Ein praktischer Leitfaden für ODB-Dateien in der PCB-Fertigung

Die wichtigsten Erkenntnisse

• Alles in einem: ODB++ kombiniert Artwork, Netlist, Stackup und Bohrspannen in einem einzigen Paket.
• Weniger Fehler: Eingebettete Netlists ermöglichen es der CAM-Software, Fehler vor der Produktion zu erkennen.
• Prüfungen vor dem Export: DRCs bereinigen, den Boardumriss schließen und Bohrspannen in einem Viewer überprüfen.
• Best Practice: Verwenden Sie Gerber für schnelle Angebote und halten Sie ODB++ für technische Rückfragen bereit.

Ein Gerber-Layer könnte einfach sagen: „Zeichne hier einen Kreis mit 0,5 mm (20 mil) Durchmesser." ODB++ kann dasselbe Merkmal als Pad auf dem VCC-Netz beschreiben, verbunden mit einem durchkontaktierten Loch, das von Layer 1 bis Layer 4 reicht. Mit anderen Worten: Der Fertiger erhält eine Beschreibung der Platine, nicht nur eine Sammlung von Zeichnungen.

Abbildung 1: Ein CAM-Ingenieur prüft einen importierten ODB++-Auftrag

Das ist wichtig, weil jede Annahme, die der Fertiger aus separaten Dateien rekonstruieren muss, eine weitere Fehlerquelle darstellt. Wenn die ursprünglichen Designobjekte und -beziehungen enthalten sind, können DFM-Tools die Platine gegen ihre eigene Netlist, ihren Stackup, ihre Bohrdefinitionen und ihre Komponentendaten prüfen. Dieser Leitfaden erklärt, was eine ODB++-Datei enthält, wie ihre Ordnerstruktur aufgebaut ist und wie sie mit modernem Gerber und IPC-2581 vergleicht. Er behandelt auch die Prüfungen, die vor dem Export sinnvoll sind, damit Sie wissen, welches Format Sie senden sollten und warum, wenn ein Fertiger Herstellungsdaten anfordert.

Was ist eine ODB-Datei?

Designer sagen ODB-Datei, Layout-Tools exportieren ODB++, und beide Bezeichnungen verweisen auf ein Paket von Herstellungsdaten.

Was ist eine ODB-Datei und wofür wird sie verwendet?

Eine ODB-Datei ist eine vollständige Herstellungsdatenbank für eine Leiterplatte. Sie kann das Kupfer-Artwork, die Bohrerdaten, die Netlist, die Stackup-Informationen und die Komponentenplatzierung in einem strukturierten Paket enthalten. Technisch gesehen ist sie überhaupt keine einzelne Datei. Die Daten werden in einer Ordnerhierarchie gespeichert, die vor dem Versand an den Hersteller normalerweise komprimiert wird.

Diese Struktur ersetzt die lose Sammlung von Dateien, die in einer typischen Gerber-Bestellung verwendet wird. Ein Gerber-Paket kann ein Dutzend Artwork-Dateien, eine oder mehrere Bohrerdateien, ein Stackup-PDF und eine Readme enthalten. Jede Datei enthält nützliche Daten, aber nur sehr wenig innerhalb des Pakets erklärt, wie diese Dateien zueinander in Beziehung stehen. ODB hält diese Informationen verbunden. Die Fertigung nutzt das Layer-Artwork und die Bohrdefinitionen, die Bestückung nutzt Platzierungs- und Komponentendaten, der Test nutzt die Netlist, und DFM-Tools können dieselbe Auftragsstruktur lesen. Ein Export kann daher mehrere Fertigungsstufen unterstützen, ohne dass für jede ein separater Dateisatz erforderlich ist.

ODB-Datei und ODB++ im PCB-Datenaustausch

ODB steht für Open DataBase, und ODB++ ist die Version, die tatsächlich von allen verwendet wird. Valor Computerized Systems veröffentlichte das ursprüngliche ODB-Format 1995 und erweiterte es bald darauf zu ODB++. ODB++ ist kein Komiteestandard, da ein Unternehmen definiert, was jede neue Version enthält. Der Beitritt zur ODB++ Solutions Alliance kostet nichts, und die Schnittstellen werden CAD- und CAM-Anbietern kostenlos zur Verfügung gestellt. Siemens stellt außerdem einen Viewer kostenlos zur Verfügung. Deshalb hat sich das Format so weit auf der Fertigungsseite der Branche verbreitet.

Die Familie teilt sich in drei Module auf, und nur eines betrifft einen Designer. ODB++Design enthält die Produktdaten, die Sie aus Ihrem Layout-Tool exportieren. ODB++Process und ODB++Manufacturing beschreiben Fabrikhalleninformationen und liegen daher beide nachgelagert zu Ihrer Bestellung. Wenn ein Fertiger eine ODB-Datei anfordert, meint er einen ODB++Design-Auftrag, der zur breiteren Familie der PCB-Dateiformate neben Gerber und IPC-2581 gehört.

Das ODB-Dateiformat verstehen

Ein ODB++-Auftrag ist ein Verzeichnisbaum und kein Dokument, daher ist die Struktur das Format. Sobald Sie wissen, welcher Ordner was enthält, können Sie einen öffnen und selbst inspizieren.

Wie das ODB-Dateiformat PCB-Daten organisiert

Alles in einem ODB++-Auftrag befindet sich in einem Hauptordner mit einer definierten Reihe von Unterverzeichnissen. Da die Struktur standardisiert ist, kann CAM-Software einen Auftrag verstehen, ohne auf benutzerdefinierte Dateinamen angewiesen zu sein. Nach dem Entpacken des Archivs sehen Sie typischerweise Ordner wie matrix, steps, symbols, wheels, fonts und misc.

Abbildung 2: Die Verzeichnishierarchie eines ODB++-Auftrags

Die Matrix ist einer der wichtigsten Teile des Auftrags. Sie listet jeden Layer in physischer Reihenfolge auf, identifiziert den Zweck jedes Layers und definiert die Start- und Endlayer für jede Bohrspanne.

Welche PCB-Informationen kann eine ODB-Datei enthalten?

Artwork ist nur der erste von sechs Datentypen innerhalb des Auftrags. Alles andere ist vorhanden, weil die Fertigung mehr als nur Formen benötigt. Jeder Punkt beseitigt eine Frage, die der Fertiger sonst per E-Mail an Sie richten müsste.

• Feature-Attribute: Einzelne Pads, Linien und Flächen tragen Beschriftungen, die sie als Testpunkt, Fiducial, Via-Pad oder Surface-Mount-Pad kennzeichnen.
• Die Design-Netlist: Netznamen plus die Merkmale auf jedem Netz, was einen automatischen Vergleich mit dem Artwork ermöglicht.
• Stackup und Bohrspannen: Layer-Reihenfolge, Materialnamen und der genaue Start- und Endlayer jedes gebohrten Lochs.
• Komponentendaten: Referenzbezeichner, Teilenummern und Platzierungskoordinaten für beide Seiten der Platine.
• Das Boardprofil: Der Umriss wird als geschlossenes Polygon gespeichert und nicht als gezeichnete Linie auf einem Dokumentationslayer.
• Mehrere Steps: Die einzelne Platine, das Bestückungsarray und das Produktionspanel, alles in einem Auftrag.

Der Export nach Gerber entfernt einen Großteil dieser Design-Intelligenz, da das Format ursprünglich dafür geschaffen wurde, Fotoplotter anzusteuern, und nicht dafür, die vollständige PCB als verbundenes Produkt zu beschreiben.

Wie eine ODB-Datei in der PCB-Fertigung funktioniert

Ihre ODB-Datei erreicht niemals eine Bohrmaschine oder einen Belichtungskopf. Sie erreicht stattdessen das CAM, sodass die Fabrikhalle Daten ausführt, die aus Ihrem Auftrag generiert wurden, und nicht den Auftrag selbst.

Von der ODB-Datei zu PCB-Produktionsdaten

Die CAM-Vorbereitung folgt bei den meisten PCB-Fertigern einer ähnlichen Reihenfolge. Der Ingenieur verwendet möglicherweise Siemens Valor Process Preparation, Frontline InCAM oder Ucamco UcamX, aber der Workflow wird trotzdem Schritt für Schritt aufgebaut, wobei jede Stufe von der vorherigen abhängt.

Das macht frühe Prüfungen besonders wichtig. Ein am Anfang erkanntes Problem kann verhindern, dass sich Fehler in die Panelisierung, Werkzeugherstellung, Prüfung und Fertigungsdaten später im Prozess fortsetzen.

1. Importieren Sie den Auftrag und rekonstruieren Sie ihn als interne CAM-Datenbank, wobei die Layer-Rollen und Bohrspannen aus der Matrixdatei beibehalten werden.
2. Extrahieren Sie eine Netlist aus dem Artwork und vergleichen Sie sie mit der von Ihnen gelieferten Netlist, da dies die Prüfung ist, die korrupte Daten findet.
3. Führen Sie eine DFM-Analyse gegen die eigenen Prozessgrenzen des Fertigers durch, die Annular Ring, Abstände, Lötstoppmaskenstege und Säurefallen abdeckt.
4. Panelisieren Sie den Auftrag durch Step-and-Repeat der Platine und fügen Sie dann Rails, Fiducials, Werkzeuglöcher und etwaige Testcoupons hinzu.
5. Generieren Sie die Ausgaben: Bildgebungsdaten, NC-Bohr- und Fräsprogramme, AOI-Referenzbilder, das elektrische Testprogramm und Schablonendaten.

Die Fabrik führt Ihre ursprüngliche Designdatei nicht direkt aus. Sie konvertiert diese Daten zuerst in die Maschinendateien, die für Bildgebung, Bohren, Fräsen, Inspektion und Testen verwendet werden.

Verwendung von ODB-Dateien für Multilayer- und High-Density-PCBs

Die Layeranzahl ist der Punkt, an dem implizite Herstellungsdaten riskant werden. Eine zweilagige PCB hat nur eine Bohrspanne, sodass wenig Raum für Verwechslungen bleibt. Ein zehnlagiges HDI-Board kann Laser-Mikrovias von Layer 1 bis Layer 2, vergrabene Vias von Layer 2 bis Layer 9 und Durchgangslöcher über den gesamten Stackup haben. Die Bohrerdaten repräsentieren nun mehrere verschiedene Layer-Spannen.

Abbildung 3: Bohrspannen auf einem HDI-Stackup, wie in der ODB++-Matrixdatei deklariert

Gerber handhabt dies normalerweise über Namenskonventionen. Sie könnten separate Bohrerdateien namens L1-L2.drl, L2-L9.drl und L1-L10.drl bereitstellen und den Fertiger die Spanne aus dem Dateinamen interpretieren lassen.

ODB++ speichert diese Informationen direkt in der Matrix. Jede Bohrspanne wird als Teil der Auftragsdaten definiert, sodass eine Änderung des Dateinamens nicht ändert, was das Loch bedeutet. Dies wird noch wichtiger bei sequenzieller Laminierung, bei der vergrabene Vias gebohrt und plattiert werden, bevor weitere Layer aufgepresst werden.

ODB-Datei vs. andere PCB-Herstellungsdaten

Gerber hat sich seit RS-274X weit entwickelt, sodass die alte Behauptung, es enthalte nur dumme Bilder, überholt ist.

ODB-Dateien und Gerber-Dateien

RS-274X, immer noch Gerber X1 genannt, ist reine Geometrie plus Aperturdefinitionen. Gerber X2 fügte 2014 Attribute hinzu, sodass eine Datei nun deklarieren kann, dass sie der obere Kupferlayer ist. Attribute kennzeichnen auch ein Pad als Surface-Mount und benennen das Netz, zu dem ein Merkmal gehört. Gerber X3 ging noch weiter, indem es Komponentenlayer hinzufügte, sodass Footprints, Platzierung und Teilenummern auch in der Gerber-Familie mitreisen können.

Gerber bleibt in einer wichtigen Hinsicht einfacher. Jeder Viewer öffnet es, jedes Tool schreibt es, und ein einzelner Layer kann für sich inspiziert werden. Daher bleibt es fast überall das Standard-Upload-Format, weshalb die Vorbereitung eines sauberen Gerber-Satzes immer noch die nützlichste Dateifähigkeit eines Designers ist.

Warum strukturierte Herstellungsdaten wichtig sind

Struktur ist das, was Verifikation überhaupt erst möglich macht. Ein Fertiger kann eine reine Geometriedatei gegen seine eigenen Prozessregeln prüfen. Er kann diese Datei nicht gegen Ihre Absicht prüfen, weil Ihre Absicht nie gesendet wurde. Fügen Sie eine Netlist hinzu, und dieselben Daten werden gegen sich selbst testbar.

Abbildung 4: Direkter Vergleich des Dateninhalts von Gerber, ODB++ und IPC-2581

IPC-2581 ist die offene Antwort auf dasselbe Problem. Veröffentlicht von IPC und auch als IPC-DPMX bekannt, packt es Artwork, Stackup, Netlist, BOM und Bestückungsdaten in eine einzige XML-Datei. Die Wahl zwischen beiden ist weniger eine technische als eine politische Entscheidung. ODB++ wird von Siemens kontrolliert und ist tief in der CAM-Software verwurzelt, die Fertiger bereits einsetzen.

Vorbereitung einer ODB-Datei für die Produktion

Eine vollständige ODB-Datei ist nicht automatisch eine fertigbare. Exportqualität und Fertigbarkeit sind separate Probleme, daher werden beide geprüft, bevor Ihre Platine einen Bohrer erreicht.

Designprüfungen vor dem Export einer ODB-Datei

Der Exporter kopiert Ihr Design getreu, einschließlich Fehler. Daher muss die Prüfung erfolgen, bevor Sie auf Export klicken. Arbeiten Sie diese Reihenfolge in Ihrem Layout-Tool durch, denn jeder Punkt ist etwas, das CAM nicht ohne Rückfrage bei Ihnen lösen kann.

1. Führen Sie eine saubere Design Rule Check durch und beseitigen Sie jede Verletzung, einschließlich derjenigen, die Sie seit Revision eins ignoriert haben.
2. Zeichnen Sie den Boardumriss als einzelnes geschlossenes Polygon auf dem Layer, den Ihr Tool dafür vorsieht.
3. Bestätigen Sie die Layer-Stack-Zuweisung und die physische Layer-Reihenfolge im Exportdialog, anstatt der Voreinstellung zu vertrauen.
4. Geben Sie den Netzen, die wichtig sind, echte Namen, da ein Abweichungsbericht nur nützlich ist, wenn Sie die Netznamen darin lesen können.
5. Überprüfen Sie jede Bohrspanne, insbesondere Blind- und Buried-Paare, gegen den beabsichtigten Stackup.
6. Öffnen Sie den exportierten Auftrag in einem kostenlosen ODB++-Viewer, bevor Sie ihn irgendwohin senden.

DFM-Anforderungen für zuverlässige PCB-Fertigung

Die Fertigbarkeit wird an den realen Prozessgrenzen des Fertigers gemessen, niemals am Dateiformat. Die folgenden Zahlen sind die Standardfähigkeiten von JLCPCB und typisch für die Hochvolumen-Prototypenfertigung im Allgemeinen.

Abbildung 5: Checkliste vor dem Export und DFM-Grenzen für PCB-Herstellungsdaten

Wie professionelle PCB-Hersteller ODB-Dateien handhaben

Unabhängig davon, welches Format ankommt, konvertiert die Fabrik es in einen internen Auftrag und arbeitet dann von dieser Kopie aus.

Technische Prüfung und Verifikation der Herstellungsdaten

Die technische Prüfung ist der erste echte Kontrollpunkt. Ihr Auftrag wird importiert, die Netlist wird geprüft und das Design wird mit den Prozessfähigkeiten des Herstellers verglichen. Alles, was nicht besteht, wird zu einer Kundenanfrage, und selbst eine einfache Anfrage kann die Lieferzeit um einen Tag oder mehr verlängern. Zu wissen, was das Frontend Ihres Herstellers akzeptiert, hilft, diese Verzögerung zu vermeiden. Die veröffentlichten Dateiformat-Richtlinien von JLCPCB listen RS-274X, Gerber X2, IPC-2581 und ODB++ unter den unterstützten CAD-Ausgaben auf.

Behandeln Sie die beiden Exporte als unterschiedliche Zwecke erfüllend. Senden Sie den Gerber-Satz mit der Bestellung, da dies das ist, was das Angebotssystem liest und für die Prüfung rendert. Halten Sie den ODB++-Auftrag verfügbar und stellen Sie ihn bereit, wenn eine Frage zu einer Bohrspanne, Layer-Struktur oder Netlist zurückkommt. Der Gerber-Exportleitfaden von JLCPCB behandelt auch die erforderlichen Einstellungen für verschiedene PCB-Design-Tools.

Fertigung, Inspektion und Qualitätskontrolle

Alles, was die Fabrik inspiziert, wird aus den von Ihnen gesendeten Daten abgeleitet. Die automatisierte optische Inspektion vergleicht das geätzte Kupfer mit einem Referenzbild, das aus dem CAM-Auftrag erstellt wurde. Ein Merkmal, das in Ihrer Datei falsch war, ist daher im Referenzbild ebenso falsch. Die Inspektion beweist, dass der Prozess mit den Daten übereinstimmte, nicht dass die Daten korrekt waren.

Abbildung 6: Der Weg von den Designdaten zu einer getesteten PCB innerhalb eines Herstellers

Der elektrische Test ist der Punkt, an dem eine gelieferte Netlist ihren Wert beweist. Ein Flying Probe oder ein Nagelbett prüft jedes Netz auf Durchgang und jedes Netzpaar auf Isolation. Dafür benötigt es eine Liste dessen, was womit verbunden sein sollte. Die abschließende Qualitätskontrolle schließt den Kreis mit Maßprüfungen, visueller Inspektion nach IPC-A-600 Klasse-2-Kriterien und Impedanz-Coupon-Messung, wo die Bestellung dies erfordert. Die Inspektion kann nur bestätigen, dass die Fabrik das gebaut hat, was Sie gesendet haben.

FAQ zu ODB-Dateien

F: Ist eine ODB-Datei dasselbe wie eine ODB++-Datei?

Im alltäglichen Gebrauch ja. ODB war das ursprüngliche Format von 1995 von Valor Computerized Systems, und ODB++ ist die erweiterte Version, die moderne Tools lesen und schreiben. Wenn jemand ODB-Datei sagt, meint er fast immer einen ODB++ Design-Auftrag.

F: Kann ich eine ODB-Datei öffnen, um sie vor dem Senden zu prüfen?

Ja, und das sollten Sie auch. Siemens stellt einen kostenlosen ODB++-Viewer bereit, und die meisten CAM- und Layout-Pakete können einen Auftrag ebenfalls importieren. Das Archiv entpackt sich außerdem in gewöhnliche Ordner, deren Feature-Dateien reiner Text sind, sodass Sie die Layer-Liste von Hand bestätigen können.

F: Sollte ich ODB++ oder Gerber an meinen PCB-Hersteller senden?

Senden Sie das, was das Bestellsystem parst, was für die meisten Online-Fertiger, einschließlich JLCPCB, Gerber RS-274X plus eine Excellon-Bohrerdatei in einer einzigen Zip-Datei bedeutet. Halten Sie den ODB++-Auftrag für technische Rückfragen zu Bohrspannen, Netlists oder Stackup verfügbar, wo er schneller antwortet als eine E-Mail-Kette.

F: Ersetzt eine ODB-Datei meine Fertigungszeichnung?

Nicht vollständig. Der Auftrag enthält Stackup-, Bohrspannen- und Netlist-Daten. Anforderungen wie Oberflächenfinish, Lötstoppmaskenfarbe, Impedanztoleranz und spezielle Prozesshinweise werden nicht alle zuverlässig erfasst, daher sollten Sie eine Fertigungszeichnung beifügen.

F: Ist ODB++ besser als IPC-2581?

Sie enthalten vergleichbare Informationen, sodass der praktische Unterschied in Governance und Unterstützung liegt. ODB++ gehört Siemens und ist tief in der CAM-Software von Fertigern verankert, während IPC-2581 ein offener Komiteestandard ist.

Fazit

Eine ODB-Datei lässt sich am besten als eine Verschiebung dessen verstehen, was Sie senden. Gerber übergibt der Fabrik eine Reihe von Bildern und bittet sie, das dahinterstehende Produkt zu ergründen. ODB++ übergibt die Produktbeschreibung direkt, sodass Pads Pads bleiben und Netze Netze bleiben. Eine Buried-Via-Spanne wird zu einer erklärten Tatsache statt zu einer Namenskonvention.

Verifikation ist das, was diese Verschiebung wirklich einbringt. Sobald die Netlist mit dem Artwork mitreist, kann CAM verifizieren, dass beide übereinstimmen, sodass Fehler während der Prüfung und nicht während des elektrischen Tests auftauchen. Exportieren Sie Gerber für das Bestellsystem, das Ihr Hersteller tatsächlich parst. Halten Sie einen ODB++- oder IPC-2581-Auftrag für die technischen Fragen bereit, die folgen. Prüfen Sie dann Ihren Umriss, Ihre Netlist und Ihre Bohrspannen, bevor eine der beiden Dateien Ihren Rechner verlässt, da die sofortige DFM-Vorschau von JLCPCB nur das melden kann, was Sie ihr gegeben haben.