Важность наличия современного формата данных для производства печатных плат

Я недавно опубликовал БЛОГ на Altium о последнем eSmart заводе в Нью-Гэмпшире. Используя последние достижения в области высокотехнологичного оборудования и процессов, он может производить почти идеальные сложные многослойные платы и HDI-субстраты с крайне тонкими геометриями всего за несколько дней, и без какого-либо участия или прикосновения человеческих рук, при этом не нанося вреда окружающей среде — нулевые выбросы.

Цифровизация для Умного Завода

Эта технология будет определять способы производства печатных плат на годы вперед. Преимущество, которое она имеет, заключается в том, что это «Полностью Цифровой Умный Завод», но это также и потенциальная слабость. Нет рабочих, чтобы прочитать определенный рецепт или настроить машины! Это «Полностью Цифровой Умный Завод», и ему нужны цифровые рецепты для всего. Вот тут на сцену выходит программа цифровой коммуникации проектов IPC-2581. Как видно на рисунке 1, комитет программы IPC-2581 создает цифровую нить, которая позволит инструментам проектирования выводить цифровой XML-файл, который может управлять «Заводом Будущего» или Умным Заводом.

РИСУНОК 1: Цифровизация характеристик дизайна для Умного Завода. (Источник: презентация IPC APEX 2017)

Популярные форматы вывода интеллектуального проектирования печатных плат

Для обеспечения цифровизации умных производств в области электронного производства уже были предприняты несколько попыток консолидации и стандартизации экспорта производственных данных с целью уменьшения размера пакетов файлов. Два наиболее популярных формата вывода, с которыми знакомы конструкторы печатных плат, это:

• Gerber X2
• ODB++

Gerber X2 представляет собой лишь незначительное улучшение по сравнению с RS-274-X, в то время как ODB++ гораздо ближе к действительно интеллектуальному формату данных. Тем не менее, примерно 70-80% пакетов файлов вывода ПП находятся в формате RS-274-X, который все еще требует дополнительных файлов для полной передачи информации, необходимой для изготовления и сборки печатной платы.

В 2020 году компанией Ucamco был представлен формат Gerber X3, который предлагает значительное улучшение по сравнению с файловым форматом X2. Формат объединяет информацию для сборки (BOM, установка и монтаж и т.д.) и дополнительные метаданные (обозначения ссылок, описания компонентов и т.д.) в стандартный пакет экспорта файлов Gerber. Это делает пакет X3 гораздо более похожим на экспорт ODB++, и он предоставляет производителям необходимую информацию с меньшим количеством файлов.

Manufacturing Made Easy

Send your product to manufacturing in a click without any email threads or confusion.

Learn More

IPC-2581

Развивающийся стандарт IPC-2581 является одной из причин, по которой стандарт IPC-CFX-2591 был разработан так быстро. Стандарт от проектирования к производству находится в фокусе внимания IPC почти 30 лет. Передача данных из CAD в CAM представляла собой один из множества файлов, спецификаций и заметок, как показано на рисунке 28. Сначала это был Gerber -> EDIF -> IPC-D-350 -> ODB -> GenCam -> ODB++ -> IPC-2541 -> GenCam 2.0 -> GenCamX -> IPC-2581A и теперь IPC-2581B с расширениями. Но цифровизация всей информации о продукте и производстве побудила отрасль создать универсальный, открытый стандарт продукта, и IPC-2581B является наиболее близким к консенсусному стандарту. Подчеркиванием этого факта является быстрое внедрение CFX.

Прогресс в разработке IPC-2581 был быстрым, но сосредоточен на сборке электроники. Тяжелые процессные и требования к ЧПУ для изготовления печатных плат отошли на второй план. Как видно на рисунке 2, некоторые требования к данным еще не были цифровизированы.

Текущее состояние производства печатных плат характеризуется этой ситуацией:

• Возможности завода по производству печатных плат
  • Технологии печатных плат включают ML, HDI, SLP и FPC
  • Большой ассортимент, от небольших до больших объемов, с сотнями активных клиентов (более 15 000 дизайнов в год)
• Данные клиентов
  • база клиентов с высокими требованиями к надежности и соответствию спецификациям
  • более 10 языков (наиболее распространены английский и упрощенный китайский)
  • нет клиентов, чьи дизайны полностью соответствуют возможностям завода или их спецификациям
  • многие клиенты имеют некоторые дизайны, для которых не требуются проверки DFM TQ
  • английские и метрические единицы измерения (иногда в одном пакете документов)
  • в среднем более 1 предварительного обзора DFM на каждый разработанный дизайн
• Подготовка к производству
  • значительный объем ресурсов требуется для предварительных обзоров DFM и внутренних изменений ECN
  • дизайны предоставляются в виде файлов CAD, Gerber 274X, ODB++ и IPC-2581
  • на начальном этапе необходимо отмечать и устранять нарушения дизайна в соответствии со спецификациями клиента

РИСУНОК 2: Цель IPC-2581 - полная цифровизация продукта печатной платы в виде стандарта, основанного на данных. Однако ряд аспектов пока не был рассмотрен в 2581. [Источник: KORF Consultancy]

«Connected Factory for Assembly» - IPC-CFX и Hermes

IPC-CFX — это ОТКРЫТЫЙ сетевой стандарт, введенный Институтом по связи в электронной промышленности (IPC) в 2018 году (Рисунок 3). Он устанавливает три критических элемента для «подключи и работай» в промышленном IoT:

Professional PCB Drawings in Minutes

Create and update documentation as you design.

Learn More

1. Протокол сообщений, использующий AMQP.
2. Механизм кодирования, использующий {JSON}.
3. Специфический элемент создания содержания — структурированные темы и сообщения.

Новый стандарт был создан очень быстро при участии более 300 промышленных фирм, работающих вместе. Он является:

• стандартом, позволяющим реализовать Индустрию 4.0, но свободным и ОТКРЫТЫМ исходным кодом;
• IIoT «подключи и работай»;
• открыт для всех, с согласованными на основе консенсуса договоренностями более чем 300 участников;
• машины, процессы, системы и люди;
• без лицензирования, контрактов или зависимостей, с ПО своего производства и помощниками;
• Текущий фокус — все виды дискретного сборочного производства;
• Опубликован в апреле 2019 года.

РИСУНОК 3: IPC-CFX — это ОТКРЫТЫЙ, бесплатный стандарт протокола электронной сборки M2M. [Источник: IPC]РИСУНОК 3: IPC-CFX — это ОТКРЫТЫЙ, бесплатный стандарт протокола электронной сборки M2M. [Источник: IPC]

Стандарт Гермеса (THS) - это протокол управления линией низкого уровня, который передает информацию вверх и вниз по линии оборудования:

• ID печатной платы
• Название программы
• Основные данные о продукте

Эти элементы позволяют создавать автоматическое принятие решений, панели управления, оповещения и отчеты. Приложения, которые повышают производительность, эффективность, планирование мощностей и качество, снижая при этом затраты. Он позволяет полностью отслеживать компоненты (IPC-1782) и обратную связь с дизайном (IPC-2581).

Manufacturing Made Easy

Send your product to manufacturing in a click without any email threads or confusion.

Learn More

IPC разработала методологию для добавления/редактирования новых сообщений для стандарта CFX, «Процесс подачи сообщений CFX», чтобы позволить ему расти и применяться на большем количестве машин и процессов. Существует даже сообщение CFX для ручной пайки.

Искусственный интеллект на помощь

В конце 1995 года лаборатория Hewlett-Packard разработала «самообучающийся искусственный интеллект», который мог помочь конструкторам печатных плат в их сложной работе по разработке многослойных плат высокой скорости. Система ИИ называлась «EXPLOYER» и работала в сочетании с более ранним программным обеспечением, «Советник по конструкции платы», которое предоставляло информацию о процессе изготовления печатных плат и затратах. Система показана на рисунке 4 и подчеркивает, что ИИ может прийти на помощь, чтобы предоставить необходимую информацию для цифровизации производства электроники.

Эти темы являются частью видео ключевого доклада, представленного на AltiumLive в 2019 году и доступны на YouTube.

РИСУНОК 4: Работа Design Explorer от HP Lab с BCA-IPDA и инструментами EDA CAD для проектирования многослойных плат высокой скорости

Остались вопросы? Звоните эксперту из Altium или узнайте больше о управлении данными печатных плат и о том, как это связано с процессом проектирования печатных плат и ролями всех участников.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More