L'importanza di avere un formato di dati moderno per la produzione di PCB

Ho recentemente pubblicato un BLOG su Altium riguardante l'ultima eSmart Factory nel New Hampshire. Utilizzando le ultime macchinari e processi all'avanguardia, può produrre strati multilivello complessi quasi perfetti e substrati HDI con geometrie estremamente fini in soli pochi giorni, e senza mai essere aiutati o toccati da mani umane, il tutto mentre non emette nulla che possa danneggiare l'ambiente—zero effluenti.

La digitalizzazione per la Smart Factory

Questa tecnologia modellerà i modi in cui i circuiti stampati verranno fabbricati negli anni a venire. Il vantaggio che ha nell'essere una "Smart Factory Completamente Digitale" è anche la sua potenziale debolezza. Non ci sono lavoratori per leggere una particolare ricetta di progettazione o per regolare le macchine! Questa è una "Smart Factory Completamente Digitale" e ha bisogno di ricette digitali per tutto. Entra in gioco il programma di comunicazione di progettazione digitale IPC-2581. Come si vede nella Figura 1, il comitato del programma IPC-2581 sta creando un filo conduttore digitale che permetterà agli strumenti di progettazione di produrre un file XML digitale che può guidare la 'Fabbrica del Futuro' o la Smart Factory.

FIGURA 1: Digitalizzazione delle caratteristiche di progettazione per la Smart Factory. (Fonte: presentazione IPC APEX 2017)

Formati di Output di Progettazione PCB Intelligenti Popolari

Per abilitare la digitalizzazione delle fabbriche intelligenti nella produzione elettronica, ci sono stati già diversi sforzi per consolidare e standardizzare le esportazioni dei dati di produzione in modo da ridurre le dimensioni dei pacchetti di file. I due formati di output più popolari con cui i progettisti di PCB saranno familiari sono:

• Gerber X2
• ODB++

Gerber X2 rappresenta solo un miglioramento incrementale rispetto a RS-274-X, mentre ODB++ è molto più vicino a un formato di dati veramente intelligente. Tuttavia, circa il 70-80% dei pacchetti di file di output PCB sono in formato RS-274-X, che richiede ancora file aggiuntivi per comunicare completamente le informazioni necessarie per costruire e assemblare il PCB.

Nel 2020, il formato Gerber X3 è stato introdotto da Ucamco, che offre un miglioramento significativo sul formato di file X2. Il formato consolida le informazioni di assemblaggio (BOM, pick-and-place, ecc.) e metadati aggiuntivi (designatori di riferimento, descrizioni dei componenti, ecc.) nell'esportazione standard del pacchetto di file Gerber. Questo rende il pacchetto X3 molto più simile a un'esportazione ODB++ e fornisce ai produttori le informazioni di cui hanno bisogno con meno file.

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IPC-2581

Lo standard in evoluzione IPC-2581 è uno dei motivi per cui lo standard IPC-CFX-2591 è stato sviluppato così rapidamente. Lo standard di progettazione alla produzione è stato un focus dell'IPC per quasi 30 anni. Il trasferimento di dati da CAD a CAM è stato uno di più file, specifiche e note, come si vede nella Figura 28. Inizialmente era Gerber -> EDIF -> IPC-D-350 -> ODB -> GenCam -> ODB++ -> IPC-2541 -> GenCam 2.0 -> GenCamX -> IPC-2581A e ora IPC-2581B con estensioni. Ma la digitalizzazione di tutte le informazioni di prodotto e di produzione ha spinto l'industria a creare uno standard di prodotto universale, aperto, e l'IPC-2581B è la cosa più vicina che abbiamo a uno standard di consenso. A sottolineare questo fatto è la rapida implementazione di CFX.

Il progresso è stato rapido su IPC-2581 ma focalizzato sull'assemblaggio elettronico. I pesanti processi e i requisiti CNC per la fabbricazione dei PCB sono stati messi in secondo piano. Come si vede nella Figura 2, diverse esigenze di dati non sono state ancora digitalizzate.

La situazione attuale della fabbricazione dei PCB è caratterizzata da questa situazione:

• Capacità della Fabbrica di Fabbricazione PCB
  • La tecnologia PCB varia da ML, HDI, SLP a FPC
  • Alta varietà, da basso ad alto volume, con centinaia di clienti attivi (>15.000 progetti/anno)
• Dati dei Clienti
  • base di clienti con alta affidabilità e conformità alle specifiche
  • >10 lingue (l'inglese e il cinese semplificato sono i più comuni)
  • nessun cliente per cui tutti i progetti corrispondono alla capacità della fabbrica o alle loro specifiche
  • molti clienti hanno alcuni progetti senza che siano necessarie le TQ di DFM
  • unità in inglese e metriche (a volte nello stesso pacchetto di documenti)
  • media >1 revisione DFM pre-progetto per design attrezzato
• Preparazione Anticipata
  • quantità significativa di capacità richiesta per le revisioni DFM pre-progetto e le ECN interne
  • i progetti sono forniti come file CAD, Gerber 274X, ODB++ e IPC-2581
  • la fase iniziale richiede di notare/risolvere quando il design viola le specifiche del cliente

FIGURA 2: L'obiettivo dell'IPC-2581 è la completa digitalizzazione del prodotto PCB in uno standard guidato dai dati. Tuttavia, alcune aree non sono ancora state affrontate dal 2581. [Fonte: KORF Consultancy]

La "Connected Factory for Assembly" - IPC-CFX & Hermes

L'IPC-CFX è uno Standard di Rete APERTO introdotto dall'Institute for Connecting Electronic Industries (IPC) nel 2018 (Figura 3). Stabilisce tre elementi critici per l'IoT industriale "plug-and-play":

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1. Un protocollo di messaggistica che utilizza AMQP.
2. Un meccanismo di codifica che utilizza {JSON}.
3. Un elemento specifico per la creazione di contenuti - argomenti e messaggi strutturati.

Il nuovo standard è stato creato molto rapidamente con il coinvolgimento di oltre 300 aziende industriali che hanno lavorato tutte insieme. Esso è:

• uno standard per abilitare l'Industria 4.0 ma libero e OPEN source;
• IoT industriale "plug & play";
• aperto a tutti, con accordi basati sul consenso di >300 partecipanti;
• macchine, processi, sistemi e umani;
• nessuna licenza, contratti o dipendenze, con software fai-da-te e aiuti;
• Attualmente l'attenzione è rivolta a tutta la produzione di assemblaggio discreto;
• Pubblicato nell'aprile 2019.

FIGURA 3: L'IPC-CFX è uno standard di protocollo di assemblaggio elettronico M2M APERTO e gratuito. [Fonte: IPC]FIGURA 3: L'IPC-CFX è uno standard di protocollo di assemblaggio elettronico M2M APERTO e gratuito. [Fonte: IPC]

Lo Standard Hermes (THS) è un protocollo di controllo di linea di basso livello che passa informazioni su e giù lungo la linea di attrezzature:

• ID della PCB
• Nome del Programma
• Dati chiave del prodotto

Questi elementi consentono la creazione di processi decisionali automatici, visualizzazioni su dashboard, avvisi e rapporti. Applicazioni che migliorano la produttività, l'efficienza, la pianificazione della capacità e la qualità riducendo i costi. Permette la completa tracciabilità dei componenti (IPC-1782) e il feedback alla progettazione (IPC-2581).

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L'IPC ha stabilito una metodologia per aggiungere/modificare nuovi messaggi per lo Standard CFX, il "Processo di Invio Messaggi CFX", per consentirgli di crescere e essere applicato da più macchine e processi. Esiste persino la messaggistica CFX per la saldatura manuale.

L'Intelligenza Artificiale al Salvataggio

Alla fine del 1995, il Laboratorio di Hewlett-Packard ha sviluppato un'intelligenza artificiale 'autoapprendente' che potesse assistere i progettisti di PCB nel loro complesso lavoro di progettazione di multistrati ad alta velocità. Il sistema AI era chiamato 'EXPLOYER' e lavorava in congiunzione con un software precedente, 'The Board Construction Adviser', che forniva informazioni sui processi di fabbricazione delle PCB e sui costi. Il sistema è mostrato nella Figura 4 e sottolinea che l'IA può venire in soccorso per fornire le informazioni necessarie per la digitalizzazione della produzione elettronica.

Questi argomenti fanno parte del video del Keynote presentato ad AltiumLive nel 2019 e possono essere visualizzati su YouTube.

FIGURA 4: Design Explorer di HP Lab che lavora con BCA-IPDA e strumenti CAD EDA per progettare multistrati ad alta velocità

Hai altre domande? Chiama un esperto di Altium o scopri di più su Gestione dati PCB e come si interrelaziona con il processo di progettazione PCB e i ruoli di tutti i coinvolti.

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