مقارنة بين Gerber و ODB++ و IPC-2581: اختيار حزمة بيانات تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة

يُعدّ اختيار أحد تنسيقات Gerber أو ODB++ أو IPC-2581 قرارًا يتعلق بكمية المعلومات التصنيعية التي ترغب في مشاركتها مع فريق العمل. يتميز Gerber بشموليته تقريبًا ولكنه يعتمد على الطبقات، بينما يوفر كل من ODB++ وIPC-2581 سياقًا تصميميًا أوسع في مجموعة بيانات أكثر وضوحًا لعمليات التصنيع والتجميع. يقارن هذا الدليل بين تنسيقات التصنيع المحايدة الثلاثة، ويشرح متى يكون كل منها الخيار الأمثل، ويوضح كيف تستخدم شركة Highleap Electronics باقي حزمة البيانات لتصنيع وتجميع اللوحة.

1. ما هي تنسيقات الملفات التي يحتاجها مصنع لوحات الدوائر المطبوعة؟

يحتاج مصنّع لوحات الدوائر المطبوعة إلى مجموعة بيانات تصنيع - إما ملفات Gerber بالإضافة إلى ملف حفر NC، أو تنسيق شامل مثل ODB++ أو IPC-2581 - وللتجميع، يحتاج إلى قائمة مواد، وملف تحديد المواقع (مركز الثقل)، ورسم تخطيطي للتجميع. تحدد بيانات التصنيع اللوحة الأساسية؛ بينما تحدد بيانات التجميع مكوناتها ومواقعها.

توجد هذه الصيغ لأن ملف مشروع التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) خاص بأداة معينة ولا يمكن تصنيعه مباشرةً، بينما هذه الصيغ عبارة عن مخرجات محايدة وموحدة يمكن لأي مصنع قراءتها. يُلخص هذا العرض العام لملفات تصميم لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) المجموعة الكاملة التي يتوقعها المصنّع ، وتجد الخطوات العملية لإنتاجها في الدليل المصاحب لملفات Gerber . يشرح الجزء المتبقي من هذه المقالة محتوى كل صيغة حتى تتمكن من إرسال الحزمة الصحيحة من المرة الأولى.

2. ما هو ملف Gerber وماذا يحتوي؟

ملف Gerber هو ملف متجهي ثنائي الأبعاد يصف طبقة واحدة من لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) - سواء كانت طبقة النحاس أو قناع اللحام أو طباعة الشاشة الحريرية - كمجموعة من الأشكال المرسومة بفتحات محددة. يمثل كل ملف Gerber طبقة واحدة، لذا فإن حزمة اللوحة الكاملة تتكون من مجلد يحتوي على ملفات Gerber (طبقة النحاس العلوية والسفلية، والطبقات الداخلية، وقناع اللحام، وطباعة الشاشة الحريرية، وطبقات المعجون، ومخطط اللوحة) بالإضافة إلى ملف حفر NC منفصل للثقوب.

المعيار الحديث هو RS-274X (والإصدار الأحدث X2)، الذي يُضمّن تعريفات فتحة العدسة داخل الملف نفسه. أما ملفات Gerber القديمة "RS-274D" فكانت تتطلب قائمة فتحات عدسة منفصلة، ​​وهي الآن قديمة وعرضة للأخطاء. ولأن كل طبقة عبارة عن ملف منفصل باسم تُحدّده أنت، فإنّ نقطة الضعف الرئيسية في ملفات Gerber العادية هي الغموض: فالطبقة المُصنّفة بشكل خاطئ أو المفقودة تُعدّ سببًا شائعًا لتأخير التصنيع، ولهذا السبب يجب فحص كل مجموعة Gerber في برنامج عرض قبل إرسالها، ولهذا السبب أيضًا تمّ ابتكار التنسيقات الشاملة المذكورة أدناه. كما تُغذّي بيانات Gerber مباشرةً خطوة التصنيع بمساعدة الحاسوب (CAM) حيث يقوم المصنع بتحويل ملفاتك إلى نموذج بناء.

3. Gerber مقابل ODB++ مقابل IPC-2581: أي تنسيق هو الأفضل؟

يُعدّ Gerber المعيار الأساسي العالمي، بينما يُعتبر كلٌّ من ODB++ وIPC-2581 تنسيقات ملفات ذكية تجمع جميع بيانات الطبقات، وبيانات الحفر، وقوائم الشبكة، وبيانات قائمة المواد في كثير من الأحيان، مما يجعلها أقل عرضةً للأخطاء، والخيار الأمثل في حال دعم مصنعك لها. يكمن التحدي في المفاضلة بين الشمولية والشمولية.

في معظم المشاريع، يُعدّ Gerber خيارًا عمليًا وآمنًا. أما في حال قبول الشركة المصنّعة له، فيُفضّل استخدام ODB++، لأنّ تجميع جميع الطبقات وبيانات الحفر وقائمة الشبكة في مجموعة بيانات واحدة ذكية يُزيل الغموض في تسمية الطبقات ومحاذاتها الذي قد ينتج عن استخدام مجلدات Gerber غير المنظمة. ويسعى معيار IPC-2581 إلى تحقيق الهدف نفسه، وهو توفير معيار مفتوح وموحد لا يرتبط بمورّدين محددين. ببساطة، يُعدّ أفضل تنسيق هو الأكثر شمولًا الذي يدعمه مصنعك، ويُجنّبك التأكد من ذلك مسبقًا الحاجة إلى إعادة العمل.

4. حفر، وقائمة المواد، وملفات التجميع.

بالنسبة للوحة مُجمّعة، يجب عليك أيضًا توفير ثلاثة ملفات: ملف حفر NC (موقع كل ثقب وحجمه وحالة طلائه)، وقائمة المواد (كل جزء مع رقم القطعة الخاص به من الشركة المصنعة)، وملف التجميع (موضع كل مكون ودورانه وجانبه). بيانات التصنيع وحدها تُنتج لوحة أساسية؛ أما هذه الملفات فتحوّلها إلى لوحة دوائر مطبوعة مُجمّعة. ما يُقدّمه كل ملف:

• ملف حفر NC. يحدد عملية الحفر - أحجام الثقوب، والإحداثيات، وحالة الطلاء مقابل عدم الطلاء - وهو جزء من مجموعة التصنيع على الرغم من أنه منفصل عن ملفات Gerber.
• قائمة المواد. يسرد كل مكون برقم القطعة الحقيقي للشركة المصنعة، وليس مجرد قيمة، حتى يمكن الحصول على القطع فعلياً؛ قائمة كاملة ثنائي الفينيل متعدد الكلور BOM يُعدّ ذلك أمراً ضرورياً للحصول على عروض أسعار دقيقة وعمليات شراء فعّالة.
• ملف التقاط ووضع (مركز الثقل). يُحدد هذا الأمر موضع كل جزء على المحورين X وY، ودورانه، وجانبه على اللوحة، لكي تقوم آلة التثبيت بضبطه بشكل صحيح؛ إليك كيفية القيام بذلك. تجميع محركات أقراص الملفات المركزية.
• رسم التجميع. يُظهر القطبية، والدبوس الأول، والعلامات المرجعية، والملاحظات التي لا يجب ملؤها والتي لا تنقلها ملفات البيانات وحدها.

تُعد حزمة التجميع غير المكتملة - ملفات Gerber بدون أرقام أجزاء قائمة المواد، أو ملف مركز الثقل المفقود - أحد أكثر الأسباب شيوعًا لعدم إمكانية وضع اللمسات الأخيرة على عرض أسعار التجميع، لذا فإن إرسال كل هذه الملفات معًا يحافظ على استمرار المشروع.

5. ما هو كل ملف من ملفات طبقات Gerber وكيفية تسميتها

في حزمة Gerber، يُمثل كل ملف طبقةً ماديةً واحدةً من اللوحة، والتسمية الواضحة هي ما يمنع المُصنِّع من التخمين بشأن وظيفة كل ملف. ولأن ملفات Gerber العادية لا تحمل أي علامة مُضمَّنة تُشير إلى الطبقة النحاسية العلوية بخلاف اسم الملف، فإن نظام التسمية الغامض أو غير القياسي يُعد سببًا شائعًا لتأخير التصنيع. تبدو حزمة الطبقات الثنائية الكاملة، والطبقات التي تُضيفها اللوحة متعددة الطبقات، كما يلي:

تختلف امتدادات الملفات بين أدوات تصميم الدوائر الإلكترونية، لذا يُنصح باتباع التسمية القياسية للأداة، وإضافة ملف تعليمات مختصر أو خريطة للطبقات عند عدم وضوح الأسماء، وتحديد ترتيب الطبقات في اللوحات متعددة الطبقات لضمان تكديس الطبقات الداخلية بشكل صحيح. هذا الغموض في التسمية هو تحديدًا ما يُعالجه ODB++ بتجميع كل طبقة ودورها وبيانات الحفر في مجموعة بيانات مُهيكلة واحدة، ولذلك يُفضّل استخدامه عند دعم المصنع له. أيًا كان ما تُرسله، فإن فتح الحزمة في برنامج عرض الملفات يُؤكد اكتمال الطبقات وتحديدها بشكل صحيح قبل وصولها إلى مرحلة التصنيع بمساعدة الحاسوب.

6. كيف يستخدم برنامج Highleap ملفاتك لبناء اللوحة

تقبل Highleap بيانات التصنيع بصيغ Gerber أو ODB++ أو IPC-2581 بالإضافة إلى قائمة المواد (BOM) ومخطط التجميع (pick-and-place) ورسم التجميع، ثم تتحقق من الحزمة قبل البدء في التصنيع لضمان عمليتي التصنيع والتجميع من نسخة واحدة مؤكدة. بغض النظر عن الصيغة التي ترسلها، يتم فتح الملفات وفحصها - التأكد من وجود الطبقات، وعدم وجود أي انعكاس، ومحاذاة الثقوب، وتطابق قائمة المواد ومركز الثقل - ويتم الإبلاغ مبكرًا عن أي شيء قد يتسبب في تعليق العملية.

هذه المراجعة إجراء داخلي خاص (وليست متاحة للتحميل العام)، وهي مرتبطة بمراجعة قابلية التصنيع التي تكشف المشكلات التي لا تظهر في الملفات وحدها. ومن ثم، تُوجّه البيانات المُدققة عملية التصنيع والتجميع الجاهز ، بدءًا من تحديد المصادر والتركيب والفحص والاختبار. للحصول على عرض سعر دقيق من المرة الأولى، يُرجى إرسال بيانات التصنيع (بصيغة Gerber أو ODB++)، وملف حفر NC، وقائمة المواد مع أرقام الأجزاء، وملف التجميع والتركيب، ومخطط اللوحة، وتكوين الطبقات، والكمية.

7. الأسئلة الشائعة حول تنسيق ملف لوحة الدوائر المطبوعة

ما هو البرنامج الذي يفتح ملفات Gerber؟

تتيح برامج عرض ملفات Gerber المتخصصة، وبرنامج العرض المدمج في أداة EDA الخاصة بك (يتضمن KiCad برنامج GerbView)، بالإضافة إلى العديد من برامج العرض المجانية على سطح المكتب وعبر الإنترنت، فتح ملفات Gerber. قم بتحميل مجموعة الطبقات الكاملة بالإضافة إلى ملف الحفر معًا لعرض اللوحة كما يراها المصنّع.

ما الفرق بين ملف Gerber وملف Excellon للحفر؟

تصف ملفات Gerber طبقات اللوحة - النحاس، والقناع، والطباعة الحريرية - بينما يصف ملف Excellon (المثقاب الرقمي) الثقوب: أحجامها، ومواقعها، وحالة الطلاء. كلاهما مطلوب؛ ملف المثقاب ليس طبقة Gerber.

ما الفرق بين RS-274X و Gerber X2؟

X2 هو امتداد لتنسيق RS-274X يضيف سمات قابلة للقراءة آليًا - مثل الطبقة التي يمثلها الملف ووظيفة كل وسادة - مما يجعل البيانات أكثر وصفًا ذاتيًا وأقل غموضًا بالنسبة للمصنّع مع الحفاظ على التوافق مع الإصدارات السابقة.

هل يمكنك تعديل ملف Gerber؟

نعم، باستخدام برنامج CAM، يمكن للمصنّع تعديل ملفات Gerber، ويمكن للمشاهدين قياسها وفحصها، ولكن يجب على المصممين إجراء تغييرات في ملف CAD المصدر وإعادة تصديره بدلاً من تعديل ملفات Gerber مباشرة، للحفاظ على تزامن التصميم والمخرجات.

كيف يمكنني تحويل تصميمي إلى صيغة Gerber؟

لا تقوم بتحويل ملف التصميم النهائي مباشرةً؛ بل تقوم بتصدير ملفات Gerber من وظيفة إخراج التصنيع في أداة EDA الخاصة بك، والتي تُنشئ ملف Gerber لكل طبقة بالإضافة إلى ملف الحفر. يصبح الناتج المحايد قابلاً للقراءة من قِبل أي مُصنِّع.

هل يمكن للمصنّع أن يبني من ملف CAD الأصلي الخاص بي بدلاً من ملفات Gerber؟

عموماً لا، ملفات التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) الأصلية خاصة بأداة معينة وليست صيغة تصنيع. يعتمد المصنعون على بيانات محايدة: ملفات Gerber بالإضافة إلى بيانات الحفر، أو مجموعة بيانات ODB++ أو IPC-2581 شاملة، والتي يمكن لأي ورشة قراءتها بغض النظر عن أداة التصميم المستخدمة.