Tầm quan trọng của việc có một định dạng dữ liệu sản xuất PCB hiện đại

Tôi mới đăng một BLOG trên Altium về nhà máy eSmart mới nhất ở New Hampshire. Sử dụng công nghệ máy móc và quy trình tiên tiến nhất, nhà máy có thể sản xuất các lớp đa phức tạp và substrates HDI gần như hoàn hảo với hình dạng cực kỳ mịn chỉ trong vài ngày, mà không cần sự giúp đỡ hay chạm vào từ bàn tay con người, đồng thời không phát thải bất cứ thứ gì gây hại cho môi trường—không có chất thải.

Kỹ thuật số hóa cho Nhà máy Thông minh

Công nghệ này sẽ hình thành cách thức sản xuất mạch in trong nhiều năm tới. Lợi thế khi trở thành ‘Nhà máy Thông minh Toàn Kỹ thuật số’ cũng chính là điểm yếu tiềm ẩn của nó. Không có công nhân nào để đọc một bản vẽ công thức cụ thể hay điều chỉnh máy móc! Đây là “Nhà máy Thông minh Toàn Kỹ thuật số” và nó cần công thức kỹ thuật số cho mọi thứ. Vào cuộc chương trình truyền thông thiết kế kỹ thuật số IPC-2581. Như được thấy trong Hình 1, ủy ban chương trình IPC-2581 đang tạo ra một chuỗi kỹ thuật số sẽ cho phép các công cụ thiết kế xuất ra một tệp XML kỹ thuật số có thể điều khiển ‘Nhà máy của Tương lai’ hay Nhà máy Thông minh.

HÌNH 1: Kỹ thuật số hóa các đặc điểm thiết kế cho Nhà máy Thông minh. (Nguồn: bài thuyết trình IPC APEX 2017)

Định dạng Xuất Thiết kế PCB Thông minh Phổ biến

Để kích hoạt quá trình số hóa nhà máy thông minh trong sản xuất điện tử, đã có nhiều nỗ lực nhằm hợp nhất và tiêu chuẩn hóa việc xuất dữ liệu sản xuất để giảm kích thước của các gói tệp. Hai định dạng xuất phổ biến nhất mà các nhà thiết kế PCB sẽ quen thuộc là:

• Gerber X2
• ODB++

Gerber X2 chỉ là một cải tiến nhỏ so với RS-274-X, trong khi ODB++ gần hơn với một định dạng dữ liệu thông minh thực sự. Tuy nhiên, khoảng 70-80% các gói tệp xuất PCB vẫn ở định dạng RS-274-X, vẫn cần thêm các tệp khác để truyền đạt đầy đủ thông tin cần thiết để xây dựng và lắp ráp PCB.

Vào năm 2020, định dạng Gerber X3 đã được Ucamco giới thiệu, mang lại sự cải thiện đáng kể so với định dạng tệp X2. Định dạng này hợp nhất thông tin lắp ráp (BOM, chọn và đặt, v.v.) và metadata bổ sung (các chỉ số tham chiếu, mô tả linh kiện, v.v.) vào gói xuất tệp Gerber tiêu chuẩn. Điều này khiến gói X3 trông giống nhiều hơn với xuất ODB++ và nó cung cấp cho các nhà sản xuất thông tin họ cần với ít tệp hơn.

Manufacturing Made Easy

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

Learn More

IPC-2581

Tiêu chuẩn đang phát triển IPC-2581 là một trong những lý do mà Tiêu chuẩn IPC-CFX-2591 đã được phát triển một cách nhanh chóng. Tiêu chuẩn từ thiết kế đến sản xuất đã là trọng tâm của IPC gần 30 năm. Việc chuyển dữ liệu từ CAD sang CAM đã trải qua nhiều tệp, thông số kỹ thuật và ghi chú, như được thấy trong Hình 28. Đầu tiên là Gerber -> EDIF -> IPC-D-350 -> ODB -> GenCam -> ODB++ -> IPC-2541 -> GenCam 2.0 -> GenCamX -> IPC-2581A và bây giờ là IPC-2581B với các phần mở rộng. Nhưng việc số hóa tất cả thông tin sản phẩm và sản xuất đã thúc đẩy ngành công nghiệp tạo ra một tiêu chuẩn sản phẩm chung, mở và IPC-2581B là điều gần nhất chúng ta có với một tiêu chuẩn đồng thuận. Điều này được làm nổi bật bởi việc triển khai nhanh chóng của CFX.

Tiến độ đã nhanh chóng trên IPC-2581 nhưng tập trung vào lắp ráp điện tử. Quy trình nặng nề và yêu cầu CNC cho việc sản xuất PCB đã bị đặt sang một bên. Như được thấy trong Hình 2, một số yêu cầu dữ liệu vẫn chưa được số hóa.

Tình trạng hiện tại của việc sản xuất PCB được đặc trưng bởi tình hình này:

• Khả Năng Nhà Máy Sản Xuất PCB
  • Công nghệ PCB bao gồm ML, HDI, SLP và FPC
  • Đa dạng sản phẩm, từ số lượng thấp đến cao, với hàng trăm khách hàng hoạt động (>15,000 thiết kế/năm)
• Dữ Liệu Khách Hàng
  • cơ sở khách hàng có độ tin cậy cao và tuân thủ thông số kỹ thuật
  • >10 ngôn ngữ (tiếng Anh và tiếng Trung giản thể là phổ biến nhất)
  • không có khách hàng nào mà tất cả các thiết kế đều phù hợp với khả năng của nhà máy hoặc các thông số kỹ thuật của họ
  • nhiều khách hàng có một số thiết kế không yêu cầu DFM TQ
  • đơn vị tiếng Anh và mét (đôi khi trong cùng một gói tài liệu)
  • trung bình >1 lần xem xét DFM trước thiết kế cho mỗi thiết kế được chế tạo
• Công Cụ Phía Trước
  • một lượng lớn công suất cần thiết cho các bài đánh giá DFM trước thiết kế và ECN nội bộ
  • thiết kế được cung cấp dưới dạng tệp CAD, Gerber 274X, ODB++ và IPC-2581
  • phần đầu cần lưu ý/giải quyết khi thiết kế vi phạm thông số kỹ thuật của khách hàng

HÌNH 2: Mục tiêu của IPC-2581 là số hóa hoàn toàn sản phẩm PCB thành một tiêu chuẩn dựa trên dữ liệu. Tuy nhiên, một số lĩnh vực vẫn chưa được 2581 giải quyết. [Nguồn: KORF Consultancy]

‘Nhà máy Kết nối cho Lắp ráp’ - IPC-CFX & Hermes

IPC-CFX là Tiêu chuẩn Mạng MỞ được giới thiệu bởi Viện Công nghiệp Điện tử Kết nối (IPC) vào năm 2018 (Hình 3). Nó thiết lập ba yếu tố quan trọng cho IoT công nghiệp “cắm và chạy”:

Professional PCB Drawings in Minutes

Create and update documentation as you design.

Learn More

1. Giao thức tin nhắn-sử dụng AMQP.
2. Cơ chế mã hóa-sử dụng {JSON}.
3. Yếu tố tạo nội dung cụ thể-chủ đề và tin nhắn có cấu trúc.

Tiêu chuẩn mới được tạo ra rất nhanh với sự tham gia của hơn 300 công ty công nghiệp cùng làm việc với nhau. Nó là:

• tiêu chuẩn để kích hoạt Công nghiệp 4.0 nhưng miễn phí và MỞ;
• IIoT “cắm & chạy”;
• mở cửa cho tất cả, với sự đồng thuận dựa trên thỏa thuận của >300 người tham gia;
• máy móc, quy trình, hệ thống và con người;
• không cần bản quyền, hợp đồng hay phụ thuộc, với phần mềm và hỗ trợ tự làm;
• Trọng tâm hiện tại là tất cả các quy trình lắp ráp rời rạc;
• Được công bố vào tháng 4 năm 2019.

HÌNH 3: IPC-CFX là tiêu chuẩn giao thức lắp ráp điện tử M2M MỞ, miễn phí. [Nguồn: IPC]HÌNH 3: IPC-CFX là tiêu chuẩn giao thức lắp ráp điện tử M2M MỞ, miễn phí. [Nguồn: IPC]

Tiêu chuẩn Hermes (THS) là một giao thức điều khiển dây chuyền cấp thấp, truyền thông tin lên xuống dọc theo dây chuyền thiết bị:

• ID PCB
• Tên Chương trình
• Dữ liệu sản phẩm chính

Những yếu tố này cho phép tạo ra quyết định tự động, hiển thị bảng điều khiển, cảnh báo và báo cáo. Các ứng dụng giúp cải thiện năng suất, hiệu quả, kế hoạch dung lượng và chất lượng đồng thời giảm chi phí. Nó cho phép truy xuất đầy đủ các thành phần (IPC-1782) và phản hồi cho thiết kế (IPC-2581).

Manufacturing Made Easy

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

Learn More

IPC đã thiết lập một phương pháp để thêm/sửa các tin nhắn mới cho Tiêu chuẩn CFX, “Quy trình Gửi Tin nhắn CFX”, để cho phép nó phát triển và được áp dụng bởi nhiều máy móc và quy trình hơn. Thậm chí còn có tin nhắn CFX cho việc hàn tay.

Trí Tuệ Nhân Tạo Đến Giải Cứu

Vào cuối năm 1995, Phòng thí nghiệm Hewlett-Packard đã phát triển một ‘trí tuệ nhân tạo tự học’ có thể hỗ trợ các nhà thiết kế PCB trong công việc phức tạp của họ trong việc thiết kế các lớp đa tốc độ cao. Hệ thống AI được gọi là ‘EXPLOYER’ và hoạt động kết hợp với phần mềm trước đó, ‘Cố vấn Xây dựng Bảng Mạch’ cung cấp thông tin và chi phí quy trình Fab PCB. Hệ thống được hiển thị trong Hình 4 và nhấn mạnh rằng AI có thể đến giải cứu để cung cấp thông tin cần thiết cho việc số hóa sản xuất điện tử.

Những chủ đề này là một phần của video bài phát biểu chính tại AltiumLive năm 2019 và có thể được xem trên YouTube.

HÌNH 4: HP Lab’s Design Explorer làm việc với BCA-IPDA và các công cụ CAD EDA để thiết kế các lớp đa tốc độ cao

Có thêm câu hỏi? Gọi cho chuyên gia tại Altium hoặc khám phá thêm về Quản lý dữ liệu PCB và cách nó liên quan đến quy trình Thiết kế PCB và vai trò của tất cả mọi người liên quan.

Easy, Powerful, Modern

The world’s most trusted PCB design system.

Learn More