Основы изготовления печатных плат часть 1: как сформировать файлы Gerber и Drill
Нет большей награды, чем потратив долгие часы на проектирование мельчайших деталей печатной платы, затем, наконец, получить готовую плату от изготовителя. Ожидание может показаться вечностью с момента, когда вы впервые передали ему проектные файлы, но когда затем вы находите посылку с готовой платой на пороге своего дома - это похоже на инженерное Рождество! Мы проведем вас через весь процесс разработки в серии наших статей «Основы изготовления печатных плат». Начнем с визуального представления электрической цепи в виде эскизного проекта, а затем перейдем к упаковке всех теоретических изысканий в физическую форму, представленную радиодеталями и токопроводящими дорожками. Прямо сейчас пора перейти к процессу послепроектной подготовки и к процессу изготовления печатной платы.
Именно на этом этапе перед вами стоит задача собрать вместе все файлы и документацию, которая потребуется изготовителю печатных плат для успешного производства вашей многослойной печатной платы. И когда у него будет все необходимое, вам останется лишь сидеть и ждать посылку. Но откуда изготовитель знает, как сделать вашу печатную плату? Он не может использовать исходные файлы, созданные в вашей любимой системе автоматизированного проектирования. Вам необходимо отправить ему файлы формата Gerber и Excellon Drill.
Что такое файлы Gerber и Drill
Если вы никогда не изготавливали печатную плату, выражения «файлы Gerber, Excellon и NC Drill» могут показаться совершенно непонятными. В конце концов, разве нельзя просто отправить файлы электрической схемы и проекта печатной платы из приложения для разработки печатной платы изготовителю, и пусть он сам сделает все остальное? Если бы все было так просто. Как все мы знаем, существует множество систем автоматизированного проектирования (САПР) печатных плат. Разные САПР имеют собственные форматы файлов. Представьте только, если бы изготовителю нужно было бы постоянно быть в курсе всех форматов файлов каждого из существующих САПР. Это было бы полное безумие!
Вместо того чтобы использовать собственные форматы файлов систем разработки печатных плат, каждая такая система поддерживает промежуточные производственные файлы, которые называются «Gerber». Эти файлы описывают токопроводящие дорожки каждого слоя печатной платы способом, понятным системе автоматизированного производства (CAM - САП). Разработанные файлы формата Gerber вначале содержали инструкции для фотоплоттера, который создавал изображение печатной платы при помощи света на неэкспонированном листе пленки. В наши дни файлы Gerber используются для управления лазерным плоттером, выполняющим построение изображения всех токопроводящих дорожек, крепежных и переходных отверстий на печатной плате.
Файлы Gerber по типу и формату
Особенность файлов Gerber заключается в том, что каждый сгенерированный вами файл будет связан с определенным слоем проекта печатной платы и будет иметь свое уникальное расширение файла. На сегодняшний день стандартные расширения файлов, с которыми можно работать в САПР/САП, следующие:
Также стоит помнить о том, что есть несколько доступных форматов файлов Gerber – Gerber RS-274D и Gerber RS-274X. Формат D более старый, он использует два файла для описания одного слоя печатной платы. В более новом формат X вся информация из двух файлов объединена в один файл. Что касается управления проектными данными, куда проще следить за одним файлом на слой вместо двух. Мы всегда рекомендуем вам использовать формат Gerber RS-274X. Нет причин в наши дни отказываться от этого формата.
Как насчет сверления отверстий?
Вы могли заметить, что в таблице выше отсутствует кое-что важное – ссылка на файл с отверстиями. На самом деле, это второй файл, который вам необходимо будет отправить изготовителю печатных плат вместе с файлами Gerber. Файл отверстий NC Drill (для станков с числовым программным управлением) будет использоваться для точного определения мест сверления отверстий на печатной плате, а также их размеров. Сразу оговоримся, что вы могли слышать о файле NC Drill, под которым на самом деле подразумевался файл Excellon, предназначенный для сверлильно-трассировочного станка, ранее производимого корпорацией «Excellon».
Теперь, когда у вас есть общее представление о том, что такое файлы Gerber и NC Drill, давайте обратимся к типовой системе проектирования печатных плат и посмотрим, как создавать файлы в этой системе.
Формирование файлов Gerber
Одна из популярных САПР включает в себя удобный обработчик САП, позволяющий вам загружать файл САП и быстро формировать файлы для вашего проекта. В нашем примере мы загрузим файл САП формата Gerber RS-274X, и на основании него мы получим пять отдельных файлов Gerber для проекта светодиодной мигалки, который мы завершили в серии статей «Основы проектирования печатных плат». Вот как мы это сделаем:
1. Откройте файл проекта печатной платы (.brd) на панели управления САПР;
2. Выберите инструмент CAM Processor (САП-процессор) вверху окна или выберите File >> CAM Processor (Файл >> САП-процессор), чтобы открыть CAM Processor Dialog (Диалоговое окно САП-процессора);
Диалоговое окно САП-процессора CAM Processor Dialog,
когда никакой САП-проект не загружен
3. Никакая САП-задача пока не загружена, поэтому давайте добавим ее. Выберите File >> Open >> Job (Файл >> Открыть >> Задача). Затем перейдите к папке с проектом по умолчанию, выберите файл gerb274x.cam и нажмите Open (Открыть).
4. Как вы можете видеть, теперь появились новые вкладки для каждого САП-файла, который будет сформирован в результате выполнения этой задачи. Нажмите кнопку Process Job (Выполнить задачу) для создания всех файлов Gerber.
После загрузки САП-задачи GerberRS-274X
появятся новые вкладки для каждого слоя проекта
И все! Одним нажатием кнопки вы формируете все необходимые вам файлы Gerber, которые затем можете отправить изготовителю печатных плат. Если вернуться назад на панель управления САПР, вы увидите вновь созданные файлы Gerber, перечисленные рядом с существующими файлами проекта.
Вы можете найти все созданные вами файлы Gerber в папке проекта на панели управления САПР
Формирование файла отверстий
Поскольку файлы Gerber, которые вы только что сформировали, содержат все необходимые сведения, необходимые изготовителю для производства каждого отдельного слоя печатной платы, они, тем не менее, не содержат информацию об отверстиях, которые необходимо просверлить. Вам нужен файл, в котором было бы указано расположение и размер каждого отверстия. К счастью, процесс формирования такого файла в современной САПР так же прост, как создание файлов Gerber. Порядок действий следующий:
Выберите инструмент CAM Processor (САП-процессор) вверху окна или выберите File >> CAM Processor (Файл >> САП-процессор), чтобы открыть CAM Processor Dialog (Диалоговое окно САП-процессора);
Для начала вам нужно загрузить САП-задачу для сверления отверстий. Выберите File >> Open >> Job (Файл >> Открыть >> Задача). Затем перейдите к папке с проектом по умолчанию, выберите файл excellon.cam и нажмите Open (Открыть).
Теперь останется лишь одна вкладка Generate drill data (Сформировать данные об отверстиях), в которой будут сведены данные со слоев 44 Drills (44 Отверстия с металлизацией) и 45 Holes (45 Отверстия без металлизации) – именно то, что вам нужно. Нажмите кнопку Process Job (Выполнить задачу) для создания этого файла.
Загрузка САП-задачи Excellon сформирует файл NC Drill на основании
данных слоев 44 Drills и 45 Holes
Пора паковаться
Теперь у вас есть все необходимые файлы для отправки изготовителю печатных плат, чтобы тот изготовил печатную плату без компонентов (bare board). Ключевое слово здесь «пустая плата». Если вы хотите, чтобы изготовитель установил на плату все электронные компоненты, выполнив то, что называется "контрактная сборка печатных плат", то вам, скорее всего, понадобится отправить изготовителю дополнительные файлы, например спецификацию (BOM – Bill of materials). Мы сформируем его в статье «Основы изготовления печатных плат часть 2».
Следует иметь в виду, что хотя мы использовали стандартный файл САП-проекта Gerber для формирования файлов, некоторые изготовители печатных плат также предлагают собственные файлы САП-проекта для скачивания. После загрузки такого файла будет сформирован шаблон задачи для формирования файлов Gerber в особом формате изготовителя.
Перед тем, как вы самостоятельно сформируете файлы Gerber, обязательно обсудите с изготовителем печатных плат вопрос, предлагает ли он файл САП-проекта для САПР собственного формата. Если нет, то вы можете безопасно использовать САП-проект стандартного формата Gerber RS274X, доступный в системе САПР.
Проект выполнен правильно, но можно ли по нему изготовить изделие?
Все статьи этого блога написаны так, чтобы вы смогли с большой долей вероятности спроектировать печатную плату в САПР так, чтобы по готовому проекту в дальнейшем можно было бы изготовить реальное изделие. Иногда это не получается, потому что вы случайно можете нанести шелкографию на контактную площадку или в схеме может быть разрыв цепи. В любой ситуации разница между законченным проектом и проектом, готовым к производству может быть огромной.
ПОЭТОМУ прежде, чем вы соберетесь отправлять какие либо файлы Gerber или NC Drill изготовителю, мы всегда рекомендуем тщательно все проверить, чтобы убедиться, что то, что вы спроектировали, действительно отражено в сформированных файлах. Мы расскажем об этом процессе проверки проекта более детально в статье «Основы изготовления печатных плат часть 3». В процессе проверки вы также можете принять решение, к какому изготовителю вы захотите обратиться. Вот некоторые из них:
OSH Park – превосходный выбор, если необходимо сэкономить на затратах при производстве печатных плат. OSH берет документацию многих инженеров, формирует из них партию изделий, таким образом позволяя всем сэкономить деньги в процессе производства. Время изготовления двухслойной печатной платы составляет 12 дней;
Advanced Circuits – одна из самых больших и хорошо известных фабрик в США. Компания предлагает услуги по изготовлению платы с количеством слоев от 1 до 10 в течение 1-5 дней;
Euro Circuits – для проживающих в Европе, Euro Circuits еще одна известная фабрика, изготавливающая печатные платы с количеством слоев от 1 до 16 в течение 2-7 дней.
Если вы рассчитываете, что изготовитель также установит на плату все электронные компоненты, вам необходимо сформировать спецификацию материалов (BOM). Мы покажем вам, как это сделать статье «Основы изготовления печатных плат часть 2»!