilé dátové funkcie, ktoré presahujú rámec jednoduchých vizuálnych reprezentácií tvarov.
Inteligentné dáta dostupné v ODB++ zapuzdrujú informácie o atribútoch komponentov. Pre lepšiu predstavu si to rozoberieme inak. Príklady týchto inteligentných dát znamenajú:
- Čísla dielov
- hodnoty
- A tolerancie.
Súbor tiež poskytuje názvy sietí. Tieto prvky jasne ukazujú, ako sú komponenty v rámci návrhu elektricky prepojené.
Čo nájdete v súbore údajov? Získate podrobnosti o testovacích bodoch s presným určením ich umiestnenia. Cieľom je analyzovať výkon zostavenej dosky plošných spojov. Tieto podrobné informácie znižujú nejednoznačnosť. Ľudská analýza sa pri tomto riešení stáva menej dôležitou.
Rámec ODB++ značne zjednodušuje procesy CAM. Poskytuje kompletný súbor údajov. Technológia ODB++ skracuje čas potrebný na prípravu prevádzky výrobného zariadenia. Systém predchádza potenciálnym chybám pri výrobe a montáži.
C. Súbory IPC-2581 (.2581)
IPC-2581 predstavuje novšiu generáciu formátov výrobných súborov, ktorá predstavuje technologický pokrok. Formát IPC-2581 používa ako svoju chrbticu jazyk XML (Extensible Markup Language).
XML vytvára ľudsky čitateľné štruktúrované formáty na ukladanie dát. Flexibilita a rozšíriteľnosť IPC-2581 vyplýva priamo z jeho dizajnu. Všetky charakteristiky dosky plošných spojov dostávajú prostredníctvom tohto formátu komplexné popisy. Systém kombinuje špecifikácie dizajnu s výrobnými procesmi a montážnymi pokynmi.
Formáty súborov zostáv
Úspešný Montáž DPS operácie závisia od súborov zostavy. Je zahrnutých niekoľko formátov.
A. Súbory s kusovníkom (BOM) (.csv, .xls, .xlsx)
Súbory kusovníka (BOM) vytvárajú zoznam všetkých potrebných komponentov pre proces montáže. Štandardné formáty súborov BOM pozostávajú z formátu .csv pre hodnoty oddelené čiarkou a tabuľkových hárkov programu Excel vo formáte .xls a .xlsx pre tabuľkové hárky programu Excel vo formáte Open XML.
Existujú rôzne variácie kusovníka. Napríklad technický kusovník sa zameriava na konštrukčné špecifikácie. Podobne výrobný kusovník podrobne opisuje komponenty pre výrobu. Predajný kusovník umožňuje prístup k podrobnostiam o nákladoch spolu s pokynmi k objednávke.
Podrobnosti o balení komponentov sú v štruktúre kusovníka dôležité. Dokumentácia obsahuje podrobnosti o formách balenia komponentov, ako sú SOIC a QFP, spolu s ich rozmermi a číslami dielov od dodávateľa.
B. Súbory Pick-and-Place (.csv, .txt)
Automatizované montážne stroje sa pri svojej činnosti spoliehajú na súbory Pick-and-Place. Systém z týchto súborov dostáva pokyny o tom, ktorý komponent ide na každé určené miesto. Stavitelia bežne používajú súbory .csv spolu so súbormi .txt (obyčajný text) ako svoje štandardné formáty.
Súbory Pick-and-Place majú rôzne variácie. Každý model montážneho stroja vyžaduje jedinečné variácie v nastaveniach. Každý súbor Pick-and-Place obsahuje informácie o umiestnení komponentov X/Y spolu s pokynmi na otáčanie a referenčnými značkami.
Na doskách plošných spojov (PCB) sa nachádzajú malé terče známe ako referenčné značky. Vďaka týmto komponentom dosahuje montážny stroj presné zarovnanie. Automatizovaná montáž je pre správnu prevádzku vo veľkej miere závislá od značiek.
C. Montážne výkresy (.pdf, .dwg)
Vizuálne pokyny na usmernenie montážnych procesov možno nájsť v montážnych výkresoch. Typický formát súboru pre montážnu dokumentáciu zahŕňa .pdf pre formát prenosných dokumentov a .dwg pre výkresy v AutoCADe.
K dispozícii je niekoľko druhov montážnych výkresov. Poloha každého komponentu je znázornená pomocou výkresov umiestnenia komponentov. Rozložené pohľady znázorňujú konfiguráciu montáže dielov.
Problémy s konverziou a kompatibilitou
Konverzie súborov PCB spôsobujú množstvo problémov. S konverziou pomáhajú špecifické nástroje. GerbView spracováva súbory Gerber. Prehliadače ODB++ prezerajú dáta ODB++.
Proces konverzie nesie riziko straty údajov. V týchto informáciách existujú riziká straty a poškodenia údajov. To môže spôsobiť výrobné chyby. Kontrola výsledkov po konverzii si vyžaduje starostlivú pozornosť.
Efektívna správa súborov závisí od systémov správy verzií. Git sleduje zmeny súborov. Používatelia Gitu budú vždy vedieť, ktorú verziu používajú, pretože systém presne sleduje zmeny súborov. Nástroj zabezpečuje, aby všetci používatelia pristupovali k správnej verzii súboru.
Najlepšie postupy pre prácu s formátmi súborov PCB
Na ochranu formátov súborov PCB pred problémami slúži niekoľko osvedčených postupov.
dokumentácia
Dokumentácia o vrstve zostáva nevyhnutná pre výrobu dosiek plošných spojov. Tento dokument špecifikuje materiály aj poradie vrstiev nachádzajúcich sa v návrhu dosky plošných spojov. Výrobcovia potrebujú prístup k týmto informáciám predtým, ako môžu pokračovať.
Dokumentácia udržiava všetkých informovaných o materiáloch vrstiev, aby sa pri konečnej konštrukcii dosky predišlo chybám. Nezabudnite, že dokumentácia by mala obsahovať:
- Poradie každej vrstvy (napr. vrchný signál, uzemňovacia rovina, napájacia rovina, spodný signál).
- Materiál každej vrstvy (napr. FR-4, prepreg, meď).
- Hrúbka každej vrstvy.
- Celková hrúbka dosky.
DRCS
Kontroly pravidiel návrhu (DRC) slúžia ako automatizované overovacie procesy, ktoré fungujú prostredníctvom platforiem návrhového softvéru. Nachádzajú chyby v návrhu. Z identifikovaných chýb v návrhu môžu vzniknúť problémy s výrobou.
Začatie kontrol pravidiel návrhu (DRC) v počiatočných fázach fázy návrhu prináša významné výhody. Kontroly pravidiel návrhu pomáhajú vyhnúť sa nákladným opravám a skrátiť čas návrhu. Medzi príklady kontrol DRC patria:
- Šírka a rozstup stôp.
- Prostredníctvom veľkosti a rozstupov.
- Vzdialenosť medzi súčiastkami a okrajom dosky.
- Veľkosť prstencového krúžku okolo priechodných otvorov a prechodových otvorov.
Ukazuje sa, že udržiavanie transparentných dialógov s výrobcami má veľký význam. Tento prístup znižuje komunikačné zlyhania, čo vedie k efektívnym výsledkom výroby. Medzi základné informácie, ktoré je potrebné komunikovať, patria:
Detaily vrstveného vrstvenia.
Kritické rozmery a tolerancie. Tieto špecifikujú prijateľné odchýlky veľkosti a tvaru.
Akékoľvek špeciálne výrobné požiadavky. Táto špecifikácia dosky využíva presné povrchové úpravy spolu s funkciami riadenia impedancie a udržiava kontrolované hĺbky vŕtania.
Preferované formáty súborov. Výberom týchto preferovaných formátov súborov dosiahnete bezproblémovú kompatibilitu a zároveň eliminujete riziko problémov s konverziou formátu.
Dokumentácia musí obsahovať konkrétne pokyny alebo poznámky k návrhu. Tieto informácie opisujú základné komponenty a spôsob ich montáže.
Pravidelná komunikácia
Pravidelná komunikácia počas výrobného procesu. Pravidelná komunikácia zabraňuje problémom a otázkam vo výrobe.
Záver
Výroba dosiek plošných spojov potrebuje pre správne fungovanie štandardizované formáty súborov. Pochopenie týchto formátov je kľúčové. Okrem toho sú nevyhnutné osvedčené postupy. Udržiavanie jasnej komunikácie s výrobcami je jednou z vašich základných úloh. Vykonávanie úplných validácií spolu s dôkladnou kontrolou verzií pomáha predchádzať chybám. Článok bol napísaný s cieľom pomôcť vám pochopiť základné koncepty.
