A réz és a kártya széle

Bevezető

A kártya szélén a rézhez kötődő extra lehetőségekből három opció érhető el, amiket ezen az oldalon részletezünk.

Réz a kártya széléig

A réz sérülésének elkerülése érdekében a kontúrkialakítás során általában minimális távolságokat követelünk meg a rézelemek és a nyomtatott áramköri lap széle között.

Ezek a távolságok a következők:

  • 0.25 mm a külső rétegeknél, kitördhelhető marás esetén
  • 0.40 mm a belső rétegeknél, kitördelhető marás esetén
  • 0.45 mm minden rétegnél, ritzelés esetén

Ezekre a távolságokra az ipari szabványos gyártási és megmunkálási tűrések figyelembevételéhez van szükség.

Bizonyos terveknél azonban szükséges lehet, hogy a rézfólia a kártya széléig érjen. Ebben az esetben válassza a “Réz a kártya széléig” lehetőséget a megrendelés részleteinél. Ez felárral nem jár, de figyelmezteti mérnökeinket, hogy a megmunkálás során más beállításokat alkalmazzanak.

A “Réz a kártya széléig” opció általában telifóliák és nagy rézfelületek esetén használatos, ahol a réz bármilyen kisebb sérülése nem befolyásolja a PCB teljesítményét.

Vezetőket nem szabad a fent megadott minimális távolságokon belül elhelyezni, hiszen azok megsérülhetnek. Mérnökeink dokumentációs problémát jeleznek, amennyiben mégis vezetőt találnak ezeken a távolságokon belül.

Amennyiben a lap szélétől való minimális távolságon belül padeket találunk, akkor “megvágjuk” azokat, hogy a minimális távolság biztosítva legyen. Ettől csak a következő esetekben térünk el:

  • a padek egy élcsatlakozó részei (általában fazettázott élekkel)
  • a padek egy külön mechanikai rétegben “a kártya széléig” jelöléssel van ellátva
  • a pad felületének több mint 25%-át távolítanánk el, ilyenkor dokumentációs problémát jelzünk

MEGJEGYZÉS

A réz a kártya szélig opció nem kombinálható ritzeléssel.

A belső réteg telifóliákat mindig 0.40 mm-rel visszavágjuk, hogy elkerüljük a zárlat kockázatát.


Fémezett furatok a kártya szélén

Más néven félbevágott furatok.

 

A “Fémezett furatok a kártya szélén” opciót általában két PCB összekapcsolására használják közvetlen forrasztással vagy csatlakozón keresztül. Mivel a folyamat további technológai lépéseket igényel, ezt az opciót felárral kínáljuk.

Az adatoknak világosan kell mutatniuk a furatokat és a kontúrt. Ideális esetben egy mechanikai rétegben tartalmazza az információkat.

MEGJEGYZÉS
  1. A félbevágott furatokat úgy kell elheyezni a kártya szélén, hogy a tördelő fülek helye biztosított legyen a vevői vagy a technológiai panelben történő befogáshoz. Amennyiben a kártya teljes kontúrján félbevágott furatokra van szüksége, küldje el nekünk e-mailben a tervét előzetesen, hogy a kontúr kialakítás lehetőségeiről időben egyeztetni tudjuk. Ellenőrizzük a gyárthatóságot és szükség esetén módosításokat javaslunk.
  2. A külső rétegeken padre van szükség ezeknél a furatoknál (és lehetőség szerint a belső rétegeken is), hogy a galvanizálási folyamat megfelelően végbemenjen.
  3. Általános szabályként a furatoknak a lehető legnagyobbnak kell lenniük, hogy biztosítsák a jó forrasztást. Javasoljuk a 0.80 mm átmérőjű vagy annál nagyobb furatok használatát.
  4. Minden felületfémezés lehetséges, de a kisebb méreteknél a kémiai aranyat részesítjük előnyben.

Élfémezés

Ez azt jelenti, hogy a nyomtatott áramköri lap vagy a belső marás szélének nagy részét vagy egy részét a top oldaltól a bottom oldalig galvanizálják.

  

Ez hasznos lehet a fémházhoz való jó földelés biztosítása vagy árnyékolási célokból.

Az élfémezéssel kialakított nyomtatott áramköri lapok gyártásához a fémezet furatok galvanizálása előtt kontúrmarjuk a PCB azon részeit, ahol élfémezésre van szükség. Mivel a folyamat további technológai lépéseket igényel, ezt az opciót felárral kínáljuk.

MEGJEGYZÉS
  1. Az élfémezés kialakításához mindkét külső réteg szélén rézsávnak kell lennie a szükséges területeken, hogy a galvanizálással a kapcsolat kialakítható legyen a két oldal között.
  2. Mivel a PCB-t vevői vagy gyártási panelban kell tartanunk az élfémezés nem lehetséges 100%-ban a nyomtatott áramköri lap teljes kontúrján. A tördelőfüleknek helyet kell biztosítani. Amennyiben a kártya szinte teljes kontúrján élfémezésre van szüksége, küldje el nekünk e-mailben a tervét előzetesen, hogy a kialakítás lehetőségeiről időben egyeztetni tudjuk. Ellenőrizzük a gyárthatóságot és szükség esetén módosításokat javaslunk.
  3. Egy mechanikai rétegben egyértelműen jelezze, hogy hol van szükség élfémezésre.
  4. A kémiai arany az egyetlen olyan felületfémezés, amely alkalmas az élfémezéshez.

A Gerber története

A PCB tervek több mint 95%-át Gerber formátumban továbbítják a tervezők a gyártókhoz. A legtöbb CAD rendszer automatikusan generálja a Gerber fájlokat, így a tervezőknek ritkán kell foglalkozniuk azzal, hogy ezek a fájlok miként rprezentálják az adatokat. Ez önmagában is bizonyítéka a formátum erejének és elterjedtségének. Néha azonban előfordulhatnak olyan helyzetek, amikor hasznos némi háttértudás – ráadásul a formátum további fejlesztései még hatékonyabbá teszik a jövőben.

A Gerber múltja

Miért “Gerber”?

Joe Gerber (1924–1996) egy osztrák származású amerikai feltaláló volt, aki 1940-ben menekült az Egyesült Államokba. Már egyetemi évei alatt érdeklődött a precíz adatrögzítés iránt, és az 1950-es években kifejlesztette a digitális XY koordinátatáblát, amely később vállalkozása, a Gerber Scientific alapja lett. Az első termék, amelyet az új koordinátatábla segítségével dobott piacra, a világ egyik első digitális rajzgépe volt. Későbbi fejlesztései között szerepelt az automata szövetvágó gép, amelyet a mai napig széles körben használnak a ruhaiparban. Az 1980-as években pedig számítógépes berendezést fejlesztett ki szemüveglencsék megmunkálására, amely szintén napjainkban is használatban van.

Az 1960-as években Gerber új felhasználási módot talált az XY táblájának: bemutatta a világ első numerikusan vezérelt (NC) fotóplotterét, amely PCB gyártáshoz szükséges fotósablonokat készített. A készülék működése során először egy fényforrást tartalmazó optikai fej mozdult a megfelelő helyre a plotter ágyán elhelyezett film fölött. Ezután egy különböző méretű és alakú lyukakat tartalmazó kör alakú tárcsa (apertúratárcsa) forgott el úgy, hogy a megfelelő nyílás kerüljön a fényforrás alá. Egy pad létrehozásához a fényforrás röviden felvillant, így exponálva a filmet az adott ponton. Egy vezetősáv esetében a fényforrás folyamatosan világított, miközben az optikai fej mozgott, és megrajzolta a vezetőt a filmen. Ebből eredően ma is használjuk az “apertúratáblázat” kifejezést, és bár ritkábban, de még előfordulnak a “flash” és “draw” kifejezések is. Ezeket a plottereket vektoros plottereknek nevezték, mivel a fej pontosan követte a PCB mintázatát. A készülék vezérlési formátuma egy korábban már létező szabványra, az RS-274-D-re épült, amelyet az Amerikai Elektronikai Ipari Szövetség (EIA) fejlesztett ki bármilyen NC gép vezérlésére. Az első Gerber fotóplotterek adatait lyukkártyák segítségével töltötték be.

Az RS-274-D átalakul RS-274X formátummá

Az 1980-as évekre egyre elterjedtebbé váltak a PCB tervező CAD rendszerek, amelyek leváltották a hagyományos, kézzel ragasztott 2:1 arányú tervrajzokat. A CAD rendszerek közvetlenül generálhattak vezérlési adatokat a fotóplotterek számára, hogy elkészítsék a szükséges fotósablonokat. Ebben az időszakban a legtöbb fotóplotter Gerber gyártmány volt. Bár más gyártók is beléptek a piacra, a Gerber cég 1980-ban nyilvánosságra hozta formátumának teljes specifikációját, így az RS-274-D formátum ipari szabvánnyá vált.

A régi formátumnak azonban volt egy jelentős korlátozása: az apertúrák mérete, formája és száma a fizikai apertúratárcsa kapacitásától függött. Ez még megfelelő volt a hagyományos furatszerelt alkatrészekhez, amelyek kerek vagy négyzetes padeket használtak, de már nem volt elegendő a felületszerelt technológiához (SMD), amely számos különböző méretű és formájú téglalap alakú padet igényelt. Az RS-274-D használatával az egyetlen megoldás az volt, hogy a padeket vékony vonalakkal formálták meg. Hasonlóan, egy egyszerű síkréteg (plane layer) megrajzolható volt inverz módon, vagyis a síkrétegben lévő kivágások (clearance holes) feketeként kerültek megrajzolásra, majd a PCB gyártó vagy a saját CAM-rendszerében fordította meg a polaritást, vagy fizikailag kontakt nyomtatással. Ez a módszer azonban nem működött vegyes síkrétegek vagy olyan síkrétegek esetében, amelyek jelrétegeken belül helyezkedtek el. Ezeket a sík területeket kizárólag vonásokkal lehetett kitölteni. Egy nagyobb kép, amely SMD padeket és síkrétegeket tartalmazott, akár 24 óráig is eltarthatott, mire elkészült egy ilyen típusú plotterrel.

A megoldás egy új típusú fotóplotter és egy új formátum bevezetése volt. A raszteres fotóplotter egy fényforrást, jellemzően egy lézert használt, amely folyamatosan pásztázta a filmet, miközben a kép lézer be- és kikapcsolásával épült fel. Így bármilyen forma létrehozhatóvá vált, pixelalapú ábrázolás segítségével. Ma ez az iparági szabványként használt eszköz a nyomtatott áramköri lapok fotóeljárásos képalkotásához. A lézeres fotóplotterek akár 48 egymástól függetlenül vezérelhető lézersugarat is használhatnak, és 50 000 dpi vagy annál nagyobb felbontásra képesek.

Ez lehetővé tette, hogy a Gerber formátum rugalmasabbá váljon. Az 1991-ben bevezetett RS-274X, más néven Extended Gerber, már lehetővé tette bármilyen alakzat definiálását és ábrázolását padként, vezetőként vagy poligonként (síkrétegként). Az apertúradefiníciók immár nem függtek a fizikai tárcsától, hanem automatikusan generálódtak a CAD rendszerben, és a kimeneti fájlok részévé váltak.



A Gerber napjainkban

Az RS-274X ma a PCB réteg képátviteli formátum ipari szabványa. Egyértelmű, jól olvasható és tartalmazza az összes szükséges információt a tervek pontos ábrázolásához.

Az régi Standard Gerber RS-274-D továbbra is használatban van, annak ellenére, hogy számos hátránya van. Nagyon korlátozott; külön apertúralistát igényel, amely gyakran elveszik; hatalmas és nehezen kezelhető fájlokat hoz létre; a kimenet esetenként pozitív és negatív képek egyesítését igényli, ami a legjobb esetben is jelentős utómunkát kíván, rosszabb esetben pedig nehezen észrevehető hibákat eredményezhet.

Az Eurocircuits még mindig elfogadja ezt a régebbi formátumot, például korábbi munkák esetén, bár a PCB Visualizerrel nem kompatibilis. Azonban az Extended Gerber, az RS-274X a preferált formátumunk, mivel nem rendelkezik az RS-274-D korlátaival, és mivel minden fájl teljes, beleértve a beágyazott apertúradefiníciót is, valamint kompatibilis a PCB Visualizerrel. Ez lehetővé teszi, hogy teljes mértékben kihasználja fejlett adatellenőrzési technológiánkat. Minden modern és a legtöbb régebbi CAD-rendszer képes RS-274X formátumban exportálni. Amennyiben az Ön CAD-rendszere még mindig a régi Gerber RS-274-D kimenetet hozza létre, érdemes ellenőrizni a beállításokat. Bizonyos esetekben át lehet váltani RS-274-D-ről RS-274X-re, bár a különböző rendszerek eltérő terminológiát használhatnak.

A bemeneti formátumokkal kapcsolatos további tanácsokért tekintse meg PCB tervezési útmutatónkat.



A Gerber jövője

Az Extended Gerber, RS-274X pontos és egyértelmű képet ad a PCB rétegeiről, azonban még mindig vannak olyan réteg-információk, amelyek szükségesek a gyártáshoz (különösen az automata adat-előkészítéshez), de nem szerepelnek a formátumban.

Példák erre:

  • Mi a réteg funkciója? Például felső rézréteg, felső forrasztásgátló lakk stb.
  • Egyetlen nyomtatott áramköri lapot vagy egy vevői panelt ábrázol?
  • Mi az adott objektum funkciója? SMD pad, furatpad, fiduciális stb.?
  • Mi a panel körvonala? Az olyan automatikus felismerő szoftverek, mint a PCB Visualizer, felismerik a téglalap alakú kontúrokat, de az összetett formákat nem.
  • Milyen furattűrések vonatkoznak az adott furatra? Például lehet press-fit furat.
  • Melyek az impedancia-kontrollált vezetők?
  • Mely átvezető furatokkat kell kitölteni?

A következő lépés az ilyen típusú információk beépítése az adattovábbítási formátumba. Bármilyen további kiterjesztésnek kompatibilisnek kell lennie a meglévő formátummal és a jelenlegi CAD-rendszerekkel. Bár léteznek más formátumok, amelyek nem képi információkat is tartalmazhatnak, a Gerber annyira elterjedt és hatékony, hogy – akárcsak a QWERTY, QWERTZ és AZERTY billentyűzetek – nem könnyen váltható le.

A Gerber formátumot ma a belga Ucamco vállalat fejleszti és tartja karban, amely 1997-ben megvásárolta a Gerber Scientific PCB Divízióját. Az Ucamco nemrégiben közzétette az RS-274X következő generációjának tervét, a Gerber RS-274X2-t. Ez az új verzió olyan attribútumokat ad a formátumhoz, amelyek tartalmazzák a fent említett információkat.

A fejlesztés részleteiről bővebben a Gerber X2 cikkünkben olvashat. Az Eurocircuits szorosan együttműködik az Ucamco-val az új formátum fejlesztésében, hogy még jobb eszközöket biztosítson az európai és globális PCB tervező közösség számára. Ahogy az új attribútumok megjelennek a CAD-rendszerekben, frissítjük adatbevitelünket és ellenőrzési folyamataikat, hogy ezeket kezelni tudjuk. Természetesen a régebbi Gerber formátumokat továbbra is elfogadjuk.

Bővített Gerber – Gerber X2

Gerber”s new attributes set to transform CAD to CAM communication

With the support of Eurocircuits,, LPKF and AT&S, Ucamco drafted a new specification for a ground-breaking second extension to the Gerber format. This offers an unequivocal standard for non-image data that is just as simple, practical and universally accessible as the well-known Gerber image data format it now supports.

Ucamco“s Managing Director Karel Tavernier comments: “CAD/CAM professionals need to transmit data in a robust, reliable and cost-effective way, something the Gerber image format has been doing for years. It”s freely available, simple and to the point. It can be used by everybody, no matter how big or small the CAD or CAM operation is. It”s the most practical image description format out there, and by far the most used by our industry – every single day thousands of perfect PCB layer images are reliably transferred all over the world thanks to Gerber”.

Indeed, with Gerber, CAD/CAM professionals know that the most critical and fragile part of their archives – the image data – is secure and accurate. But there is another part of the PCB design that images cannot convey. This non-image data includes information about layer order and function, the differentiation between objects like SMD and via pads, and a raft of further information that, together with the image data, helps to translate designers” intentions into high performance products.

The problem is that there is currently no Gerber standard for transferring non-image data, leaving designers to decide for themselves how best to communicate with their manufacturing partners. They might add text files or drawings to their Gerber archive, or they might not, putting the onus on CAM engineers to search for the necessary information, or contact the designer if it”s missing. These are error-prone, time-consuming tasks that can end up affecting quality and deadlines, which can translate disastrously into loss of orders, clients and future business, especially in the time-critical context of prototypes and quick-turn boards. Thus whether you are a designer, customer or manufacturer of PCBs, data quality and clarity should be a top priority for you.

This is why Ucamco has developed its Gerber X2 format. X2 offers a series of attributes that provide a standard for describing non-image data – some might rather grandly say that they add intelligence to the image data. Applicable either to a whole file or to individual graphic objects, Gerber”s standard attributes can now be used to define

  • Gerber file function: top copper layer, top solder mask, etc.
  • Part: single PCB, customer panel etc.
  • Object function: SMD pad, via pad etc
  • PCB profile
  • Drill tolerances
  • Locations of impedance-controlled tracks
  • Filled vias
  • An MD5 checksum for added security

The attributes have been purposely crafted, from scratch with the sole aim of supporting the transfer of PCB data from design to manufacturing. They are essential, simple and focused rather than a casual smorgasbord of “nice to haves” with unnecessary complexity, not to mention potential bugs. There is no overhead of manufacturing specific attributes as are found in CAM formats. X2 is simple and clean.

The attributes intentionally do not cover all possible non-image data. Ucamco refrained from adding the netlist to X2 as there is a simple and well-established format adequately describing netlists: IPC-356-A. Materials were not added as they are not linked to images and can be handled by a subset of IPC-2581 as soon as 2581 is opened up to partial implementations. In this way X2 delivers the best of all worlds: accessibility, simplicity, performance, and tried and tested formats that work for everybody. It”s a great combination that gives designers a clear and simple method for ensuring that their manufacturing partners have all the data necessary for efficient, reliable manufacture. And it eliminates the need to adopt complex new formats wholesale, which is a blessing, as Ucamco R&D engineer Thomas Weyn explains: “Imaging software, notoriously hard to implement, takes forever to debug and field test, especially for images as complex as PCBs. Here, errors are fiendishly difficult to detect and almost inevitably lead to scrap, so it is far preferable to keep what we know works (the Gerber image format) and support it, without disrupting it, with what is missing”.

A prime design goal of X2 is ease of adoption and of implementation. To fully exploit the productivity jump that X2 can bring, CAD and CAM software only requires quite minor updates. Given that the imaging model remains unchanged, it only requires adding a few extra lines with the attributes when writing a Gerber file – it could hardly be simpler. The payback for this is a more versatile product and greater competitivity for systems vendors. The attributes” use is not mandatory: they can be used wholesale, partially or not at all, whichever suits the implementation best. Most importantly, systems that have not been updated will still generate the correct image as Gerber X2 is upward compatible with previous versions of the format as the image is not affected by the attributes. Existing workflows are not broken by introducing X2.

Before the final version goes live, Ucamco encourages CAD and CAM professionals to look at it and in particular at the Attributes in Section 5, and participate in its fine-tuning by sending comments to gerber@ucamco.com

In order to make X2 happen, Ucamco need CAD software vendors to buy in to X2. As X2 is easy to implement, it makes a chance. But they need your support. Please write to Ucamco at gerber@ucamco.com and let them know that you support the Gerber X2 format, and that youy would implement it in your workflows when it is available.

The draft Gerber X2 second extension is available at www.ucamco.com/downloads and a brief press release describes the rationale for its development.