แผงวงจรพิมพ์ (PCB) เป็นองค์ประกอบสำคัญในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคใหม่ รูปแบบไฟล์มาตรฐานทำหน้าที่เป็นกระดูกสันหลังในการผลิตผลงานการออกแบบและการผลิตที่มีประสิทธิภาพ รูปแบบที่กำหนดขึ้นจะสร้างสะพานการสื่อสารระหว่างแอปพลิเคชันซอฟต์แวร์การออกแบบและผู้ผลิต PCB และสถานที่ประกอบ

 การผลิตที่ราบรื่นจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อทีมงานเข้าใจรูปแบบไฟล์มาตรฐานอย่างถ่องแท้ ดังนั้น ในบทความนี้ คุณจะได้อ่านแนวคิดพื้นฐานของไฟล์การออกแบบ PCB พร้อมรูปแบบไฟล์ประกอบที่เกี่ยวข้อง

ภาพรวมของการออกแบบ PCB และรูปแบบไฟล์การประกอบ

ไฟล์ PCB เก็บข้อมูลสำคัญหลายประเภท เพื่อให้เข้าใจพื้นฐานได้ดีขึ้น เรามาอธิบายให้ชัดเจนขึ้น ไฟล์ PCB มีข้อมูลหลักอยู่ 4 ประเภท ได้แก่:

1. ลักษณะทางเรขาคณิต
2. ข้อมูลจำเพาะของส่วนประกอบ
3. การเชื่อมต่อเน็ตลิสต์
4. และแนวทางปฏิบัติในการผลิต

ข้อมูลเรขาคณิต

ข้อมูลทางเรขาคณิตจะอธิบายรูปร่างและเค้าโครงของบอร์ด ในเวลาเดียวกัน ข้อมูลส่วนประกอบจะระบุตำแหน่งและพื้นที่ของส่วนประกอบแต่ละชิ้นของ PCB ในไฟล์ข้อมูลเน็ตลิสต์ วิศวกรจะอธิบายการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เชื่อมโยงส่วนประกอบต่างๆ เข้าด้วยกัน ข้อมูลการผลิตทำหน้าที่เป็นคู่มือสำหรับการสร้างและประกอบส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์

ข้อมูลส่วนประกอบระบุตำแหน่งและขนาดของแต่ละส่วนประกอบบนบอร์ด

มาตรฐาน

การสร้างมาตรฐานช่วยให้เกิดความเข้ากันได้ ดังนั้น บทบาทของ IPC จึงไม่สามารถถูกลดทอนลงได้ เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น เพราะ IPC เป็นองค์กรกลาง IPC (Association Connecting Electronics Industries) พัฒนามาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

องค์กรต่างๆ จัดทำแนวทางปฏิบัติที่เป็นหนึ่งเดียวเพื่อบังคับใช้มาตรฐานเดียวกันตลอดการออกแบบและการผลิต ระบบนี้ช่วยให้ถ่ายโอนข้อมูลระหว่างผู้จำหน่ายซอฟต์แวร์ต่างๆ ได้อย่างราบรื่นด้วยการสร้างมาตรฐานการเชื่อมต่อ มาตรฐาน IPC ป้องกันข้อผิดพลาดขณะสร้างผลิตภัณฑ์ที่มีคุณภาพดีกว่า

รูปแบบไฟล์การออกแบบ

การผลิต PCB ต้องใช้ไฟล์การออกแบบจึงจะทำงานได้อย่างถูกต้อง โดยทั่วไปจะใช้ไฟล์หลายรูปแบบ

ก. ไฟล์ Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)

อุตสาหกรรมนี้ใช้ไฟล์ Gerberเป็นรูปแบบมาตรฐาน ไฟล์รูปแบบภาพนี้มีไว้สำหรับการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ แต่ละชั้นของแผ่นวงจรพิมพ์จะถูกแสดงด้วยคำอธิบายในรูปแบบกราฟิกเวกเตอร์ ไฟล์ .gbs ทำหน้าที่ระบุพื้นที่ที่ไม่ควรบัดกรี

 มีนามสกุลไฟล์อื่นๆ ที่ใช้กันทั่วไป เช่น .gto สำหรับข้อมูลซิลค์สกรีนด้านบน .gbo สำหรับข้อมูลซิลค์สกรีนด้านล่าง รวมทั้ง .gko สำหรับรายละเอียดโครงร่างบอร์ด และไฟล์ .drd ที่มีข้อมูลการเจาะ

RS-274X เป็นรูปแบบ Gerber ที่ทันสมัย ​​RS-274D เป็นแบบเก่ากว่า RS-274X พิสูจน์แล้วว่าเหนือกว่าเพราะโครงสร้างช่วยให้บรรจุข้อมูลที่มีประโยชน์ได้มากขึ้น แนวทางการกำหนดช่องรับแสงเป็นหนึ่งในลักษณะเด่นหลัก

D-code ถูกใช้เพื่อสร้างรูปร่างที่สำคัญสำหรับการวาดฟีเจอร์ในรูปแบบ Aperture รูปภาพของ Gerber จะขึ้นอยู่กับช่องรับแสงเหล่านี้โดยสิ้นเชิงสำหรับกระบวนการสร้าง รูปร่างพื้นฐานที่ใช้ในการออกแบบคือวงกลมและรูปทรงสี่เหลี่ยมผืนผ้าควบคู่ไปกับรูปหลายเหลี่ยมที่กำหนดเอง

Extended Gerber (X2) ปรับปรุง RS-274X โดยฝังข้อมูลช่องรับแสงไว้ นอกจากนี้ยังมีข้อมูลเน็ตลิสต์ด้วย นอกจากนี้ยังทำให้การผลิตง่ายขึ้น กระบวนการแบบแมนนวลลดลงพร้อมกับอัตราข้อผิดพลาด

ไฟล์ B. Eagle (.brd, .sch)

ซอฟต์แวร์ออกแบบ PCB ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดตัวหนึ่งยังคงเป็น Eagle ซอฟต์แวร์นี้ได้รับความนิยมเนื่องจากผู้ใช้พบว่าใช้งานง่าย ระบบขยายการใช้งานโดยรวมการจัดวางและการเดินสายส่วนประกอบไว้ในขอบข่าย ทำให้มองเห็นการเชื่อมต่อไฟฟ้าได้ผ่านระบบนี้

การจัดการไลบรารีอย่างมีประสิทธิภาพยังคงเป็นแนวทางปฏิบัติที่สำคัญสำหรับการใช้ Eagle ไลบรารีส่วนประกอบจะจัดเก็บข้อมูลส่วนประกอบ ทรัพยากรเหล่านี้ครอบคลุมถึงข้อมูลฟุตพริ้นท์ คำจำกัดความของสัญลักษณ์ และโครงสร้างข้อมูลไฟฟ้า ระบบนี้ให้ประโยชน์หลักสองประการ เนื่องจากสามารถสร้างการออกแบบที่สม่ำเสมอและลดข้อผิดพลาดในการผลิตให้เหลือน้อยที่สุด

ด้วยโปรแกรมภาษาผู้ใช้ Eagle ขยายขีดความสามารถของมัน คุณสามารถใช้โปรแกรมเหล่านี้เป็นเครื่องมือสคริปต์ที่ปรับปรุงการทำงานอัตโนมัติของงาน ความหมายของมันคืออะไร? โปรแกรมเหล่านี้เพิ่มคุณสมบัติใหม่ ปรับแต่งซอฟต์แวร์ การสร้าง BOM และฟังก์ชันการตรวจสอบกฎการออกแบบทำหน้าที่เป็นตัวอย่างในทางปฏิบัติ

C. ไฟล์ KiCad (.kicad_pcb, .kicad_sch)

โปรแกรมซอฟต์แวร์ KiCad ทำหน้าที่เป็นซอฟต์แวร์ออกแบบฮาร์ดแวร์โอเพ่นซอร์สสำหรับแผงวงจรพิมพ์ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความสามารถอันทรงพลัง ความนิยมของเครื่องมือนี้ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

ไฟล์โครงการ KiCad ทั้งหมดมีโครงสร้างที่จัดระเบียบร่วมกันซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการจัดการและการทำงานร่วมกัน ดังนั้นจึงถือเป็นจุดพื้นฐานและสำคัญ ผู้ใช้ทุกคนควรเข้าใจว่าโครงสร้างองค์กรช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการไฟล์ในโครงการอย่างไร ซึ่งจะทำให้การทำงานร่วมกันง่ายขึ้น

ผู้ใช้ยังคงสร้างปลั๊กอินจำนวนมากสำหรับซอฟต์แวร์ KiCad ปลั๊กอินเพิ่มคุณสมบัติมากมาย ปลั๊กอินช่วยในการนำเข้า/ส่งออกข้อมูล ช่วยทำให้การออกแบบเป็นอัตโนมัติ ดังนั้น KiCad จึงมีความยืดหยุ่นมาก

รูปแบบไฟล์การผลิต

การผลิต PCB ขึ้นอยู่กับไฟล์การผลิต มีการรวมไฟล์หลายรูปแบบ

ไฟล์ Gerber (.gtl, .gbl, .gts, .gbs)

ไฟล์ Gerber มีความสำคัญอย่างยิ่งตลอดขั้นตอนการผลิต โดยแต่ละชั้นของ PCB จะได้รับข้อมูลภาพจากไฟล์เหล่านี้ แผงวงจรหลักในการผลิตจะขึ้นอยู่กับไฟล์เหล่านี้

ตะไบเจาะ

ไฟล์เจาะก็มีความจำเป็นเช่นกัน นักออกแบบมักจะบันทึกคำแนะนำเกี่ยวกับเครื่องเจาะไว้ในรูปแบบ Excellon ไฟล์เหล่านี้ควบคุมเครื่องเจาะโดยแสดงตำแหน่งของรู ไฟล์เจาะจะกำหนดทั้งตำแหน่งและเส้นผ่านศูนย์กลางของรูทั้งหมด

ระบบเหล่านี้ทำงานร่วมกันเพื่อสร้างรูปแบบ PCB ที่แม่นยำเมื่อใช้ไฟล์ Gerber สิ่งที่คุณจะได้รับ? แน่นอน คือการวางตำแหน่งรูที่แม่นยำ

แผงการผลิตเชื่อมต่อการออกแบบ PCB หลายแบบภายในโครงสร้างแผงขยายเดียว ซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการใช้สื่อ และยังช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตอีกด้วย ข้อมูลการจัดเรียงแผงสามารถจัดเก็บไว้ในรูปแบบไฟล์ Gerber ระบบนี้รวมทั้งตำแหน่ง PCB แต่ละตัวและรูเครื่องมือหรือแท็บแยกที่จำเป็น

ไฟล์ ODB++ (.odb++)

ODB++ เป็นตัวเลือกรูปแบบไฟล์การผลิตที่สมบูรณ์แบบยิ่งขึ้น รูปแบบไฟล์ ODB++ มีคุณลักษณะข้อมูลขั้นสูงที่ขยายขอบเขตไปไกลกว่าการแสดงภาพรูปทรงแบบธรรมดา

ข้อมูลอัจฉริยะที่มีอยู่ใน ODB++ จะรวมข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติของส่วนประกอบต่างๆ ไว้ด้วยกัน เพื่อให้คุณเข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้น เราลองมาทำความเข้าใจในอีกวิธีหนึ่ง ตัวอย่างของข้อมูลอัจฉริยะนี้ได้แก่:

• หมายเลขชิ้นส่วน
• ความคุ้มค่า
• และความคลาดเคลื่อน

ไฟล์ดังกล่าวยังระบุชื่อเครือข่ายด้วย โดยระบุชื่อเครือข่าย องค์ประกอบเหล่านี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าส่วนประกอบต่างๆ ภายในการออกแบบเชื่อมต่อทางไฟฟ้าอย่างไร

คุณจะพบอะไรในชุดข้อมูล คุณจะได้รับรายละเอียดเกี่ยวกับจุดทดสอบซึ่งระบุตำแหน่งที่ชัดเจน ที่นี่ จุดประสงค์คือเพื่อวิเคราะห์ประสิทธิภาพของแผงวงจรที่ประกอบขึ้น ข้อมูลโดยละเอียดนี้จะช่วยลดความคลุมเครือ การวิเคราะห์โดยมนุษย์มีความสำคัญน้อยลงด้วยโซลูชันนี้

กรอบงาน ODB++ ทำให้กระบวนการ CAM ง่ายขึ้นมาก โดยให้ชุดข้อมูลที่สมบูรณ์ เทคโนโลยี ODB++ ช่วยลดระยะเวลาเตรียมการปฏิบัติการของอุปกรณ์การผลิต ระบบป้องกันข้อผิดพลาดในการผลิตและการประกอบที่อาจเกิดขึ้นได้

ค. ไฟล์ IPC-2581 (.2581)

IPC-2581 เป็นรูปแบบไฟล์การผลิตรุ่นใหม่ที่แสดงถึงความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี รูปแบบ IPC-2581 ใช้ Extensible Markup Language (XML) เป็นแกนหลัก

XML สร้างรูปแบบการจัดเก็บข้อมูลที่มีโครงสร้างที่มนุษย์สามารถอ่านได้ ความยืดหยุ่นและความสามารถในการขยายของ IPC-2581 เกิดขึ้นโดยตรงจากการออกแบบ ลักษณะเฉพาะทั้งหมดของ PCB ได้รับคำอธิบายที่ครอบคลุมผ่านรูปแบบนี้ ระบบผสมผสานทั้งข้อกำหนดการออกแบบกับกระบวนการผลิตและคำแนะนำในการประกอบ

รูปแบบไฟล์ประกอบ

การประกอบ แผงวงจรพิมพ์ (PCB)ที่ประสบความสำเร็จขึ้นอยู่กับไฟล์ประกอบ ซึ่งมีหลายรูปแบบที่ใช้กันอยู่

ก. ไฟล์รายการวัสดุ (BOM) (.csv, .xls, .xlsx)

ไฟล์รายการวัสดุ (Bill of Materials: BOM) จะสร้างรายการสินค้าคงคลังของส่วนประกอบที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับกระบวนการประกอบ รูปแบบไฟล์ BOM มาตรฐานประกอบด้วย .csv สำหรับค่าที่คั่นด้วยจุลภาคและสเปรดชีต Excel ที่แสดงโดย .xls และ .xlsx สำหรับสเปรดชีต Excel Open XML

BOM มีรูปแบบต่างๆ กัน ตัวอย่างเช่น BOM ด้านวิศวกรรมจะเน้นที่รายละเอียดการออกแบบ ในทำนองเดียวกัน BOM ด้านการผลิตจะเน้นที่รายละเอียดส่วนประกอบสำหรับการผลิต BOM ด้านการขายจะอนุญาตให้เข้าถึงรายละเอียดต้นทุนพร้อมกับคำแนะนำในการสั่งซื้อ

รายละเอียดเกี่ยวกับส่วนประกอบบรรจุภัณฑ์มีความสำคัญในโครงสร้าง BOM เอกสารประกอบด้วยรายละเอียดเกี่ยวกับแบบฟอร์มบรรจุภัณฑ์ส่วนประกอบ เช่น SOIC และ QFP พร้อมด้วยขนาดและหมายเลขชิ้นส่วนของซัพพลายเออร์

B. ไฟล์หยิบและวาง (.csv, .txt)

เครื่องประกอบอัตโนมัติต้องอาศัยไฟล์ Pick-and-Place สำหรับการทำงาน ระบบจะได้รับคำแนะนำจากไฟล์เหล่านี้ว่าส่วนประกอบใดที่จะไปยังตำแหน่งที่ระบุแต่ละตำแหน่ง ผู้สร้างมักใช้ไฟล์ .csv ร่วมกับไฟล์ .txt (ข้อความธรรมดา) เป็นรูปแบบมาตรฐาน

ไฟล์ Pick-and-Place มีรูปแบบต่างๆ กัน เครื่องประกอบแต่ละรุ่นต้องมีการตั้งค่าที่แตกต่างกัน ไฟล์ Pick-and-Place แต่ละไฟล์จะมีข้อมูลการวางส่วนประกอบ X/Y พร้อมคำแนะนำการหมุนและตัวระบุอ้างอิง

เป้าหมายขนาดเล็กที่เรียกว่าเครื่องหมายอ้างอิงจะปรากฏบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เครื่องประกอบจะจัดตำแหน่งให้แม่นยำด้วยส่วนประกอบเหล่านี้ การประกอบอัตโนมัติต้องอาศัยเครื่องหมายเป็นหลักในการทำงานที่ถูกต้อง

C. ภาพวาดประกอบ (.pdf, .dwg)

คำแนะนำแบบภาพสำหรับแนะนำกระบวนการประกอบสามารถพบได้ในภาพวาดประกอบ รูปแบบไฟล์ทั่วไปสำหรับเอกสารประกอบการประกอบ ได้แก่ .pdf สำหรับ Portable Document Format และ .dwg สำหรับ AutoCAD Drawing

มีภาพวาดประกอบหลายประเภทให้เลือกใช้ ตำแหน่งของแต่ละส่วนประกอบจะแสดงผ่านภาพวาดการจัดวางส่วนประกอบ มุมมองแบบแยกส่วนจะแสดงการกำหนดค่าการประกอบชิ้นส่วน

ปัญหาการแปลงและความเข้ากันได้

การแปลงไฟล์ PCB ก่อให้เกิดปัญหามากมาย เครื่องมือเฉพาะช่วยในการแปลง GerbView จัดการไฟล์ Gerber โปรแกรมดู ODB++ ตรวจสอบข้อมูล ODB++

กระบวนการแปลงมีความเสี่ยงที่จะสูญเสียข้อมูล ข้อมูลเหล่านี้อาจเสี่ยงต่อการสูญเสียและเสียหายได้ ซึ่งอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการผลิตได้ การตรวจสอบผลลัพธ์หลังจากการแปลงต้องใช้ความเอาใจใส่ในขั้นตอนการดำเนินการอย่างระมัดระวัง

การจัดการไฟล์ที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับระบบควบคุมเวอร์ชัน Git ติดตามการเปลี่ยนแปลงไฟล์ ผู้ใช้ Git จะทราบเสมอว่าตนใช้เวอร์ชันใดอยู่ เนื่องจากระบบจะติดตามการเปลี่ยนแปลงไฟล์อย่างแม่นยำ เครื่องมือนี้ช่วยให้ผู้ใช้ทุกคนเข้าถึงเวอร์ชันไฟล์ที่ถูกต้อง

แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการทำงานกับรูปแบบไฟล์ PCB

แนวทางปฏิบัติที่ดีหลายประการทำหน้าที่ปกป้องรูปแบบไฟล์ PCB จากปัญหาต่างๆ

เอกสาร

เอกสารประกอบการจัดเรียงชั้นยังคงมีความสำคัญต่อการผลิต PCB เอกสารนี้ระบุทั้งวัสดุและลำดับของชั้นที่พบในการออกแบบ PCB ผู้ผลิตจำเป็นต้องเข้าถึงข้อมูลนี้ก่อนจึงจะดำเนินการต่อได้

เอกสารประกอบช่วยให้ทุกคนเข้าใจตรงกันเกี่ยวกับวัสดุของเลเยอร์ต่างๆ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดในการสร้างบอร์ดขั้นสุดท้ายได้ โปรดจำไว้ว่า เอกสารประกอบควรมีเนื้อหาดังต่อไปนี้:

1. ลำดับของแต่ละชั้น (เช่น สัญญาณด้านบน ระนาบกราวด์ ระนาบพลังงาน สัญญาณด้านล่าง)
2. วัสดุของแต่ละชั้น (เช่น FR-4, พรีเพร็ก, ทองแดง)
3. ความหนาของแต่ละชั้น
4. ความหนาของบอร์ดโดยรวม

ดร.ซี

การตรวจสอบกฎการออกแบบ (Design Rule Checks หรือ DRC) ทำหน้าที่เป็นกระบวนการตรวจสอบอัตโนมัติที่ทำงานผ่านแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์การออกแบบ โดยจะค้นหาข้อบกพร่องในการออกแบบ ปัญหาด้านการผลิตอาจเกิดขึ้นจากการระบุข้อบกพร่องในการออกแบบ

การเริ่มการตรวจสอบกฎการออกแบบ (Design Rule Checks: DRC) ในช่วงเริ่มต้นของขั้นตอนการออกแบบนั้นก่อให้เกิดประโยชน์อย่างมาก การตรวจสอบกฎการออกแบบจะช่วยหลีกเลี่ยงการแก้ไขที่มีค่าใช้จ่ายสูงและลดเวลาในการออกแบบ ตัวอย่างของการตรวจสอบ DRC ได้แก่:

• ความกว้างและระยะห่างของรอยเส้น
• โดยอาศัยขนาดและระยะห่าง
• ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบและขอบบอร์ด
• ขนาดวงแหวนรอบรูเจาะและรูทะลุ

การรักษาการสนทนาอย่างโปร่งใสกับผู้ผลิตถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่ง แนวทางนี้ช่วยลดความล้มเหลวในการสื่อสารซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์การผลิตที่มีประสิทธิภาพ ข้อมูลสำคัญที่ต้องสื่อสาร ได้แก่:

รายละเอียดการซ้อนเลเยอร์

ขนาดและความคลาดเคลื่อนที่สำคัญ สิ่งเหล่านี้ระบุถึงความแตกต่างที่ยอมรับได้ในขนาดและรูปร่าง

ข้อกำหนดพิเศษในการผลิตใดๆ ก็ตาม ข้อกำหนดของบอร์ดนี้ใช้พื้นผิวที่เรียบเนียนพร้อมคุณสมบัติการควบคุมอิมพีแดนซ์ และรักษาความลึกในการเจาะที่ควบคุมได้

รูปแบบไฟล์ที่ต้องการ การเลือกรูปแบบไฟล์ที่ต้องการเหล่านี้จะช่วยให้เข้ากันได้อย่างราบรื่นและขจัดความเสี่ยงของปัญหาการแปลงรูปแบบได้

เอกสารประกอบต้องมีคำแนะนำหรือหมายเหตุการออกแบบโดยเฉพาะ ข้อมูลนี้จะอธิบายส่วนประกอบที่สำคัญและวิธีการประกอบส่วนประกอบเหล่านั้น

การสื่อสารปกติ

การสื่อสารอย่างสม่ำเสมอตลอดกระบวนการผลิต การสื่อสารอย่างสม่ำเสมอจะช่วยลดปัญหาและคำถามต่างๆ ที่เกิดขึ้นจากการผลิต

สรุป

การผลิต PCB จำเป็นต้องมีรูปแบบไฟล์มาตรฐานจึงจะทำงานได้อย่างถูกต้อง การทำความเข้าใจรูปแบบเหล่านี้เป็นสิ่งสำคัญ นอกจากนี้ แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดก็มีความจำเป็นเช่นกัน การรักษาการสื่อสารที่ชัดเจนกับผู้ผลิตถือเป็นงานสำคัญอย่างหนึ่งของคุณ การดำเนินการตรวจสอบที่สมบูรณ์ร่วมกับการควบคุมเวอร์ชันอย่างระมัดระวังจะช่วยป้องกันข้อผิดพลาดได้ บทความนี้เขียนขึ้นเพื่อช่วยให้คุณเข้าใจแนวคิดพื้นฐาน