Alternative a Gerber RS-274-X

Gerber RS-274X è lo standard de facto per il software di progettazione di circuiti stampati. È utilizzato per la fabbricazione di circa il 90% di tutti i PCB progettati oggi in tutto il mondo. Nonostante la sua popolarità, Gerber presenta una serie di limitazioni pratiche, che possono portare a una varietà di problemi durante il processo di fabbricazione. Fortunatamente, esistono delle soluzioni. Gli standard aperti Gerber X2 e IPC-2581 sono stati sviluppati per affrontare i problemi intrinseci in RS-274X. Cosa possono fare X2 e IPC-2581 che RS-274X non può? Diamo un'occhiata più da vicino a questi formati, per comprendere i vantaggi che offrono rispetto allo standard del settore.

UNA BREVE STORIA DEL FORMATO GERBER

Il formato file Gerber è stato sviluppato dalla Gerber Systems Corporation (ora Ucamco) negli anni '60. Essendo un fornitore leader dei primi sistemi di fotoincisione a Controllo Numerico (NC), hanno sviluppato il loro primo formato di input per supportare i loro fotoincisor a base vettoriale. Il formato si basava su un sottoinsieme di uno standard di controllo numerico dell'epoca, noto come EIA RS-274-D. Nel 1980, Gerber Systems pubblicò una specifica intitolata “Gerber Format: a subset of EIA RS-274-D; plot data format reference book”. Questo formato, comunemente noto come Gerber RS-274D, o Standard Gerber, fu presto ampiamente adottato e divenne il formato standard de facto per i fotoincisor vettoriali.

Figura 1 - Posizione dei Template, delle Librerie e degli Esempi.

Tuttavia, durante gli anni '80, i fotoincisor vettoriali iniziarono ad essere sostituiti dai plotter a scansione raster. I nuovi plotter basati su bitmap richiedevano un formato di dati completamente diverso rispetto a quello dei precedenti fotoincisor vettoriali basati su NC. Di conseguenza, Gerber Systems estese il loro originale formato NC per supportare una collezione di formati di file di immagine.

Nel 1998, Gerber Systems è stata acquisita da Barco ed incorporata nella loro divisione PCB, Barco ETS, che oggi è conosciuta come Ucamco. In quel momento, Barco ha raccolto tutte le varianti all'interno della collezione di formati di Gerber in un unico formato standard di immagine noto come Gerber Esteso o GerberX. La guida risultante ha delineato il formato Gerber RS-274X che utilizziamo oggi.

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Gerber RS-274X è un formato di descrizione completa dell'immagine. Questo significa che un file Gerber Esteso contiene la descrizione completa di uno strato di PCB, fornendo tutto il necessario per un operatore per generare un'immagine di PCB, e consentendo di definire qualsiasi forma di apertura. A differenza del Gerber Standard, GerberX non richiede il supporto di nessun file di apertura esterno aggiuntivo. Specifica piani e pad in modo chiaro e semplice, senza la necessità di pittura o riempimento vettoriale. Il formato Gerber RS-274X ha rapidamente soppiantato il Gerber Standard come lo standard de facto per i dati di immagine dei PCB. È ancora utilizzato in tutto il mondo per la fabbricazione di circa il 90% di tutti i PCB progettati oggi.

SVANTAGGI DEL GERBER RS-274X

Quindi, se il formato GerberX è così consolidato e così ampiamente utilizzato, qual è il problema? Come si scopre, ce ne sono diversi. Hai mai ricevuto schede con strati di rame fuori ordine? Hai mai ricevuto schede con fori di trapano che erano disallineati o addirittura completamente mancanti? Hai mai dovuto spiegare alla direzione o a un cliente come una nota di fabbricazione interpretata male ha causato un ritardo nella programmazione?

Gerber RS-274X può essere estremamente accurato e affidabile per rendere immagini precise di forme in rame su strati di segnale e piano. Tuttavia, il problema è che lo standard non prende in considerazione tutti gli altri aspetti della fabbricazione e dell'assemblaggio delle PCB. Ad esempio, c'è il trasferimento dell'ordine e delle informazioni sui materiali dello stack di strati, dati di trapano, dati di Pick & Place, dati BOM, Netlist, rapporto sui punti di test e altro ancora.

Tutti questi altri set di dati devono essere generati come un processo separato da un'utilità separata. In poche parole, il formato Gerber RS-274X non trasferisce il progetto completo dal dominio di progettazione (CAD) al dominio di produzione (CAM).

Figura 2: Trasferimento dal dominio di progettazione (CAD) al dominio di produzione (CAM)

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Senza il trasferimento di un ordine definito dei layer, le schede possono finire con strati di rame fuori ordine durante la fabbricazione, o addirittura mancare completamente di alcuni strati. Senza il trasferimento dei dati di foratura generati dallo stesso processo dei file Gerber, i fori possono finire per essere trapanati rispetto a un'origine errata, o trapanati rispetto a una versione errata del layout. Lo stesso vale per tutti gli altri aspetti dei dati di fabbricazione e assemblaggio. Dati di output mancanti, o qualsiasi output generato da una versione errata del file sorgente, possono rendere inutilizzabili le schede

Finché i progettisti mantengono una metodologia di progettazione ben definita e aderiscono alle migliori pratiche, possono generalmente utilizzare Gerber RS-274X con problemi di fabbricazione minimi. Tuttavia, nessuno è perfetto, e anche nelle condizioni ideali, possono ancora sorgere problemi. Di conseguenza, i fabbricanti e le aziende di assemblaggio tendono a sopportare il peso maggiore della responsabilità per risolvere questi problemi. Sono costretti a ispezionare e verificare i dati di tutti i lavori in arrivo, al fine di minimizzare i problemi di produzione, spendendo una grande quantità di tempo e risorse in questo processo.

STANDARD APERTI ALTERNATIVI

Per eliminare questi problemi, è necessario adottare uno standard di trasferimento del progetto che tenga conto di tutti gli aspetti dei dati di fabbricazione e assemblaggio. Fortunatamente, sono stati recentemente rilasciati due nuovi standard aperti che consentono uno scambio di dati accurato ed efficiente tra i progettisti di PCB e i fabbricanti e assemblatori. Questi standard sono Gerber X2, gestito da Ucamco, e IPC-2581, gestito dal consorzio IPC. Sia Gerber X2 che IPC-2581 sono standard aperti privi di restrizioni proprietarie.

GERBER X2^™

Il Gerber X2^™ proviene da una versione espansa del formato GerberX, che ora include i dati di progettazione, oltre ai dati dell'immagine del layout. Mentre in precedenza l'ordine dei layer della scheda e le informazioni sullo stackup dovevano essere interpretati e verificati manualmente, ora questi dati sono inclusi nei file di fabbricazione X2. Anche inclusi nei file di fabbricazione X2 ci sono un insieme di file di foratura che dettagliano la dimensione della foratura, la posizione, se placcati/non placcati, e l'intervallo dei layer.

Figura 3: Gerber X2^™ Gestito da Ucamco

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Nuovo in X2 è un sistema di attributi che qualifica ulteriormente gli oggetti tradizionali. Ad esempio, "Funzione del File:" specifica il file come strato di Rame Superiore, Maschera di Saldatura Superiore, ecc. "Parte:" specifica un singolo PCB o un array pannellizzato. "Funzione del Pad:" specifica un Pad Passante o Via, Pad SMT, Fiduciale, e così via. Tali attributi aggiungono intelligenza ai dati dell'immagine tradizionale per scopi di automazione.

Uno dei vantaggi più convenienti di Gerber X2^™ è che è compatibile sia in avanti che all'indietro con lo standard RS-274X. Un lettore di Gerber X2^™ interpreterà perfettamente i file Gerber RS-274X. Questo significa che un processo di fabbricazione Gerber X2^™ supporterà i file di fabbricazione legacy creati nel formato Gerber RS-247X. Allo stesso modo, un lettore Gerber RS-247X interpreterà correttamente il sottoinsieme RS-274X di X2. Quindi, un processo di fabbricazione Gerber RS-247X supporterà un design creato in formato Gerber X2^™ come se fosse stato creato in Gerber RS-247X - anche se, naturalmente, la perforazione NC e altre uscite applicabili dovrebbero comunque essere generate con metodi tradizionali. Tutti gli output di Gerber X2^™ sono diretti in una singola cartella.

IPC-2581

Lo standard IPC-2581 è stato avviato, sviluppato e promosso da contributori provenienti da un'ampia gamma di segmenti dell'industria delle PCB, quali OEM, fabbricanti di PCB e produttori su contratto, così come fornitori di MES, PLM e CAD/CAM. Oltre ai dati grafici, IPC-2581 va oltre per consolidare tutti gli aspetti di un progetto, dallo stackup dei layer e i materiali, ai dettagli di assemblaggio e test, in un unico formato di dati, contenuto in un singolo file.

Figura 4: IPC-2581 Amministrato dal Consorzio IPC-2581

Lo standard include informazioni dettagliate sullo stack dei layer, che garantiscono il corretto ordine dei layer e le informazioni sui materiali. Supporta facilmente stackup di design di schede complesse come Rigid-Flex, così come l'uso di materiali speciali. Sono inclusi anche dati di foratura e fresatura che supportano tipi di via ciechi, sepolti e riempiti. È supportata anche la foratura all'indietro delle vie, così come le V-groove, le scanalature e le cavità. Sono inoltre generati dati di netlist per facilitare il test della scheda nuda.

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Oltre a generare un set completo di dati di fabbricazione, IPC-2581 genera anche dati di assemblaggio. Le informazioni di Pick & Place possono specificare una posizione nelle coordinate X/Y e Z, così come la polarità e la rotazione del componente. Questo consente il supporto non solo per i componenti incorporati, ma anche per i componenti impilati. Inoltre, IPC-2581 supporta la generazione di dati di netlist e punti di test, per facilitare i test In-Circuit, funzionali o JTAG.

IPC-2581 genera documenti BOM di acquisto, così come disegni di assemblaggio. Con collegamenti ai dati dei sistemi PLM/ERP, lo standard può essere utilizzato per facilitare i collegamenti tra il design e la catena di approvvigionamento. Uno dei vantaggi veramente comodi di IPC-2581 è che tutti i dati di fabbricazione e assemblaggio sono contenuti all'interno di un unico file XML.

CONCLUSIONE

Gerber RS-274X rimane lo standard industriale, utilizzato per fabbricare la grande maggioranza delle PCB in tutto il mondo. Tuttavia, nell'ambiente di progettazione odierno, non è in grado di reggersi da solo. Mentre Gerber RS-274X descrive accuratamente gli strati di rame di una scheda, per funzionare pienamente, deve essere combinato con NC Drill, Note di Fabbricazione, Netlist, Disegno di Assemblaggio, BOM, dati di Pick & Place e altro ancora. Combinare e gestire tutti questi formati diversi porta tipicamente a problemi, risultando in ritardi di produzione, o peggio ancora, in schede costose e inutilizzabili.

Tuttavia, con l'adozione di formati come Gerber X2^™ e IPC-2581, sarà possibile combinare tutti i dati di fabbricazione e assemblaggio in un unico formato, aiutando a minimizzare o eliminare gli errori di traduzione dei dati e di interpretazione umana man mano che i dati di progettazione vengono trasferiti dal dominio di progettazione al dominio di produzione.

SUPPORTO DI GERBER X2^™ E IPC-2581 DENTRO ALTIUM DESIGNER^®

Altium ha introdotto la capacità Gerber X2^™ nella versione 15.0 di Altium Designer. Questa implementazione iniziale è stata ulteriormente sviluppata e migliorata nella versione 15.1 di Altium Designer. La funzionalità è integrata (non è un'Estensione separata) ed è abilitata per impostazione predefinita. La generazione dell'output Gerber X2^™ può essere invocata direttamente tramite il menu File » Fabrication Outputs, o all'interno del file di Output Job di un progetto PCB.

Altium ha anche introdotto la capacità IPC-2581 Rev A nella versione 15.0 di Altium Designer. Questa implementazione iniziale è stata ulteriormente sviluppata e migliorata per supportare IPC-2581 Rev B nella versione 16.0. La funzionalità IPC-2581 deve essere abilitata installando l'Estensione IPC2581. La generazione dell'output IPC-2581 può quindi essere invocata direttamente tramite il menu File » Fabrication Outputs, o all'interno del file di Output Job di un progetto PCB. Per scaricare e installare l'estensione andare su DXP » Extensions and Updates » Purchased e cliccare sulla tessera/icona dell'Estensione IPC2581. Riavviare Altium Designer per inizializzare l'estensione.

Figura 5: Installazione dell'Estensione IPC-2581 in Altium Designer 15