Alternativas a Gerber RS-274-X

Gerber RS-274X es el formato estándar de facto para el software de diseño de placas de circuito impreso. Se utiliza para fabricar aproximadamente el 90% de todas las PCB diseñadas hoy en día en todo el mundo. Sin embargo, a pesar de su popularidad, Gerber viene con una serie de limitaciones prácticas, que pueden llevar a una variedad de problemas a lo largo del proceso de fabricación. Afortunadamente, hay soluciones. Los estándares abiertos Gerber X2 e IPC-2581 fueron desarrollados para abordar los problemas inherentes a RS-274X. ¿Qué pueden hacer X2 e IPC-2581 que RS-274X no puede? Echemos un vistazo más de cerca a estos formatos, para entender las ventajas que proporcionan sobre el estándar de la industria.

UNA BREVE HISTORIA DEL FORMATO GERBER

El formato de archivo Gerber fue desarrollado por Gerber Systems Corporation (ahora Ucamco) en la década de 1960. Siendo un proveedor líder de los primeros sistemas de fototrazadores de Control Numérico (NC), desarrollaron su primer formato de entrada para apoyar sus fototrazadores basados en vectores. El formato se basó en un subconjunto de un estándar de control numérico de la época, conocido como EIA RS-274-D. En 1980, Gerber Systems publicó una especificación titulada "Formato Gerber: un subconjunto de EIA RS-274-D; libro de referencia de formato de datos de trazado". Este formato, comúnmente conocido como Gerber RS-274D, o Gerber Estándar, pronto fue ampliamente adoptado y se convirtió en el formato estándar de facto para fototrazadores vectoriales.

Figura 1 - Ubicación de Plantillas, Bibliotecas y Ejemplos.

Sin embargo, durante la década de 1980, los fototrazadores vectoriales comenzaron a ser reemplazados por trazadores de escaneo ráster. Los trazadores basados en mapas de bits más nuevos requerían un formato de datos completamente diferente al de los fototrazadores vectoriales basados en NC anteriores. En consecuencia, Gerber Systems extendió su formato NC original para admitir una colección de formatos de archivo de imagen.

En 1998, Gerber Systems fue adquirida por Barco e incorporada a su división de PCB, Barco ETS, que hoy se conoce como Ucamco. En ese momento, Barco reunió todas las variantes dentro de la colección de formatos de Gerber en un único formato de imagen estándar conocido como Gerber Extendido o GerberX. La guía resultante delineó el formato Gerber RS-274X que utilizamos hoy.

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Gerber RS-274X es un formato de descripción de imagen completa. Esto significa que un archivo de Gerber Extendido contiene la descripción completa de una capa de PCB, proporcionando todo lo necesario para que un operador genere una imagen de PCB, y permitiendo que se defina cualquier forma de apertura. A diferencia del Gerber Estándar, GerberX no requiere el soporte de ningún archivo de apertura externo adicional. Especifica planos y almohadillas de manera clara y simple, sin necesidad de pintura o relleno vectorial. El formato Gerber RS-274X rápidamente superó al Gerber Estándar como el estándar de facto para datos de imagen de PCB. Todavía se utiliza en todo el mundo para fabricar aproximadamente el 90% de todos los PCBs diseñados hoy.

DESVENTAJAS DE GERBER RS-274X

Entonces, si el formato GerberX está tan bien establecido y es tan ampliamente utilizado, ¿cuál es el problema? Resulta que hay varios. ¿Alguna vez has recibido placas con capas de cobre fuera de orden? ¿Has recibido placas con agujeros de perforación que estaban mal registrados o incluso completamente ausentes? ¿Alguna vez has tenido que explicar a la gerencia o a un cliente cómo una nota de fabricación mal interpretada causó un retraso en el cronograma?

Gerber RS-274X puede ser extremadamente preciso y fiable para renderizar imágenes precisas de formas de cobre en capas de señal y plano. Sin embargo, el problema es que el estándar no toma en cuenta todos los demás aspectos de la fabricación y ensamblaje de PCBs. Por ejemplo, está la transferencia del orden y la información de materiales del stackup de capas, datos de perforación, datos de Pick & Place, datos de BOM, Netlist, Informe de Punto de Prueba y más.

Todos estos otros conjuntos de datos deben generarse como un proceso separado por una utilidad separada. En pocas palabras, el formato Gerber RS-274X no transfiere el diseño completo del dominio de diseño (CAD) al dominio de fabricación (CAM).

Figura 2: Transferencia del dominio de diseño (CAD) al dominio de fabricación (CAM)

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Sin la transferencia de un orden de capas definido, las placas pueden terminar con capas de cobre desordenadas durante la fabricación, o incluso faltar capas por completo. Sin la transferencia de datos de perforación generados por el mismo proceso que los archivos Gerber, los agujeros pueden terminar siendo perforados en relación con un origen incorrecto, o perforados en relación con una versión incorrecta del diseño. Lo mismo ocurre con todos los demás aspectos de los datos de fabricación y ensamblaje. La falta de datos de salida, o cualquier salida generada a partir de la versión incorrecta del archivo fuente, puede inutilizar las placas

Mientras los diseñadores mantengan una metodología de diseño bien definida y se adhieran a las mejores prácticas, generalmente pueden utilizar Gerber RS-274X con mínimos problemas de fabricación. Sin embargo, nadie es perfecto, y aun en condiciones ideales, pueden surgir problemas. En consecuencia, los fabricantes y las casas de ensamblaje tienden a soportar la mayor parte de la responsabilidad de solucionar estos problemas. Se ven obligados a inspeccionar y verificar los datos de todos los trabajos entrantes, con el fin de minimizar los problemas de fabricación, invirtiendo una gran cantidad de tiempo y recursos en el proceso.

ESTÁNDARES ABIERTOS ALTERNATIVOS

Para eliminar estos problemas, es necesario adoptar un estándar de transferencia de diseño que tenga en cuenta todos los aspectos de los datos de fabricación y ensamblaje. Afortunadamente, recientemente se han lanzado dos nuevos estándares abiertos que permiten un intercambio de datos preciso y eficiente entre los diseñadores de PCB y los fabricantes y ensambladores. Estos estándares son Gerber X2, administrado por Ucamco, e IPC-2581, administrado por el Consorcio IPC. Tanto Gerber X2 como IPC-2581 son estándares abiertos libres de restricciones propietarias.

GERBER X2^™

El Gerber X2^™ proviene de una versión expandida del formato GerberX, que ahora incluye datos de diseño, además de datos de imagen de diseño. Mientras que anteriormente, el orden de las capas de la placa y la información del stackup tenían que ser interpretados y verificados manualmente, ahora estos datos están incluidos dentro de los archivos de fabricación X2. También se incluyen dentro de los archivos de fabricación X2 un conjunto de archivos de taladro que detallan el tamaño del taladro, ubicación, si es con recubrimiento o sin recubrimiento, y el alcance de la capa.

Figura 3: Gerber X2^™ Administrado por Ucamco

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Lo nuevo en X2 es un sistema de atributos que califica aún más a los objetos tradicionales. Por ejemplo, "Función del Archivo:" especifica el archivo como capa de Cobre Superior, Máscara de Soldadura Superior, etc. "Parte:" especifica una PCB única o un arreglo panelizado. "Función del Pad:" especifica un Pad de Agujero Pasante o Vía, Pad SMT, Fiducial, y así sucesivamente. Tales atributos añaden inteligencia a los datos de imagen tradicionales para fines de automatización.

Uno de los beneficios más convenientes de Gerber X2^™ es que es compatible tanto hacia adelante como hacia atrás con el estándar RS-274X. Un lector de Gerber X2^™ interpretará los archivos Gerber RS-274X perfectamente. Esto significa que un proceso de fabricación Gerber X2^™ soportará archivos de fabricación legados creados en el formato Gerber RS-247X. De manera similar, un lector de Gerber RS-247X interpretará correctamente el subconjunto RS-274X de X2. Así que un proceso de fabricación Gerber RS-247X soportará un diseño creado en formato Gerber X2^™ como si hubiera sido creado en Gerber RS-247X - aunque, por supuesto, el Taladro NC y otras salidas aplicables aún necesitarían ser generadas por métodos tradicionales. Todo el resultado de Gerber X2^™ se dirige a una única carpeta.

IPC-2581

La norma IPC-2581 fue iniciada, desarrollada e impulsada por contribuyentes de una amplia gama de segmentos de la industria de PCB, tales como OEMs, Fabricantes de PCB y Manufacturas por Contrato, así como MES, PLM y proveedores de CAD/CAM. Además de datos de imagen gráfica, IPC-2581 va más allá para consolidar todos los aspectos de un diseño, desde el apilamiento de capas y materiales, hasta los detalles de ensamblaje y prueba, en un único formato de datos, contenido en un solo archivo.

Figura 4: IPC-2581 Administrado por el Consorcio IPC-2581

La norma incluye información detallada del apilado de capas, lo que asegura el correcto orden de las capas e información de los materiales. Soporta fácilmente apilados de diseño de placas complejas como Rígido-Flex, así como el uso de materiales especiales. También se incluyen en los datos de Perforación y Fresado el soporte para tipos de vías ciegas, enterradas y rellenas. La perforación hacia atrás de las vías también está soportada, así como las ranuras en V, ranuras y cavidades. También se generan datos de netlist para facilitar las pruebas de placa desnuda.

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Además de generar un conjunto completo de datos de fabricación, IPC-2581 también genera datos de ensamblaje. La información de Pick & Place puede especificar una ubicación en coordenadas X/Y y Z, así como la polaridad y rotación del componente. Esto permite el soporte no solo para componentes embebidos, sino también para componentes apilados. Además, IPC-2581 admite la generación de datos de netlist y puntos de prueba, para facilitar las pruebas en circuito, funcionales o JTAG.

IPC-2581 genera documentos BOM de compra, así como dibujos de ensamblaje. Con vínculos a datos de sistemas PLM/ERP, el estándar puede utilizarse para facilitar enlaces entre el diseño y la cadena de suministro. Uno de los beneficios verdaderamente convenientes de IPC-2581 es que todos los datos de fabricación y ensamblaje se contienen dentro de un único archivo XML.

CONCLUSIÓN

Gerber RS-274X sigue siendo el estándar de la industria, utilizado para fabricar la gran mayoría de las PCBs en todo el mundo. Sin embargo, en el entorno de diseño actual, no puede sostenerse por sí solo. Aunque Gerber RS-274X describe con precisión las capas de cobre de una placa, para funcionar completamente, debe combinarse con NC Drill, Notas de Fabricación, Netlist, Dibujo de Ensamblaje, BOM, datos de Pick & Place y más. Combinar y gestionar todos estos formatos disímiles típicamente conduce a problemas, resultando en retrasos de producción, o peor aún, placas costosas e inutilizables.

Sin embargo, con la adopción de formatos como Gerber X2^™ e IPC-2581, te permitirá combinar todos los datos de fabricación y ensamblaje en un solo formato, ayudando a minimizar o eliminar errores de traducción de datos y malinterpretaciones humanas a medida que los datos de diseño se transfieren del dominio de diseño al dominio de fabricación.

SOPORTE DE GERBER X2^™ E IPC-2581 DENTRO DE ALTIUM DESIGNER^®

Altium introdujo la capacidad de Gerber X2^™ en la versión 15.0 de Altium Designer. Esta implementación inicial fue desarrollada y mejorada en la versión 15.1 de Altium Designer. La funcionalidad está integrada (no es una Extensión separada) y está habilitada por defecto. La generación de salida de Gerber X2^™ se puede invocar directamente a través del menú Archivo » Salidas de Fabricación, o desde dentro del archivo de Trabajo de Salida de un proyecto de PCB.

Altium también introdujo la capacidad de IPC-2581 Rev A en la versión 15.0 de Altium Designer. Esta implementación inicial fue desarrollada y mejorada para soportar IPC-2581 Rev B en la versión 16.0. La funcionalidad de IPC-2581 debe ser habilitada instalando la Extensión IPC2581. La generación de salida de IPC-2581 entonces se puede invocar directamente a través del menú Archivo » Salidas de Fabricación, o desde dentro del archivo de Trabajo de Salida de un proyecto de PCB. Para descargar e instalar la extensión, ve a DXP » Extensiones y Actualizaciones » Compradas y haz clic en el mosaico/icono de la Extensión IPC2581. Reinicia Altium Designer para inicializar la extensión.

Figura 5: Instalando la Extensión IPC-2581 en Altium Designer 15