Gerber, ODB++ e IPC-2581: la scelta del pacchetto dati per la produzione di circuiti stampati.

La scelta tra Gerber, ODB++ e IPC-2581 dipende essenzialmente da quanta conoscenza del processo produttivo si desidera condividere con il cliente. Gerber è quasi universale ma basato su livelli, mentre ODB++ e IPC-2581 racchiudono un contesto di progettazione più ampio in un dataset più pulito per la fabbricazione e l'assemblaggio. Questa guida confronta i tre formati di produzione neutri, spiega quando ciascuno è la scelta migliore e mostra come Highleap Electronics utilizza il resto del pacchetto dati per fabbricare e assemblare la scheda.

1. Quali formati di file sono necessari a un produttore di PCB?

Un produttore di PCB necessita di un set di dati di fabbricazione, ovvero file Gerber più un file di foratura NC, oppure un formato "tutto in uno" come ODB++ o IPC-2581, e, per l'assemblaggio, di una distinta base, un file di posizionamento (centroide) e un disegno di assemblaggio. I dati di fabbricazione definiscono la scheda nuda; i dati di assemblaggio definiscono cosa viene montato su di essa e dove.

Questi formati esistono perché il file del progetto CAD è specifico per un determinato strumento e non è direttamente realizzabile, mentre questi sono output neutri e standardizzati che qualsiasi fabbrica può leggere. L'insieme completo di file richiesti da un produttore è riassunto in questa panoramica sui file di progettazione PCB , mentre le istruzioni pratiche su "come produrli" sono disponibili nella guida complementare sui file Gerber . Il resto di questo articolo spiega cosa contiene effettivamente ciascun formato, in modo da poter inviare il pacchetto corretto fin da subito.

2. Cos'è un file Gerber e cosa contiene?

Un file Gerber è un file vettoriale 2D che descrive un singolo strato di un PCB (il suo rame, la maschera di saldatura o la serigrafia) come un insieme di forme disegnate con aperture definite. Un file Gerber rappresenta uno strato, quindi un pacchetto completo di circuito stampato nudo è una cartella di file Gerber (rame superiore e inferiore, strati interni, entrambe le maschere di saldatura, entrambe le serigrafie, strati di pasta saldante e il contorno del circuito stampato) accompagnata da un file di foratura NC separato per i fori.

Lo standard moderno è RS-274X (e il più recente X2), che incorpora le definizioni delle aperture all'interno del file: i vecchi Gerber "RS-274D" richiedevano un elenco di aperture separato e sono obsoleti e soggetti a errori. Poiché ogni layer è un file separato con un nome assegnato dall'utente, il principale punto debole dei Gerber standard è l'ambiguità: un layer etichettato in modo errato o mancante è una causa classica di blocco della produzione, motivo per cui ogni set di Gerber dovrebbe essere controllato in un visualizzatore prima dell'invio e per cui sono stati creati i formati "tutto in uno" descritti di seguito. I dati Gerber alimentano anche direttamente la fase CAM , dove una fabbrica trasforma i file in un oggetto da costruire.

3. Gerber, ODB++ e IPC-2581: qual è il formato migliore?

Gerber è lo standard universale, mentre ODB++ e IPC-2581 sono formati intelligenti a file singolo che raggruppano tutti i dati relativi a layer, drill, netlist e spesso anche alla distinta base (BOM), risultando quindi meno soggetti a errori e la scelta migliore laddove la fabbrica li supporti. Il compromesso è tra universalità e ricchezza di informazioni:

Per la maggior parte dei progetti, Gerber funziona ovunque e rimane la scelta predefinita più sicura. Laddove il produttore lo accetti, ODB++ è preferibile perché raggruppare ogni layer, i dati di foratura e la netlist in un unico dataset intelligente elimina l'ambiguità di denominazione e allineamento dei layer che le cartelle Gerber separate possono causare. IPC-2581 persegue lo stesso obiettivo, ovvero quello di essere uno standard unico, aperto e indipendente dal fornitore. Il formato migliore è semplicemente quello più completo supportato dal vostro stabilimento di produzione, e confermarlo in anticipo evita rilavorazioni.

4. File di foratura, distinta base e file di prelievo e posizionamento per l'assemblaggio

Per una scheda assemblata è necessario fornire anche tre file: il file di foratura NC (posizione, dimensione e stato di placcatura di ogni foro), la distinta base (ogni componente con il relativo codice articolo del produttore) e il file di posizionamento (posizione, rotazione e lato di ogni componente). I soli dati di fabbricazione costituiscono una scheda nuda; questi la trasformano in una scheda PCBA assemblata. Cosa fornisce ciascuno:

• File di foratura NC. Definisce la foratura (dimensioni dei fori, coordinate e stato di placcatura o non placcatura) e fa parte del set di fabbricazione, anche se è separato dai file Gerber.
• Distinta dei materiali. Elenca ogni componente con un codice articolo del produttore reale, non solo un valore, in modo che i pezzi possano essere effettivamente reperiti; un elenco completo Distinta base PCB è essenziale per una preventivazione e un approvvigionamento accurati.
• File di prelievo e posizionamento (centroide). Fornisce la posizione X/Y di ogni parte, la rotazione e il lato della scheda in modo che la macchina di posizionamento la imposti correttamente; ecco come unità di assemblaggio del file centroid.
• Disegno di assemblaggio. Mostra la polarità, il pin uno, i punti di riferimento e le note di non compilazione che i soli file di dati non forniscono.

Un pacchetto di assemblaggio incompleto, ovvero file Gerber senza i codici dei componenti della distinta base o un file centroid mancante, è una delle cause più comuni per cui un preventivo di assemblaggio non può essere finalizzato; pertanto, l'invio di tutta la documentazione insieme consente di far progredire il progetto.

5. Cos'è ciascun file di layer Gerber e come nominarli

In un package Gerber, ogni file rappresenta uno strato fisico del circuito stampato e una nomenclatura chiara è ciò che impedisce al produttore di indovinare quale file corrisponda a quale strato. Poiché i file Gerber standard non contengono alcuna etichetta intrinseca che indichi "questo è lo strato di rame superiore" oltre al nome del file, uno schema di denominazione ambiguo o non standard è una causa comune di blocco della produzione. Un package completo a due strati, e gli strati aggiuntivi di un circuito stampato multistrato, si presentano in questo modo:

Le estensioni variano tra i diversi strumenti EDA, quindi la prassi più sicura è quella di mantenere la nomenclatura standard del proprio strumento, includere un breve file README o una mappa dei layer quando i nomi non sono ovvi e specificare l'ordine dei layer per le schede multistrato in modo che i layer interni siano impilati correttamente. Questa ambiguità di denominazione è proprio il problema che ODB++ risolve raggruppando ogni layer, il suo ruolo e i dati di foratura in un unico dataset strutturato: ecco perché è il formato di consegna preferito quando una fabbrica lo supporta. Qualunque cosa si invii, l'apertura del pacchetto in un visualizzatore conferma che i layer siano completi e correttamente identificati prima che raggiungano la fase CAM.

6. Come Highleap utilizza i tuoi file per costruire la scheda

Highleap accetta dati di fabbricazione in formato Gerber, ODB++ o IPC-2581, oltre alla distinta base (BOM), al disegno di prelievo e posizionamento (pick-and-place) e al disegno di assemblaggio, quindi verifica il pacchetto prima della produzione in modo che fabbricazione e assemblaggio funzionino a partire da un'unica revisione confermata. Indipendentemente dal formato inviato, i file vengono aperti e controllati: presenza di livelli, assenza di specchiature, allineamento dei fori, coerenza tra distinta base e centroide; qualsiasi elemento che potrebbe causare un blocco viene segnalato tempestivamente.

Questa revisione è una fase interna privata (non un caricamento pubblico) e si abbina a una revisione di fattibilità produttiva che individua problemi che i soli file non rivelano. A partire da questi dati verificati, si procede alla fabbricazione e all'assemblaggio chiavi in ​​mano, che comprende approvvigionamento, posizionamento, ispezione e collaudo. Per ottenere un preventivo accurato fin da subito, inviate i vostri dati di fabbricazione (Gerber o ODB++), il file di foratura NC, la distinta base con i codici dei componenti, il file di prelievo e posizionamento, il contorno del circuito stampato, lo stackup e la quantità.

7. Domande frequenti sul formato dei file PCB

Quale software apre i file Gerber?

Visualizzatori Gerber dedicati, il visualizzatore integrato del tuo strumento EDA (KiCad include GerbView) e vari visualizzatori gratuiti per desktop e online consentono tutti di aprire i file Gerber. Carica l'intero set di layer e il file di foratura insieme per visualizzare il circuito stampato come lo vedrà il produttore.

Qual è la differenza tra una lima Gerber e una lima Excellon?

I file Gerber descrivono gli strati del circuito stampato (rame, maschera, serigrafia), mentre il file Excellon (per foratura NC) descrive i fori: dimensioni, posizioni e stato di placcatura. Entrambi sono necessari; il file di foratura non è uno strato Gerber.

Qual è la differenza tra RS-274X e Gerber X2?

X2 è un'estensione del formato RS-274X che aggiunge attributi leggibili dalle macchine, come ad esempio il livello a cui appartiene un file e la funzione di ciascun pad, rendendo i dati più autoesplicativi e meno ambigui per il produttore, pur mantenendo la compatibilità con le versioni precedenti.

È possibile modificare un file Gerber?

Sì, con un software CAM un produttore può modificare i file Gerber e gli utenti possono misurarli e ispezionarli, ma i progettisti dovrebbero apportare le modifiche al file CAD di origine e riesportarlo, anziché modificare direttamente i file Gerber, per mantenere sincronizzati il ​​progetto e i risultati.

Come faccio a convertire il mio progetto in formato Gerber?

Non si converte direttamente un file di progetto finito; si esportano i file Gerber dalla funzione di output di produzione del proprio strumento EDA, che genera un Gerber per ogni strato più il file di foratura. L'output neutro è quindi leggibile da qualsiasi produttore.

È possibile per un produttore realizzare un prodotto utilizzando il mio file CAD nativo anziché i file Gerber?

In genere no: i file CAD nativi sono specifici dello strumento e non rappresentano un formato di produzione. I produttori lavorano a partire da dati neutri: Gerber più foratura, oppure un set di dati ODB++ o IPC-2581 "tutto in uno", che qualsiasi officina può leggere indipendentemente dallo strumento di progettazione utilizzato.