Nøytral global standard for effektiv utveksling av designdata - Elektronikknett
nordcad1

Nøytral global standard for effektiv utveksling av designdata

Fag_vignett

I 60 år er kretskort (PCB) blitt designet på datamaskiner og produksjonsdata overført elektronisk. Dataformatene for fotoplotterne har endret seg over tid. Etter hvert som teknologien i plotterne og på trykkene har utviklet seg, har formatene også utviklet seg fra Gerber, Extended Gerber til åpne standarder som IPC Standard 2581.

Litt historie: En av de første fotoplotterne ble introdusert i 1960 av Gerber Scientific Inc. En fotoplotter er en elektronisk, optisk og mekanisk enhet som kan eksponere en stensil på en monokromatisk film med høy kontrast. Utvalgte blenderåpninger på filmen blir utsatt for lys som ved analog fotografering. Det var et lite sett med kommandoer for forskjellige funksjoner som lys av eller på, valg av 8 eller 16 åpninger og bevegelse i x- og y-retning. Kommandoene var en undergruppe av kommandosettet RS-274-D for å kontrollere numeriske (NC) maskinverktøy.

nordcad2 Standard Gerber data på hullkort for de første fotoplotterne.

Dette instruksjonssettet, spesielt tilpasset for å beskrive trykte kretskort, kobberreléer, loddestoppområder, etc. ble eksportert i Gerber-format, bedre kjent som standard Gerber eller Gerber RS-274-D. På den tiden ble data overført med hullkort, og datamengden var ganske liten. Siden formatet ikke inneholdt informasjon om blenderåpningene, ble disse beskrevet i en annen fil med blenderinformasjon for hver plotter. Utviklingen innen både kretskortteknologi og fotoplottere har gjort at Gerber- formatet ikke lenger holdt mål og ble derfor videreutviklet i 1998.

Gerber Scientific Inc. ble kjøpt opp av Barco ETS i 1998, som videreutviklet formatet for Extended Gerber i september 1998 og publiserte RS-274X Format User Guide.

Extended Gerber
Extended Gerber eller RS-274X er en menneskelig lesbar instruksjon i ASCII-format. Den inneholder et sett med grafiske objekter med positive eller negative egenskaper. Med Extended Gerber er blender-
informasjonen inkludert i filen. Fra disse objektene lages filmen i oppløsningen til fotoplotteren og eksponeres med laserstråler. Ucamco (tidligere Barco ETS) eier nå rettighetene til Gerber-formatet.

I september 2014 skrev Karel Tavernier, administrerende direktør i Ucamco, at Standard Gerber er teknisk foreldet og ikke lenger skal brukes. Selv om navnet er noe annerledes, er Standard Gerber ikke en definert standard for PCB-datakommunikasjon. Enheter og blenderåpningsdefinisjoner bestemmes ikke av noen gjenkjennelig standard, men finnes i et uformelt dokument hvis tolkning nødvendigvis må være subjektiv. Av denne grunn kan ikke Standard Gerber-filer leses av maskiner på en standardisert og pålitelig måte. Blant annet, blenderåpningsdefinisjon som er en manuell håndtering i CAM, kan gi både forsinkelser samt økt pris og risiko under produksjon av kretskort. Extended Gerber er maskinlesbar og erstatter som en konsekvens Standard Gerber.

Valor ODB ++
I kretskortproduksjon er det ikke bare filmer for lagene som må lages, det må lages en rekke beskrivelser om produksjon, montering, etc. i tillegg til utvidede Gerber-filer. Valor Computerised Systems Ltd. utviklet ODB ++ -formatet som gjør det mulig å lagre mer informasjon i en zip-pakke som inneholder et antall filer. Disse filene inkluderer nettliste, komponentinformasjon som BOM eller tekst. Valor ble overtatt av Mentor Graphics i 2010, som siden er blitt kjøpt opp av Siemens. Målet med ODB ++ er å kunne overføre alle designdata for produksjon, montering og testing i en enkelt fil. ODB ++ inneholder en komplett lagtabell som beskriver de opprinnelige lagene, lagtyper og rekkefølgen på lagene. I motsetning til Gerber-data, vil ODB ++ typisk tydelig beskrive hva som er en del av en komponent og hva som er en trykkbane. Egenskaper kan brukes til å definere markeringer og testpunkter på trykket.

nordcad3 Lesbar IPC-2581 informasjon i XML format.

IPC-2581
Teknologiske sprang i kretskortteknologi viser tydelig hvilke problemer som kan oppstå når såkalte standarder for dataoverføring tilhører, og er definert av, enkeltbedrifter. Extended Gerber tilhører en produsent av fotoplottere og ODB++ til et selskap som utvikler programvare for design av kretskort. Spesielt når man utvikler nye innovative teknologier, må nye parametere overføres fra utviklingsverktøyene til CAM-programvare, eksponeringsverktøy eller maskiner for automatisk plassering av komponenter.

For å møte disse utfordringene valgte et stort antall selskaper å slå seg sammen og etablere en nøytral og åpen standard for utvikling av kretskort. IPC - Association Connecting Electronic Companies ble valgt som organisasjon til å samle dette arbeidet. IPC er en verdensomspennende standardiseringsorganisasjon for elektronikkproduksjon med base i Illinois, USA. Virksomheten inkluderer publikasjoner, bransjestandarder og kriterier for vurdering av ulike varer i elektro- og elektronikkindustrien.

IPC-2581-standarden er ikke utviklet av to enkeltbedrifter, men et IPC-2581-konsortium bestående av mer enn 100 medlemmer. De deltagende selskapene spenner vidt fra EDA CAD, CAM, montasje (EMS), produksjon og testing av kretskort til brukere fra hele verden. De har alle et felles mål; en moderne datautvekslingsstandard for alle og fra alle bransjer som bilindustri, romfart, medisin, telekommunikasjon, industri og forbrukere.

IPC-2581 er fri for lisenser og bruksavtaler og støttes av alle større markedsaktører. Flere selskaper i USA og Asia har allerede fullt konvertert til IPC-2581-standarden og overfører data utelukkende i dette formatet.

Årsaken er ikke bare at alle data kan overføres som en datakontainer. Mange interessante applikasjoner og støttefunksjoner er allerede utviklet og etablert.

Fordelene med IPC-2581
Hovedforskjellen mellom ODB++ og IPC-2581 er at IPC-formatet ikke er definert og vedlikeholdt av ett selskap, men et konsortium under IPC-organisasjonen. Dette sikrer at det er en åpen og leverandøruavhengig standard der kravene lett kan tilpasses nye teknologier. Det er ingen kommersielle fordeler eller lisenserettigheter med IPC-standarden.

Enhver programvareprodusent kan programmere og vedlikeholde sitt IPC-grensesnitt uten lisens og er uavhengig av hjelp fra andre. Alle data finnes i en lesbar XML-fil, så det er ingen forvirring. XML-filen kan opprettes forskjellig, avhengig av mottakeren, slik at bare nødvendig informasjon blir utvekslet.

Stack-up design med IPC-2581
Hvis kretskort skal være teknisk krevende, spesielt pålitelige eller rimelige, er det nødvendig med en nøyaktig spesifikasjon av lagstrukturen. For dette formålet ber utviklerne ofte om lagbygging fra kretskortprodusenten, hvoretter de mottar en den ønskede spesifikasjonen. Her er materialer, lagtykkelser og andre parametere definert.

nordcad4 Importert lagoppbygging med materialer og elektriske karakteristika

For impedansestyrte kretskort kan produsenten av kretskortet f.eks. tilpasse materialer ved et såkalt «undercut» slik at de kan garantere en impedans på f.eks. 50 ohm. Mange produsenter av kretskort bruker Polar-programvare som en lagstruktur kan genereres fra i IPC-2581-format.

Lagstrukturen er allerede definert når utvikleren leser IPC-2581-filen i OrCAD eller Allegro. Det trykte kretskort og kretskortene kan nå både simuleres og verifiseres i forhold til signalintegritet, under hensyntagen til lagstrukturen i forhold til f.eks. de spesifiserte 50 ohm. En endring i lagstruktur eller lagparametere kan raskt vise om materialer fra andre leverandører eller produsenter kan oppfylle de samme kravene.

Sikker datautgang for produksjon, montering og testing
Produksjonsdata er et tveegget sverd. På den ene siden er det ønsket å overføre all nødvendig informasjon til produksjon. På den annen side er det ønsket å bevare egen kunnskap og videreformidle bare den mest nødvendige informasjonen til eksterne partnere. Spesielt hvis kretskortet er produsert av forskjellige selskaper i og utenfor Europa, må datamengden begrenses for å beskytte IP.

IPC-2581-formatet er et <XML>-basert dataformat som definerer alle mulige data og verdier. Ved eksport fra OrCAD eller Allegro kan utgangsprofiler defineres til f.eks. produksjon, montering, testing og intern bruk. For hver profil kan det defineres hvilke data som skal genereres. På den måten vil kretskortprodusenten ikke motta noen komponentinformasjon samtidig som montasjevirksomheten ikke vil få materialdata rundt lagene i kretskortet.

nordcad5 IPC-2581-eksport med forhåndsdefinerte profiler til forskjellige mottakere.

Ved eksport kan fire standardiserte filer lagres i PLM-systemet. Innkjøpsavdelingen kan deretter sende en fil til hver leverandør med relevant produksjonsdata slik at de har de nødvendige dataene for oppgaven (produksjon, montering, testing). Forvirringen av individuelle Gerber-filer eller tidkrevende tekniske problemer fra leverandøren til utvikleren er dermed minimert. IPC-2581-filen kan komprimeres til et arkiv under utdata.

Etter seks tiår er det nå på tide å få en markedsfordel gjennom fordelene med IPC-2581. IPC-standarden inneholder det elektronikkindustrien har etterspurt. Det er en leverandøruavhengig standard som ikke er begrenset av begrensninger fra enkeltpersoner eller selskaper og kan brukes av hele elektronikkindustrien.

Kommentarer