현대적인 PCB 제조 데이터 형식의 중요성

최근에 Altium에서 뉴햄프셔에 있는 최신 eSmart 공장에 대한 블로그를 게시했습니다. 최신의 첨단 기계와 공정을 사용하여, 이 공장은 몇 일 만에 매우 정교한 기하학적 형태를 가진 거의 완벽한 복잡한 다층 및 HDI 기판을 생산할 수 있으며, 인간의 손길이 전혀 닿지 않고 환경에 해를 끼치는 배출물도 전혀 없습니다—제로 배출물.

스마트 공장을 위한 디지털화

이 기술은 앞으로 수년간 인쇄 회로가 제조되는 방식을 형성할 것입니다. '전체 디지털 스마트 공장'이라는 이점은 또한 잠재적 약점이기도 합니다. 특정 레시피 도면을 읽거나 기계를 조정할 근로자가 없습니다! 이것은 "전체 디지털 스마트 공장"이며 모든 것에 대한 디지털 레시피가 필요합니다. IPC-2581 디지털 디자인 커뮤니케이션 프로그램이 등장합니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이, IPC-2581 프로그램 위원회는 디자인 도구가 '미래의 공장' 또는 스마트 공장을 구동할 수 있는 디지털 XML 파일을 출력할 수 있도록 하는 디지털 스레드를 만들고 있습니다.

그림 1: 스마트 공장을 위한 디자인 특성의 디지털화. (출처: 2017 IPC APEX 프레젠테이션)

인기 있는 지능형 PCB 디자인 출력 형식

전자 제조에서 스마트 공장 디지털화를 가능하게 하기 위해, 제조 데이터 내보내기를 통합하고 표준화하여 파일 패키지의 크기를 줄이려는 여러 노력이 이미 있었습니다. PCB 설계자들에게 친숙한 두 가지 가장 인기 있는 출력 형식은 다음과 같습니다:

• Gerber X2
• ODB++

Gerber X2는 RS-274-X에 대한 단지 점진적인 개선일 뿐이지만, ODB++는 진정으로 지능적인 데이터 형식에 훨씬 더 가깝습니다. 그럼에도 불구하고, 대략 70-80%의 PCB 출력 파일 패키지가 여전히 RS-274-X 형식이며, PCB를 구축하고 조립하는 데 필요한 정보를 완전히 전달하기 위해 추가 파일이 필요합니다.

2020년에 Ucamco에 의해 Gerber X3 형식이 도입되었으며, 이는 X2 파일 형식에 비해 상당한 개선을 제공합니다. 이 형식은 조립 정보(BOM, 픽 앤 플레이스 등)와 추가 메타데이터(참조 지정자, 구성 요소 설명 등)를 표준 Gerber 파일 패키지 내보내기에 통합합니다. 이로 인해 X3 패키지는 ODB++ 내보내기와 매우 유사하게 보이며 제조업체에게 더 적은 파일로 필요한 정보를 제공합니다.

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IPC-2581

IPC-2581 표준의 발전은 IPC-CFX-2591 표준이 빠르게 개발된 이유 중 하나입니다. 설계에서 제조까지의 표준은 거의 30년 동안 IPC의 중점 사항이었습니다. CAD에서 CAM으로의 데이터 전송은 여러 파일, 사양 및 노트로 이루어져 있었으며, 그 예로 그림 28에서 볼 수 있습니다. 처음에는 Gerber -> EDIF -> IPC-D-350 -> ODB -> GenCam -> ODB++ -> IPC-2541 -> GenCam 2.0 -> GenCamX -> IPC-2581A 그리고 지금은 IPC-2581B w/extensions였습니다. 하지만 모든 제품 및 제조 정보의 디지털화는 업계가 범용적이고 개방적인 제품 표준을 만들도록 촉구했으며, IPC-2581B는 우리가 가진 합의 표준에 가장 가까운 것입니다. 이 사실을 강조하는 것은 CFX의 빠른 구현입니다.

IPC-2581의 진행은 빠르지만 전자 조립에 초점을 맞추고 있습니다. PCB 제작에 필요한 공정 및 CNC 요구 사항은 후순위로 밀려났습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이, 여러 데이터 요구 사항이 아직 디지털화되지 않았습니다.

현재 PCB 제작의 상태는 이러한 상황으로 특징지어집니다:

• PCB 제작 공장 능력
  • PCB 기술은 ML, HDI, SLP, FPC에 이르기까지 다양함
  • 다양한 제품, 저부터 고부피까지, 활성 고객 수백 명(연간 >15,000 디자인)
• 고객 데이터
  • 높은 신뢰성 및 사양 준수 고객 기반
  • >10개 언어(영어 및 간체 중국어가 가장 일반적)
  • 모든 디자인이 공장 능력이나 그들의 사양과 일치하는 고객은 없음
  • 많은 고객이 DFM TQ가 필요하지 않은 일부 디자인을 가지고 있음
  • 영어 및 미터법 단위(때로는 같은 문서 패키지 내에서)
  • 툴링된 디자인당 평균 >1회 사전 디자인 DFM 검토
• 전면 툴링
  • 사전 디자인 DFM 검토 및 내부 ECN을 위한 상당한 용량 필요
  • 디자인은 CAD 파일, Gerber 274X, ODB++, IPC-2581 형식으로 제공됨
  • 전면 단계는 디자인이 고객 사양을 위반할 때 이를 지적하고 해결해야 함

그림 2: IPC-2581의 목표는 PCB 제품을 데이터 중심 표준으로 완전히 디지털화하는 것임. 그러나 아직 2581에 의해 다루어지지 않은 여러 영역이 있음. [출처: KORF 컨설팅]

'Connected Factory for Assembly'-IPC-CFX 및 Hermes

IPC-CFX는 2018년 전자 산업 연결 협회(IPC)에 의해 도입된 OPEN 네트워크 표준입니다(그림 3). 이는 산업용 IoT의 "플러그 앤 플레이"를 위한 세 가지 핵심 요소를 설정합니다:

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1. 메시지 프로토콜-AMQP 사용.
2. 인코딩 메커니즘-{JSON} 사용.
3. 특정 콘텐츠 생성 요소-구조화된 주제 및 메시지.

새로운 표준은 300개 이상의 산업 회사가 모두 함께 작업하여 매우 빠르게 만들어졌습니다. 이는:

• 산업 4.0을 가능하게 하는 표준이지만 무료이며 OPEN 소스입니다;
• IIoT '플러그 앤 플레이';
• 300명 이상의 참가자들의 합의 기반 협약으로 모두에게 열려 있음;
• 기계, 프로세스, 시스템 및 인간;
• 라이선스, 계약 또는 의존성 없이, DIY 소프트웨어 및 보조 도구와 함께;
• 현재 초점은 모든 이산 조립 제조에 맞춰져 있음;
• 2019년 4월에 발행됨.

그림 3: IPC-CFX는 OPEN, 무료 M2M 전자 조립 프로토콜 표준입니다. [출처: IPC]그림 3: IPC-CFX는 OPEN, 무료 M2M 전자 조립 프로토콜 표준입니다. [출처: IPC]

Hermes Standard (THS)는 장비 라인을 따라 정보를 전달하는 저수준 라인 제어 프로토콜입니다:

• PCB-ID
• 프로그램 이름
• 핵심 제품 데이터

이러한 요소들은 자동 의사 결정 생성, 대시보드 디스플레이, 알림 및 보고서를 가능하게 합니다. 생산성, 효율성, 용량 계획 및 품질을 향상시키고 비용을 낮추는 응용 프로그램입니다. 이는 구성 요소의 전체 추적성(IPC-1782)과 설계 피드백(IPC-2581)을 가능하게 합니다.

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IPC는 CFX 표준에 새로운 메시지를 추가/편집하는 방법론, "CFX 메시지 제출 프로세스"를 설정하여 더 많은 기계와 프로세스에 의해 적용될 수 있도록 했습니다. 심지어 핸드 솔더링을 위한 CFX 메시징도 있습니다.

인공 지능의 구원

1995년 말, Hewlett-Packard 연구소는 고속 멀티레이어 설계와 같은 복잡한 작업을 PCB 설계자가 도울 수 있는 '자가 학습 인공 지능'을 개발했습니다. 이 AI 시스템은 'EXPLOYER'라고 불렸으며, PCB Fab 공정 정보와 비용을 제공하는 이전 소프트웨어 'The Board Construction Adviser'와 함께 작동했습니다. 시스템은 그림 4에서 보여지며, AI가 전자 제조의 디지털화를 위해 필요한 정보를 제공하기 위해 구원에 올 수 있음을 강조합니다.

이러한 주제들은 2019년 AltiumLive에서 진행된 기조연설의 비디오 일부이며 YouTube에서 볼 수 있습니다.

그림 4: 고속 멀티레이어를 설계하기 위해 BCA-IPDA 및 EDA CAD 도구와 함께 작동하는 HP Lab의 Design Explorer

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