Vítejte, dnes je
sobota 16.
listopad
2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky Výroba navržené desky plošných spojů nezahrnuje pouze výrobu samotné holé desky, ale také její osazení součástkami a testování. Výrobce potřebuje data o dané desce, přičemž pro různé fáze výroby jsou potřebná různá data. Otázkou tedy je, jaká data lze z programu pro návrh desek pro výrobu získat a jak dalece jsou pro výrobu desky vhodná a dostačující.
Gerber data jsou bezesporu nejznámější výstupní data z návrhu desek určená pro výrobu. Tento formát byl vyvinut již před více než padesáti lety firmou Gerber Scientific (USA) – výrobcem fotoplotrů. Od začátku byl určen pro potřeby zhotovení filmových předloh při výrobě holých desek. Když byla výroba fotoplotrů později prodána do Evropy, přešla s ní i práva na tento formát dat. A tak je dnes Gerber spravován belgickou firmou Ucamco (nástupce firmy Barco), na jejíž webových stránkách je specifikace tohoto formátu volně ke stažení [1].
Původní formát Gerber (RS-274-D) byl v průběhu let nahrazen aktualizovaným (RS-274-X), který již zahrnuje tabulku clonek a parametry nastavení při jeho generování.
Gerber data jsou v čitelném textovém formátu a popisují geometrii objektů na desce (spojů, čar, plošek, ploch), a to pro každou fyzickou a funkční vrstvu desky zvlášť, bez vzájemné návaznosti. Jedná se o pouhé grafické údaje, ve kterých se nerozlišuje obrys desky od plošného spoje, testovací ploška od pájecí, průchozí via otvor od slepého atd. Neobsahují také žádné informace o součástkách (např. typ, natočení, strana desky) ani o spojích (např. název spoje).
Když se podíváme do souboru Gerber dat (obr. 1), nalezneme tam pouze příkazové kódy G, D a XY souřadnice rohů čar a středů plošek a D-kódy pro tvar a velikost kresleného objektu v podobě čar nebo malých plošek. Pomocí těchto údajů lze vykreslit grafiku vždy jedné strany (vrstvy) desky – výsledný obraz desky se získá složením jednotlivých grafik všech vrstev přes sebe (obr. 2).
I když byla Gerber data určena pro výrobu holých desek, nezahrnují údaje o vrtání desky – ty musí být dodány výrobci odděleně v některém z běžně používaných formátů, jako jsou např. Excellon nebo Sieb-Meyer.
Jak je už z popisu zřejmé, Gerber data sama o sobě nejsou dostatečným podkladem pro výrobu desky. Nezahrnují vrtací data ani základní informace o desce (rozměry, panel, celková tloušťka, skladba vrstev atd.). Pro osazování a testování se také samotný Gerber nehodí, protože nemá informaci o součástkách (typ, poloha, natočení, strana desky, PTH / SMT) ani nerozeznává jednotlivé spoje a jejich atributy. Ani generování Gerber dat z návrhu desky není úplně jednoduché, když vezmeme v úvahu různá možná nastavení, která nakonec mohou vést i k chybným výsledkům. A přesto, doplněny o chybějící informace (většinou ručně), jsou Gerber data stále nejrozšířenějším výstupním souborem používaným pro výrobu nejen holých desek, ale i pro osazování a testování.
Důvodů pro používání formátu Gerber je několik, ale hlavní je jistě ten historický. Všechny programy pro návrh desek generují Gerber data již od dob svého vzniku v 80. letech minulého století, takže se stal jakousi automatickou součástí výstupů z návrhu desky. Navíc většina CAM programů zaměřených na výrobu dokáže s Gerber daty pracovat. Dalším důvodem obliby Gerber dat může být i to, že jsou čitelná, jednoduchá a srozumitelná.
Používání Gerber dat při osazování desek vyžaduje dodatečné kombinování dalších různých údajů, jako jsou vrtací data, výpisy použitých součástek, výkres desky, osazovací výkresy a další. To je pochopitelně náročné a zdlouhavé a navíc to také představuje možný zdroj chyb při vytváření výrobních podkladů, nehledě na pracné úpravy potřebné dokumentace při dodatečných změnách desky.
Společnost Ucamco, správce Gerber formátu, si byla vědoma nedostatků tohoto formátu, a tak přišla minulý rok s upravenou verzí Gerber dat pod názvem Gerber X2 (zkráceně jen X2). Vylepšení se týkají chybějících informací pro výrobu holé desky, nikoliv dat pro osazování a testování. Novinkou je např. informace o skladbě vrstev desky s popisem, via otvorech (blind, partial, …) atd. Zatím s tímto formátem dokáže pracovat jen několik málo programů (např. UcamX). Na stránkách firmy Ucamco [1] je ke stažení dokument, který tento nový formát X2 vysvětluje blíže.
Neúplnost Gerber dat pro potřeby osazování a testování desek byla počátkem 90. let minulého století výzvou pro izraelskou firmu Valor. Tato firma, známá svými programy pro hromadnou výrobu desek, představila svůj vlastní formát dat pod názvem ODB++. Nejdříve ho aplikovala ve svých CAM programech, ale postupně ho začali používat i někteří další výrobci CAM softwaru. Valor je nyní součástí společnosti Mentor Graphics, která se tak stala správcem tohoto formátu. Specifikace ODB++ není veřejně dostupná a používání tohoto formátu je pro výrobce programů licencováno. Společnosti vyvíjející EDA programy, ale i výrobci elektroniky, kteří propagují používání formátu ODB++ jsou sdruženi v organizaci ODB++ Solution Alliance [2].
Cílem vytvoření tohoto nového formátu dat bylo:
V ODB++ jsou kompletní data o desce v několika souborech navzájem provázaných v zazipovaném souboru (.tgz), takže nejsou běžně čitelná.
Po načtení dat do CAM programů, jako jsou např. CAM350, GC-Prevue nebo GerbTool, je možné si ihned prohlédnout jednotlivé vrstvy desky, přičemž na rozdíl od Gerber dat, jsou fyzické i funkční vrstvy automaticky identifikovány (obr. 3).
Součástí dat jsou údaje o otvorech, stejně jako o součástkách (typ, XY, natočení, SMT, …) a spojích. Ze seznamů vrstev, otvorů, součástek a spojů lze podle potřeby vyhledávat jednotlivé objekty a generovat výpisy.
Tím, že jsou v datech zahrnuty všechny potřebné informace o desce, je možné rychle a správně zhotovit dokumentaci i pro výrobu desky (osazování, testování).
Jednou z velkých výhod formátu ODB++ je možnost zahrnutí nejen dat o desce, ale také o osazovacím panelu. Zhotovení výstupního souboru je na rozdíl od Gerber dat velmi snadné – stačí pouhé spuštění generátoru ODB++.
Protože formát ODB++ vznikl v rámci jedné firmy, byť známé a aktivní na poli CAM softwaru, objevila se během jeho používání řada nových námětů na jeho vylepšení. I když byla firma Valor původně sama průkopníkem novější verze ODB++ v XML formátu, vedoucí úlohu v jeho rozvoji převzala organizace IPC [3] známá svými standardy pro výrobu elektroniky. Ta s pomocí některých výrobců EDA programů a také výrobců elektroniky sdružených v organizaci IPC-2581 Consortium [3] začala formát IPC-2581 propagovat.
Zde je potřeba vysvětlit jeden zdánlivě malicherný důvod pro oddělení formátů ODB++ a IPC-2581. ODB++ je dnes vlastněn společností Mentor Graphics a mnohé firmy, zejména výrobci elektroniky, mají výhrady k používání formátu dat, který je vlastněn jedním z nich. Naproti tomu IPC-2581 je v rukou nevýrobní organizace IPC a je volně dostupný a šiřitelný.
IPC-2581 představuje tedy nejnovější formát dat pro výrobu desek (holé desky, osazování, testování atd.). Zahrnuje všechny potřebné informace o desce, stejně jako ODB++ včetně panelu, liší se ale ve struktuře zápisu. Jedná se o jeden soubor dat ve formátu XML, čímž je čitelný a srozumitelný. Jednotlivé druhy dat jsou od sebe zřetelně odděleny, a proto je možné generovat z navržené desky jenom ty informace, které daný výrobce potřebuje.
Žádný z výše uvedených formátů by neměl šanci na úspěch, kdyby ho nepodporovaly programy pro návrh desek plošných spojů a CAM programy pro zhotovení podkladů pro jejich výrobu. V tabulce 1 je uveden stručný přehled založený na dostupných informacích, který zahrnuje některé u nás známé programy.
Prohlížečů Gerber dat je celá řada, podívejme se proto spíše na možnosti zobrazení ODB++ a IPC-2581 mimo vlastních CAM programů určených pro práci s nimi.
Prohlížení těchto dat je pochopitelně možné přímo v editorech CAM programů, které ODB++ a/nebo IPC-2581 podporují. Pro účely pouhého prohlížení potom existuje několik dalších prohlížečů, které jsou k dispozici zdarma. Prohlížeč formátu ODB++ lze stáhnout z webových stránek aliance [2] poté, co se zaregistrujete jako její člen.
Dva nejznámější prohlížeče formátu IPC-2581 pochází od výrobců CAM programů – DownStream Technologies (VU2581) a Wise (Wise 2581 Viewer). Oba jsou volně ke stažení na stránkách konsorcia IPC-2581 [3].
Fakt, že formáty ODB++ a IPC-2581 obsahují víceméně kompletní data navržené desky, je jejich velkým přínosem pro výrobu, zejména pak pro osazování a testování. Současně to ale představuje i jistou nevýhodu – někteří zákazníci se obávají možnosti zcizení duševního vlastnictví, pokud jsou data o navržené desce předána dále mimo vlastní firmu. I když se ukazuje, že tato obava není opodstatněná a ve většině světa může být smluvně ošetřena, zůstává tato záležitost věcí důvěry mezi zákazníkem a výrobcem. Z tohoto pohledu je formát IPC-2581 řešen lépe, protože umožňuje generování jenom částečných, skutečně potřebných dat.
Zájemcům o podrobnější informace o rozdílech mezi formáty Gerber a ODB++ doporučuji článek „The Great Gerber vs. ODB++ Debate“, který vyšel v září 2014 v časopisu The PCB Design Magazine. V něm zástupci společností Ucamco a Mentor Graphics obhajují výhody formátů, jejichž jsou správci. Článek je také k dispozici na stránkách společnosti Ucamco [1].
