Alternativas ao Gerber RS-274-X

O Gerber RS-274X é o formato padrão de fato para softwares de design de placas de circuito impresso. É utilizado para a fabricação de cerca de 90% de todas as PCBs projetadas hoje em todo o mundo. Apesar de sua popularidade, o Gerber vem com uma série de limitações práticas, que podem levar a uma variedade de problemas ao longo do processo de fabricação. Felizmente, existem soluções. Os padrões abertos Gerber X2 e IPC-2581 foram desenvolvidos para abordar os problemas inerentes ao RS-274X. O que o X2 e o IPC-2581 podem fazer que o RS-274X não pode? Vamos dar uma olhada mais de perto nesses formatos, para entender as vantagens que eles oferecem sobre o padrão da indústria.

UMA BREVE HISTÓRIA DO FORMATO GERBER

O formato de arquivo Gerber foi desenvolvido pela Gerber Systems Corporation (agora Ucamco) na década de 1960. Como um dos principais fornecedores de sistemas de fototraçadores de Controle Numérico (NC) da época, eles desenvolveram seu primeiro formato de entrada para suportar seus fototraçadores baseados em vetor. O formato foi baseado em um subconjunto de um padrão de controle numérico da época, conhecido como EIA RS-274-D. Em 1980, a Gerber Systems publicou uma especificação intitulada “Formato Gerber: um subconjunto de EIA RS-274-D; livro de referência de formato de dados de plotagem”. Esse formato, comumente conhecido como Gerber RS-274D, ou Gerber Padrão, logo foi amplamente adotado e se tornou o formato padrão de fato para fototraçadores vetoriais.

Figura 1 - Localização de Modelos, Bibliotecas e Exemplos.

Contudo, durante a década de 1980, os fototraçadores vetoriais começaram a ser substituídos por fototraçadores de varredura raster. Os novos fototraçadores baseados em bitmap exigiam um formato de dados completamente diferente daquele dos fototraçadores vetoriais baseados em NC anteriores. Consequentemente, a Gerber Systems estendeu seu formato NC original para suportar uma coleção de formatos de arquivo de imagem.

Em 1998, a Gerber Systems foi adquirida pela Barco e incorporada à sua divisão de PCB, a Barco ETS, que hoje é conhecida como Ucamco. Naquela época, a Barco reuniu todas as variantes dentro da coleção de formatos da Gerber em um único formato de imagem padrão conhecido como Gerber Estendido ou GerberX. O guia resultante delineou o formato Gerber RS-274X que usamos hoje.

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O Gerber RS-274X é um formato de descrição de imagem completa. Isso significa que um arquivo Gerber Estendido contém a descrição completa de uma camada de PCB, fornecendo tudo o que é necessário para um operador gerar uma imagem de PCB, e permitindo que qualquer forma de abertura seja definida. Ao contrário do Gerber Padrão, o GerberX não requer o suporte de nenhum arquivo de abertura externo adicional. Ele especifica planos e pads de forma clara e simples, sem a necessidade de pintura ou preenchimento vetorial. O formato Gerber RS-274X rapidamente superou o Gerber Padrão como o padrão de facto para dados de imagem de PCB. Ainda é usado mundialmente para fabricar cerca de 90% de todos os PCBs projetados hoje.

DESVANTAGENS DO GERBER RS-274X

Então, se o formato GerberX é tão bem estabelecido e tão amplamente utilizado, qual é o problema? Como se verifica, existem vários. Você já recebeu placas com camadas de cobre fora de ordem? Já recebeu placas com furos de perfuração que estavam desalinhados ou até mesmo completamente ausentes? Já teve que explicar para a gerência ou um cliente como uma nota de fabricação mal interpretada causou um atraso no cronograma?

O Gerber RS-274X pode ser extremamente preciso e confiável para renderizar imagens precisas de formas de cobre em camadas de sinal e plano. No entanto, o problema é que o padrão não leva em conta todos os outros aspectos da fabricação e montagem de PCBs. Por exemplo, há a transferência da ordem de empilhamento das camadas e informações de materiais, dados de perfuração, dados de Pick & Place, dados de BOM, Netlist, Relatório de Ponto de Teste e mais.

Todos esses outros conjuntos de dados devem ser gerados como um processo separado por uma utilidade separada. Simplificando, o formato Gerber RS-274X não transfere o projeto completo do domínio de design (CAD) para o domínio de fabricação (CAM).

Figura 2: Transferência do domínio de design (CAD) para o domínio de fabricação (CAM)

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Sem a transferência de uma ordem de camadas definida, as placas podem acabar com camadas de cobre fora de ordem durante a fabricação, ou mesmo com camadas faltando completamente. Sem a transferência dos dados de perfuração gerados pelo mesmo processo que os arquivos Gerber, os furos podem acabar sendo perfurados em relação a uma origem incorreta, ou perfurados em relação a uma versão incorreta do layout. O mesmo vale para todos os outros aspectos dos dados de fabricação e montagem. Dados de saída faltando, ou qualquer saída gerada a partir da versão errada do arquivo fonte, podem tornar as placas inúteis

Contanto que os designers mantenham uma metodologia de design bem definida e adiram às melhores práticas, eles geralmente podem utilizar o Gerber RS-274X com problemas mínimos de fabricação. No entanto, ninguém é perfeito, e mesmo em condições ideais, problemas ainda podem surgir. Consequentemente, os fabricantes e as casas de montagem tendem a arcar com a maior parte da responsabilidade por resolver esses problemas. Eles são forçados a inspecionar e verificar os dados de todos os trabalhos que chegam, a fim de minimizar problemas de fabricação, gastando uma grande quantidade de tempo e recursos no processo.

PADRÕES ABERTOS ALTERNATIVOS

Para eliminar esses problemas, é necessário adotar um padrão de transferência de design que leve em conta todos os aspectos dos dados de fabricação e montagem. Felizmente, dois novos padrões abertos foram recentemente lançados, que permitem uma troca de dados precisa e eficiente entre os projetistas de PCB e os fabricantes e montadores. Esses padrões são o Gerber X2, administrado pela Ucamco, e o IPC-2581, administrado pelo Consórcio IPC. Tanto o Gerber X2 quanto o IPC-2581 são padrões abertos livres de restrições proprietárias.

GERBER X2^™

O Gerber X2^™ vem de uma versão expandida do formato GerberX, que agora inclui dados de design, além de dados de imagem de layout. Enquanto anteriormente, a ordem das camadas da placa e as informações de empilhamento tinham que ser interpretadas e verificadas manualmente, agora esses dados estão incluídos nos arquivos de fabricação X2. Também incluídos nos arquivos de fabricação X2 estão um conjunto de arquivos de furação detalhando o tamanho da broca, localização, com ou sem banho de metal, e o alcance da camada.

Figura 3: Gerber X2^™ Administrado pela Ucamco

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Novo no X2 é um sistema de atributos que qualifica ainda mais os objetos tradicionais. Por exemplo, "Função do Arquivo:" especifica o arquivo como camada de Cobre Superior, Máscara de Solda Superior, etc. "Parte:" especifica uma única PCB ou matriz panelizada. "Função do Pad:" especifica um Pad de Furo Passante ou Via, Pad SMT, Fiducial, e assim por diante. Tais atributos adicionam inteligência aos dados de imagem tradicionais para fins de automação.

Um dos benefícios mais convenientes do Gerber X2^™ é que ele é compatível tanto para frente quanto para trás com o padrão RS-274X. Um leitor de Gerber X2^™ interpretará arquivos Gerber RS-274X perfeitamente. Isso significa que um processo de fabricação Gerber X2^™ suportará arquivos de fabricação legados criados no formato Gerber RS-247X. Da mesma forma, um leitor Gerber RS-247X interpretará corretamente o subconjunto RS-274X do X2. Assim, um processo de fabricação Gerber RS-247X suportará um design criado no formato Gerber X2^™ como se fosse criado no Gerber RS-247X - embora, claro, a Perfuração NC e outras saídas aplicáveis ainda precisem ser geradas pelos métodos tradicionais. Todo o output do Gerber X2^™ é direcionado para uma única pasta.

IPC-2581

O padrão IPC-2581 foi iniciado, desenvolvido e impulsionado por contribuidores de uma ampla gama de segmentos da indústria de PCB, como OEMs, Fabricantes de PCB e Fabricantes Contratados, bem como MES, PLM e fornecedores de CAD/CAM. Além de dados de imagem gráfica, o IPC-2581 vai além para consolidar todos os aspectos de um design, desde a pilha de camadas e materiais, até detalhes de montagem e teste, em um único formato de dados, contido em um único arquivo.

Figura 4: IPC-2581 Administrado pelo Consórcio IPC-2581

O padrão inclui informações detalhadas sobre a pilha de camadas, o que garante a correta ordem das camadas e informações sobre materiais. Ele suporta facilmente pilhas de design de placas complexas, como Rigid-Flex, bem como o uso de materiais especiais. Também estão incluídos dados de Furação e Fresagem que suportam tipos de vias cegas, enterradas e preenchidas. A perfuração traseira de vias também é suportada, assim como V-grooves, slots e cavidades. Dados de netlist também são gerados para facilitar o teste de placas nuas.

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Além de gerar um conjunto completo de dados de fabricação, o IPC-2581 também gera dados de montagem. As informações de Pick & Place podem especificar uma localização em coordenadas X/Y e Z, bem como a polaridade e rotação do componente. Isso permite suporte não apenas para componentes embutidos, mas também para componentes empilhados. Além disso, o IPC-2581 suporta a geração de dados de netlist e pontos de teste, para facilitar testes In-Circuit, funcionais ou JTAG.

O IPC-2581 gera documentos de BOM de compra, bem como desenhos de montagem. Com vínculos para dados de sistemas PLM/ERP, o padrão pode ser usado para facilitar as ligações entre o design e a cadeia de suprimentos. Um dos benefícios verdadeiramente convenientes do IPC-2581 é que todos os dados de fabricação e montagem estão contidos dentro de um único arquivo XML.

CONCLUSÃO

Gerber RS-274X continua sendo o padrão da indústria, usado para fabricar a grande maioria das PCBs em todo o mundo. No entanto, no ambiente de design atual, ele não consegue se sustentar sozinho. Embora o Gerber RS-274X descreva com precisão as camadas de cobre de uma placa, para funcionar plenamente, ele deve ser combinado com NC Drill, Notas de Fabricação, Netlist, Desenho de Montagem, BOM, dados de Pick & Place e mais. Combinar e gerenciar todos esses formatos distintos geralmente leva a problemas, resultando em atrasos na produção, ou pior ainda, placas caras e inutilizáveis.

Contudo, com a adoção de formatos como Gerber X2^™ e IPC-2581, permitirá que você combine todos os dados de fabricação e montagem em um único formato, ajudando a minimizar ou eliminar erros de tradução de dados e interpretação humana à medida que os dados de design são transferidos do domínio de design para o domínio de fabricação.

SUPORTE AO GERBER X2^™ E IPC-2581 DENTRO DO ALTIUM DESIGNER^®

A Altium introduziu a capacidade Gerber X2^™ na versão 15.0 do Altium Designer. Essa implementação inicial foi posteriormente desenvolvida e aprimorada na versão Altium Designer 15.1. A funcionalidade é integrada (não é uma Extensão separada) e está ativada por padrão. A geração de saída Gerber X2^™ pode ser invocada diretamente através do menu Arquivo » Saídas de Fabricação, ou de dentro do arquivo de Trabalho de Saída de um projeto de PCB.

A Altium também introduziu a capacidade IPC-2581 Rev A na versão 15.0 do Altium Designer. Essa implementação inicial foi posteriormente desenvolvida e aprimorada para suportar IPC-2581 Rev B na versão 16.0. A funcionalidade IPC-2581 deve ser ativada instalando a Extensão IPC2581. A geração de saída IPC-2581 pode então ser invocada diretamente através do menu Arquivo » Saídas de Fabricação, ou de dentro do arquivo de Trabalho de Saída de um projeto de PCB. Para baixar e instalar a extensão, vá até DXP » Extensões e Atualizações » Compradas e clique no ladrilho/ícone da Extensão IPC2581. Reinicie o Altium Designer para inicializar a extensão.

Figura 5: Instalando a Extensão IPC-2581 no Altium Designer 15