Các lựa chọn thay thế cho Gerber RS-274-X

Gerber RS-274X là định dạng tiêu chuẩn de facto cho phần mềm thiết kế mạch in. Nó được sử dụng để chế tạo khoảng 90% tất cả các PCB được thiết kế ngày nay trên toàn thế giới. Tuy nhiên, mặc dù rất phổ biến, Gerber có một số hạn chế thực tế, có thể dẫn đến nhiều vấn đề trong suốt quá trình chế tạo. May mắn thay, có những giải pháp. Các tiêu chuẩn mở Gerber X2 và IPC-2581 đã được phát triển để giải quyết các vấn đề tồn tại trong RS-274X. X2 và IPC-2581 có thể làm gì mà RS-274X không thể? Hãy cùng xem xét kỹ lưỡng các định dạng này, để hiểu rõ hơn về những lợi ích mà chúng mang lại so với tiêu chuẩn của ngành.

LỊCH SỬ NGẮN GỌN VỀ ĐỊNH DẠNG GERBER

Định dạng tệp Gerber được phát triển bởi Gerber Systems Corporation (nay là Ucamco) vào những năm 1960. Là nhà cung cấp hàng đầu về hệ thống máy vẽ bản đồ số (NC) photoplotter từ sớm, họ đã phát triển định dạng đầu vào đầu tiên của mình để hỗ trợ các máy vẽ bản đồ dựa trên vector của họ. Định dạng này dựa trên một tập con của tiêu chuẩn điều khiển số của thời đại, được biết đến là EIA RS-274-D. Vào năm 1980, Gerber Systems đã xuất bản một thông số kỹ thuật với tiêu đề “Định dạng Gerber: một tập con của EIA RS-274-D; sách tham khảo định dạng dữ liệu vẽ”. Định dạng này, thường được biết đến là Gerber RS-274D, hoặc Gerber Tiêu chuẩn, không lâu sau đã được chấp nhận rộng rãi và trở thành định dạng tiêu chuẩn de-facto cho các máy vẽ bản đồ vector.

Hình 1 - Vị trí của Các Mẫu, Thư viện, và Ví dụ.

Tuy nhiên, trong những năm 1980, các máy vẽ bản đồ vector bắt đầu được thay thế bằng các máy vẽ bản đồ quét raster. Các máy vẽ bản đồ dựa trên bitmap mới yêu cầu một định dạng dữ liệu hoàn toàn khác so với các máy vẽ bản đồ vector dựa trên NC trước đó. Do đó, Gerber Systems đã mở rộng định dạng NC gốc của mình để hỗ trợ một bộ sưu tập các định dạng tệp hình ảnh.

Vào năm 1998, Gerber Systems đã được Barco mua lại và sáp nhập vào bộ phận PCB của họ, Barco ETS, hiện nay được biết đến với tên là Ucamco. Tại thời điểm đó, Barco đã tổng hợp tất cả các biến thể trong bộ sưu tập các định dạng của Gerber vào một định dạng hình ảnh tiêu chuẩn duy nhất được biết đến với tên là Extended Gerber hoặc GerberX. Hướng dẫn kết quả đã mô tả định dạng Gerber RS-274X mà chúng ta sử dụng ngày nay.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Explore Solutions

Gerber RS-274X là một định dạng mô tả hình ảnh đầy đủ. Điều này có nghĩa là một tệp Extended Gerber chứa đầy đủ mô tả của một lớp PCB, cung cấp mọi thứ cần thiết cho một người vận hành để tạo ra một hình ảnh PCB, và cho phép định nghĩa bất kỳ hình dạng lỗ thoáng nào. Không giống như Standard Gerber, GerberX không yêu cầu sự hỗ trợ của bất kỳ tệp lỗ thoáng bên ngoài bổ sung nào. Nó chỉ rõ các mặt phẳng và pad một cách rõ ràng và đơn giản, không cần đến việc sơn hoặc điền vector. Định dạng Gerber RS-274X nhanh chóng thay thế Standard Gerber trở thành tiêu chuẩn de facto cho dữ liệu hình ảnh PCB. Nó vẫn được sử dụng trên toàn thế giới để sản xuất khoảng 90% tất cả các PCB được thiết kế ngày nay.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA GERBER RS-274X

Vậy, nếu định dạng GerberX đã được thiết lập tốt và được sử dụng rộng rãi như vậy, thì vấn đề là gì? Hóa ra, có một số vấn đề. Bạn đã bao giờ nhận được các bảng mạch với các lớp đồng không theo đúng thứ tự chưa? Bạn đã bao giờ nhận được các bảng mạch với các lỗ khoan bị đăng ký sai hoặc thậm chí hoàn toàn thiếu không? Bạn đã bao giờ phải giải thích cho ban quản lý hoặc khách hàng về việc một ghi chú sản xuất bị hiểu nhầm đã gây ra sự chậm trễ trong lịch trình?

Gerber RS-274X có thể cực kỳ chính xác và đáng tin cậy để hiển thị hình ảnh chính xác của các hình dạng đồng trên các lớp tín hiệu và lớp mặt phẳng. Tuy nhiên, vấn đề là tiêu chuẩn không tính đến tất cả các khía cạnh khác của việc sản xuất và lắp ráp PCB. Ví dụ, có việc chuyển giao thông tin về thứ tự và vật liệu của lớp chồng, dữ liệu khoan, dữ liệu Chọn & Đặt, dữ liệu BOM, Netlist, Báo cáo Điểm Kiểm tra, và nhiều hơn nữa.

Tất cả các bộ dữ liệu khác này phải được tạo ra như một quy trình riêng biệt bởi một tiện ích riêng biệt. Nói một cách đơn giản, định dạng Gerber RS-274X không chuyển giao thiết kế hoàn chỉnh từ lĩnh vực thiết kế (CAD) sang lĩnh vực sản xuất (CAM).

Hình 2: Chuyển giao từ lĩnh vực thiết kế (CAD) sang lĩnh vực sản xuất (CAM)

Manufacturing Made Easy

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

Learn More

Không có sự chuyển giao của một trật tự lớp được định nghĩa, các tấm mạch có thể kết thúc với các lớp đồng không theo thứ tự trong quá trình sản xuất, hoặc thiếu hẳn các lớp. Không có sự chuyển giao của dữ liệu khoan được tạo ra bởi cùng một quy trình như các tệp Gerber, các lỗ có thể được khoan không đúng với gốc gốc, hoặc khoan không đúng với phiên bản đúng của bố cục. Điều tương tự áp dụng cho tất cả các khía cạnh khác của dữ liệu sản xuất và lắp ráp. Dữ liệu đầu ra bị thiếu, hoặc bất kỳ đầu ra nào được tạo ra từ phiên bản tệp nguồn sai, có thể làm cho các tấm mạch trở nên vô dụng

Chừng nào các nhà thiết kế duy trì một phương pháp thiết kế được định nghĩa tốt và tuân thủ các phương pháp tốt nhất, họ có thể sử dụng Gerber RS-274X với ít vấn đề sản xuất. Tuy nhiên, không ai là hoàn hảo, và ngay cả trong điều kiện lý tưởng, vấn đề vẫn có thể phát sinh. Do đó, nhà sản xuất và các xưởng lắp ráp thường phải gánh chịu phần lớn trách nhiệm trong việc sắp xếp qua những vấn đề này. Họ buộc phải kiểm tra và xác minh dữ liệu của tất cả các công việc đến, nhằm giảm thiểu các vấn đề sản xuất, tiêu tốn rất nhiều thời gian và nguồn lực trong quá trình này.

TIÊU CHUẨN MỞ THAY THẾ

Để loại bỏ những vấn đề này, việc áp dụng một tiêu chuẩn chuyển giao thiết kế mà xem xét tất cả các khía cạnh của dữ liệu chế tạo và lắp ráp là cần thiết. May mắn thay, gần đây đã có hai tiêu chuẩn mở mới được phát hành giúp cho việc trao đổi dữ liệu chính xác, hiệu quả giữa các nhà thiết kế PCB và nhà sản xuất chế tạo và lắp ráp. Hai tiêu chuẩn này là Gerber X2, do Ucamco quản lý, và IPC-2581, do IPC Consortium quản lý. Cả Gerber X2 và IPC-2581 đều là các tiêu chuẩn mở không bị hạn chế bởi quyền sở hữu độc quyền.

GERBER X2^™

Gerber X2™ xuất phát từ phiên bản mở rộng của định dạng GerberX, giờ đây bao gồm dữ liệu thiết kế, ngoài dữ liệu hình ảnh bố cục. Trong khi trước đây, thông tin về thứ tự lớp bảng và stackup phải được giải thích và xác minh một cách thủ công, giờ đây dữ liệu này được bao gồm trong các tệp chế tạo X2. Cũng được bao gồm trong các tệp chế tạo X2 là một bộ tệp khoan chi tiết về kích thước khoan, vị trí, mạ/không mạ, và phạm vi lớp.

Hình 3: Gerber X2^™ do Ucamco quản lý

Cloud Storage and Version Control

Store all of your libraries and design data in one secure, accessible, and version-controlled space.

Learn More

Mới trong X2 là hệ thống thuộc tính giúp phân loại chi tiết hơn các đối tượng truyền thống. Ví dụ, "Chức năng File:" xác định file là lớp Đồng trên cùng, Mặt nạ hàn trên cùng, v.v. "Phần:" xác định một PCB đơn lẻ hoặc mảng ghép. "Chức năng Pad:" xác định một Pad Thông Lỗ hoặc Via, Pad SMT, Fiducial, và như thế. Những thuộc tính như vậy thêm thông minh vào dữ liệu hình ảnh truyền thống cho mục đích tự động hóa.

Một trong những lợi ích tiện lợi nhất của Gerber X2^™ là nó tương thích cả về phía trước và phía sau với tiêu chuẩn RS-274X. Một trình đọc Gerber X2^™ sẽ giải thích các file Gerber RS-274X một cách hoàn hảo. Điều này có nghĩa là quy trình sản xuất Gerber X2^™ sẽ hỗ trợ các file sản xuất di sản được tạo trong định dạng Gerber RS-247X. Tương tự, một trình đọc Gerber RS-247X sẽ giải thích đúng phần RS-274X của X2. Vì vậy, một quy trình sản xuất Gerber RS-247X sẽ hỗ trợ một thiết kế được tạo trong định dạng Gerber X2^™ giống như nếu nó được tạo trong Gerber RS-247X - mặc dù tất nhiên, NC Drill và các đầu ra khác áp dụng sẽ vẫn cần được tạo bằng các phương pháp truyền thống. Tất cả đầu ra Gerber X2^™ được hướng đến một thư mục duy nhất.

IPC-2581

Tiêu chuẩn IPC-2581 được khởi xướng, phát triển và thúc đẩy bởi các đóng góp từ một loạt các phân khúc công nghiệp PCB, như OEMs, Nhà sản xuất PCB, và Các nhà sản xuất hợp đồng, cũng như MES, PLM và các nhà cung cấp CAD/CAM. Ngoài dữ liệu hình ảnh đồ họa, IPC-2581 vượt ra ngoài để tổng hợp tất cả các khía cạnh của một thiết kế, từ chồng lớp và vật liệu, đến chi tiết lắp ráp và kiểm tra, vào một định dạng dữ liệu duy nhất, được chứa trong một tệp duy nhất.

Hình 4: IPC-2581 Được quản lý bởi Liên minh IPC-2581

Tiêu chuẩn bao gồm thông tin chi tiết về chồng lớp, đảm bảo đúng thứ tự lớp và thông tin về vật liệu. Nó dễ dàng hỗ trợ các thiết kế bảng mạch phức tạp như Rigid-Flex, cũng như sử dụng các vật liệu đặc biệt. Cũng bao gồm trong dữ liệu Khoan và Phay hỗ trợ các loại via mù, chôn và đầy. Khoan lùi của vias cũng được hỗ trợ cũng như V-grooves, khe và hốc. Dữ liệu Netlist cũng được tạo ra để tạo điều kiện kiểm tra bảng mạch trần.

Requirements Management Made Easy

Connect design data and requirements for faster design with fewer errors

Find Out More

Ngoài việc tạo ra một bộ dữ liệu hoàn chỉnh cho việc sản xuất, IPC-2581 cũng tạo ra dữ liệu lắp ráp. Thông tin Chọn & Đặt có thể chỉ định vị trí theo X/Y và Z, cũng như cực tính và xoay của linh kiện. Điều này không chỉ hỗ trợ cho linh kiện nhúng, mà còn cho cả linh kiện xếp chồng lên nhau. Ngoài ra, IPC-2581 hỗ trợ tạo dữ liệu netlist và điểm kiểm tra, để hỗ trợ kiểm tra Trong Mạch, chức năng, hoặc kiểm tra JTAG.

IPC-2581 tạo ra các tài liệu BOM mua hàng, cũng như bản vẽ lắp ráp. Với sự liên kết với dữ liệu hệ thống PLM/ERP, tiêu chuẩn này có thể được sử dụng để tạo liên kết giữa thiết kế và chuỗi cung ứng. Một trong những lợi ích thực sự tiện lợi nhất của IPC-2581 là tất cả dữ liệu sản xuất và lắp ráp đều được chứa trong một tệp XML duy nhất.

KẾT LUẬN

Gerber RS-274X vẫn là tiêu chuẩn công nghiệp, được sử dụng để sản xuất phần lớn PCB trên toàn thế giới. Tuy nhiên, trong môi trường thiết kế ngày nay, nó không thể tồn tại độc lập. Mặc dù Gerber RS-274X mô tả chính xác các lớp đồng của bảng mạch, để hoạt động đầy đủ, nó phải được kết hợp với NC Drill, Ghi chú Sản xuất, Netlist, Bản vẽ Lắp ráp, BOM, Dữ liệu Chọn & Đặt, và nhiều hơn nữa. Việc kết hợp và quản lý tất cả các định dạng khác nhau này thường dẫn đến vấn đề, gây ra sự chậm trễ trong sản xuất, hoặc tồi tệ hơn, tạo ra các bảng mạch đắt tiền và không thể sử dụng.

Tuy nhiên, với việc áp dụng các định dạng như Gerber X2^™ và IPC-2581, sẽ cho phép bạn kết hợp tất cả dữ liệu sản xuất và lắp ráp vào một định dạng duy nhất, giúp giảm thiểu hoặc loại bỏ lỗi dịch dữ liệu và hiểu nhầm của con người khi dữ liệu thiết kế được chuyển từ lĩnh vực thiết kế sang lĩnh vực sản xuất.

HỖ TRỢ GERBER X2™ VÀ IPC-2581 TRONG ALTIUM DESIGNER®

Altium đã giới thiệu khả năng Gerber X2^™ trong phiên bản 15.0 của Altium Designer. Việc triển khai ban đầu này đã được phát triển và cải tiến thêm trong phiên bản Altium Designer 15.1. Chức năng này được tích hợp sẵn (không phải là một Extension riêng biệt) và được kích hoạt theo mặc định. Việc tạo ra đầu ra Gerber X2^™ có thể được gọi trực tiếp thông qua menu File » Fabrication Outputs, hoặc từ bên trong tệp Output Job của dự án PCB.

Altium cũng đã giới thiệu khả năng IPC-2581 Rev A trong phiên bản 15.0 của Altium Designer. Việc triển khai ban đầu này đã được phát triển và cải tiến để hỗ trợ IPC-2581 Rev B trong phiên bản 16.0. Chức năng IPC-2581 cần được kích hoạt bằng cách cài đặt IPC2581 Extension. Sau đó, việc tạo ra đầu ra IPC-2581 có thể được gọi trực tiếp thông qua menu File » Fabrication Outputs, hoặc từ bên trong tệp Output Job của dự án PCB. Để tải xuống và cài đặt extension, đi tới DXP » Extensions and Updates » Purchased và nhấp vào tile/icon của IPC2581 Extension. Khởi động lại Altium Designer để khởi tạo extension.

Hình 5: Cài đặt IPC-2581 Extension trong Altium Designer 15