Форматы печатных плат

Когда говорят про форматы печатных плат, многие сразу думают про размеры — мол, вот Gerber, вот DXF, и всё ясно. Но в реальности, особенно когда работаешь с серийными заказами или сложными проектами, это лишь верхушка айсберга. Частая ошибка — считать, что раз файл открылся в CAM-станции, то проблем не будет. А потом оказывается, что слои перепутаны, технологические поля не соблюдены, или того хуже — допуски по медным областям не соответствуют возможностям производства. Сам через это проходил не раз.

Gerber — это не панацея

Да, Gerber (RS-274X, если точнее) — это де-факто стандарт. Но стандарт старый, с кучей подводных камней. Сколько раз видел файлы, где контуры плат заданы неправильным апертуром, или где дизайнер забыл про negative image для паяльной маски. CAM-инженеру потом приходится часами всё править вручную. И это не вина формата, скорее, проблема в том, как его используют. Многие CAD-системы выгружают Gerber с настройками ?по умолчанию?, которые для простой двусторонней платы сойдут, а для многослойной с HDI — уже нет.

Был у меня случай, кажется, в 2020 году, когда пришёл заказ от одного стартапа — плата для IoT-устройства. Файлы в Gerber, вроде бы всё нормально. Но при анализе выяснилось, что для внутренних слоёв дизайнер использовал заливку полигонами с очень мелкими изоляционными зазорами — в 3 мила. Наш процесс в тот момент гарантировал стабильность только от 4 мил. Пришлось созваниваться, объяснять, что на фоторезисте при экспонировании такие узкие места могут ?заплыть?. В итоге переделывали макет. Клиент, конечно, был не в восторге от задержки, но это лучше, чем получить бракованную партию.

Поэтому сейчас мы всегда требуем не только Gerber, но и IPC-2581, если есть возможность. Это более умный формат, он содержит слоистую структуру, информацию о материалах, сетевые списки. Работать с ним проще, меньше шансов на ошибку интерпретации. Но, увы, его поддерживают далеко не все конструкторы и не все производители. Консерватизм в отрасли — штука сильная.

Чем хорош ODB++ и почему он не везде прижился

ODB++ — формат, разработанный Valor (сейчас часть Siemens). По сути, это база данных, которая включает в себя всё: геометрию, слои, атрибуты, сверловку, даже информацию о компонентах. Идеально для передачи проекта от проектирования к производству. Когда работаешь с ним, чувствуешь, что имеешь дело с цельным проектом, а не с набором разрозненных файлов. Автоматизация CAM-процессов с ним вырастает в разы.

Но и здесь есть нюансы. Версии формата меняются, и не всякое производственное ПО корректно читает новые ревизии. Помню, как на одном из наших предприятий, которое входит в группу ООО 'Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии', пришлось срочно обновлять софт, потому что пришел заказ от крупного европейского заказчика именно в ODB++ последней версии. Без этого мы бы просто не смогли корректно подготовить данные для фотоплоттера и станков ЧПУ.

Широкая адаптация упирается в два момента: стоимость лицензий на ПО, которое полноценно работает с ODB++, и необходимость обучать персонал. На небольших заводах часто предпочитают старый добрый Gerber — просто потому, что все уже привыкли к его костылям и обходным путям.

DXF и STEP — для контуров и 3D-моделей

DXF — это, по большому счёту, для механических контуров платы и посадочных мест. Незаменимая вещь при согласовании с конструктором корпуса. Но опять же, тонкости: важно, чтобы в DXF были правильные слои и чтобы единицы измерения (миллиметры или дюймы) не плавали. Бывало, получал файл, где контур был в дюймах, а все остальные элементы — в миллиметрах. Автоматика, естественно, всё ломала.

STEP (или STP) — это уже трёхмерная модель сборки. Крайне полезно для анализа сборки, проверки на механические коллизии, особенно для плат со сложным рельефом или компонентами под корпус. Мы в последнее время всё чаще просим предоставлять и STEP-модели, особенно для заказов на https://www.apexpcb-cn.ru. Это позволяет заранее, на этапе инжиниринга, увидеть потенциальные проблемы с высотой компонентов или с монтажом платы в стойку. Один раз это спасло от дорогостоящего перезаказа — оказалось, что разъём на плате упирался в ребро жёсткости внутри заказного корпуса.

Но и тут не всё гладко. Качество STEP-файла сильно зависит от библиотек компонентов у дизайнера. Если корпуса резисторов и конденсаторов условные, то пользы от такой 3D-модели немного. Нужны точные модели, а их создание и поддержка — трудозатраты.

Производственные реалии и ?неформальные? форматы

Помимо стандартных форматов печатных плат, есть куча неофициальных договорённостей. Например, простой текстовый файл с особыми комментариями для оператора сверловки. Или спецификация в Excel, где прописаны требования к финишным покрытиям, цвету паяльной маски, маркировке. Это тоже часть ?формата? передачи данных, и её важность нельзя недооценивать.

В нашей практике, в рамках экосистемы предприятий, которые контролирует ООО 'Сиань Циюнь Чжисюнь Электронные Технологии', мы выработали внутренний стандарт на комплект данных для заказа. Туда входит не только Gerber и сверловка, но и PDF-схема, спецификация на компоненты, и даже предпочтительный способ упаковки. Это сокращает количество уточняющих писем и ускоряет запуск в производство.

Основанная в 2018 году, компания изначально делала ставку на интеграцию процессов, и унификация данных — ключевой элемент. Когда у тебя несколько производственных площадок, важно, чтобы файл, подготовленный для одного завода, мог быть без долгих правок запущен на другом. Это экономит время и снижает риск ошибок.

Будущее — за интеллектуальными форматами и облаком

Сейчас всё больше разговоров о полностью цифровых потоках данных, где не будет промежуточных файловых форматов в классическом понимании. Проект будет жить в облаке, и к нему будут получать доступ как дизайнеры, так и технологи производства. Изменения в дизайне будут сразу отражаться в расчёте технологических норм и стоимости.

Думаю, что компании, которые, как наша группа, стремятся к инновациям и интеграции технологий электронных схем, будут двигаться именно в этом направлении. Уже сейчас мы экспериментируем с прямым подключением к CAD-системам некоторых наших ключевых клиентов через защищённые API. Это пока пилотные проекты, но потенциал огромен.

В конечном счёте, выбор формата печатных плат — это не про технологическое тщеславие, а про эффективность и надёжность. Нужно понимать сильные и слабые стороны каждого варианта, возможности своего производства и, что не менее важно, возможности и привычки своего заказчика. Идеального формата нет, есть наиболее подходящий для конкретной задачи и цепочки взаимодействия. Главное — чтобы все звенья этой цепочки говорили на одном языке, даже если для этого иногда приходится использовать не один, а несколько ?диалектов? одновременно.