PCB-Dateiformate

Die Bestellung von Leiterplatten (PCBs) erfordert präzise und detaillierte Angaben zum Design und zu den Spezifikationen der Platine. Daher sind spezifische PCB-Dateiformate notwendig. Eine erfolgreiche Fertigung ist nur mit einer vollständigen PCB-Datei möglich. Das Design einer Leiterplatte und die Kommunikation der Designentscheidungen basieren auf Dateien wie Schaltplänen, Stücklisten (BOM), PCB-Layouts und Informationen zum Layer-Aufbau.

Um die Interoperabilität zwischen verschiedenen E-CAD-Programmen wie Allegro, Altium Designer, KiCAD und Eagle sicherzustellen, wurde eine Sammlung von Dateien namens Gerber entwickelt. Gerber-Dateien ermöglichen es, PCB-Designs zu verstehen, ohne an eine bestimmte Designsoftware gebunden zu sein.

Warum benötigen wir spezifische Dateiformate zur Bestellung von Leiterplatten?

Daher ist das Verständnis und Erlernen des Gerber-Dateiformats heutzutage ein hochrelevantes Thema. Hier sind die drei Hauptgründe:

Standardisierung: PCB-Dateiformate standardisieren die Art und Weise, wie Designdaten kommuniziert werden. Dies stellt sicher, dass Hersteller die notwendigen Informationen konsistent und universell verständlich erhalten.

Detaillierte Informationen: PCB-Dateien enthalten detaillierte Informationen über das Platinenlayout, einschließlich der Platzierung von Bauteilen, der Verdrahtung, des Layer-Aufbaus, der Bohrungen und anderer wesentlicher Details. Diese Detailebene ist für eine präzise Fertigung entscheidend.

Kompatibilität: Verschiedene PCB-Designprogramme erzeugen Dateien in bestimmten Formaten. Hersteller arbeiten oft mit verschiedenen Designwerkzeugen, daher sorgen Standardformate für Kompatibilität und verringern die Fehlerwahrscheinlichkeit.

Weit verbreitete PCB-Dateiformate:

CAD-Aperture-Dateien reichen aus, um die Leiterplatte zu bestellen. Diese enthalten Informationen zu Layer-Stackup, Bohrungen, Lötstopplack und Siebdruckschichten. Die Stückliste (BOM) hilft Benutzern beim Zusammenbau der Leiterplatte.

CAD-Aperture-Dateien:

Im Format RS-274X (Gerber x1), Gerber x2, IPC-2581, ODB++.

BOM (Bill of Materials):

Die Formate TXT, PDF, CSV, XLSV und üblicherweise Excel-Dateien sind weit verbreitet.

Für den Zusammenbau der Leiterplatte durch den Hersteller ist eine Centroid-Datei erforderlich, damit der Hersteller die Platinen bestücken kann.

Centroid-Datei:

Die Formate TXT, PDF, CSV, XLSV und üblicherweise Excel-Dateien sind weit verbreitet und werden auch als CPL (Component Placement) oder PNP (Pick-And-Place)-Dateien bezeichnet.

Die gängigsten Dateiformate, die von Designern verwendet werden, um PCBs online zu bestellen, sind unten aufgeführt. Lassen Sie uns wissen, was diese Dateien sind und was sich darin befindet. Wir beginnen unsere Diskussion mit:

1. Was ist eine PCB-Gerber-Datei?

2. Was ist die Stückliste (BOM)?

3. Was ist die Centroid-Datei?

Was ist eine PCB-Gerber-Datei?

Eine PCB-Gerber-Datei ist ein standardisiertes Format, das verwendet wird, um detaillierte Informationen über das Layout einer Leiterplatte an Hersteller zu übermitteln. Gerber-Dateien, auch als „Photo Plot“ bekannt, sind in der Regel in den Formaten 274D und 274X vorhanden und dienen als Medium für die Konvertierung von Grafik in Daten und die PCB-Fertigung.

Sie enthalten Daten für jede Schicht der Leiterplatte, wie z. B. Kupferleiterbahnen, Lötstopplack, Siebdruck und Bohrungen, wie oben gezeigt. Gerber-Dateien sind für eine präzise und genaue PCB-Fertigung unerlässlich und stellen sicher, dass die Designspezifikationen korrekt kommuniziert und verstanden werden. Sie helfen dabei, die für die Fertigung verwendeten Photomasken zu erstellen, und sind daher ein kritischer Bestandteil der PCB-Produktion. Um zu sehen, wie PCBs aus diesen Dateien hergestellt werden, lesen Sie die detaillierte Anleitung zum PCB-Herstellungsprozess von JLCPCB.

Arten von Standard-Gerber-Formaten:

Es gibt zwei Hauptarten von Standard-Gerber-Formaten, die im PCB-Design verwendet werden:

1. RS-274D: Dies ist das ältere, grundlegendere Format. Es erfordert eine separate Aperture-Datei, um die Formen und Größen verschiedener Merkmale zu definieren, was es weniger praktisch und fehleranfälliger macht als RS-274X. Da das Wachstum elektronischer Produkte die aktuellen Anforderungen weit überholt hat, ist das ursprüngliche RS-274D-Format zunehmend veraltet, und eine verbesserte Version, RS-274X, wurde daraus entwickelt.

2. RS-274X: Das erweiterte Gerber-Format ist weit verbreitet und gilt als Industriestandard. Es enthält eingebettete Aperture-Definitionen und unterstützt mehrere Schichten, was detaillierte und umfassende PCB-Designs ermöglicht. RS-274X ist das bevorzugte Format aufgrund seiner verbesserten Funktionen und Benutzerfreundlichkeit.

99 % der PCB-CAD-Software unterstützt die Konvertierung von PCB-Designs in das Gerber-Dateiformat, entweder im RS-274D- oder RS-274X-Format.

Bohrdateien sind normalerweise keine Gerber-Dateien, werden aber ebenfalls als Teil der Produktionsdaten benötigt, um Ihre Leiterplatten herzustellen. Bohrdateien sind in der Regel im Excellon-NC-Bohrformat und geben dem Hersteller an, wo Löcher gebohrt werden sollen.

Das Erzeugen von Bohrdateien ist oft ein separater Prozess, und fehlende Bohrdateien sind eines der häufigsten Bestellprobleme. Daher ist es ratsam, davon auszugehen, dass Bohrdateien ebenfalls erforderlich sind, wenn ein Hersteller Gerber-Dateien anfordert, und sich daran zu gewöhnen, beide zu exportieren. Gerber- und Bohrdateien sollten in einer einzigen Archivdatei verpackt werden (JLCPCB unterstützt .rar oder .zip). In Online-Tools wie EasyEDA werden Gerber- und Bohrdateien gemeinsam erzeugt, wie im obigen Bild gezeigt.

Was ist die Stückliste (BOM)?

Die Stückliste ist eine Liste der Rohstoffe, die für die Herstellung eines Produkts oder einer Baugruppe erforderlich sind. Im Kontext des JLCPCB-Turnkey-PCB-Assembly-Service enthält die BOM-Datei alle Teile, die von JLCPCB beschafft und auf die Platinen gelötet werden sollen. Die BOM sollte während des PCB-Designprozesses erstellt und gepflegt werden, um die Genauigkeit am Ende des Prozesses zu erhöhen.

JLCPCBs innovatives Angebotsportal kann BOM-Dateien lesen und Teilenummern mit großen Distributoren abgleichen. Auf diese Weise kann das Portal Angebote innerhalb von Sekunden erstellen. Um schnelle Angebote zu erhalten, muss die BOM-Datei entsprechend dem JLCPCB-Format organisiert sein, wie oben gezeigt. Sie muss die Herstellerteilenummer, den Designator und die Menge enthalten. Eine typische JLCPCB-BOM sollte im .xls-, .xlsx- oder .csv-Format vorliegen und Folgendes enthalten:

1. Bauteil-Teilenummern: Herstellerspezifische Kennungen für jedes Teil.

2. Beschreibungen: Kurze Beschreibung jedes Bauteils, z. B. Widerstände, Kondensatoren, ICs usw.

3. Mengen: Die Anzahl der benötigten Bauteile.

4. Referenzdesignatoren: Bezeichnungen, die angeben, wo sich jedes Bauteil auf der Leiterplatte befindet (z. B. R1, C2, U3).

5. Herstellerinformationen: Informationen darüber, wo jedes Bauteil bezogen werden kann.

Entfernen Sie aus der BOM die Teile, die Sie nicht über den JLCPCB-Montageservice aufbringen lassen möchten, oder markieren Sie sie mit den Buchstaben „DNP“ in der Spalte „Customer Supply“. Die BOM ist entscheidend für die Beschaffung, den Zusammenbau und die Sicherstellung, dass das Endprodukt den Designspezifikationen entspricht.

Was ist die Centroid-Datei?

Centroid ist die spezielle Datei für die Montage, die verwendet wird, um die Bestückungsmaschinen schnell zu programmieren. Sie wird auch als Pick-N-Place-, XY-Daten- oder Component-Placement-(CPL)-Datei bezeichnet. Einige CAD-Tools erzeugen diese Datei automatisch, andere nicht. Möglicherweise müssen Sie die Datei anpassen und dann die Centroid-Datei erzeugen. Die Centroid-Datei beschreibt Position und Ausrichtung aller SMD-Bauteile, einschließlich Referenzdesignator, X- und Y-Position, Rotation und Seite der Platine (Oben oder Unten). Sowohl SMD- als auch THT-Bauteile werden in der Centroid-Datei aufgeführt. Sie hilft Ingenieuren, die Bauteile während der Design-for-Assembly-(DFA)-Prüfung zu lokalisieren und die Pick-&-Place-Maschine für die maschinelle Bestückung einzurichten. Eine typische JLCPCB-Centroid-Datei sollte im .xls-, .xlsx- oder .csv-Format vorliegen und Folgendes enthalten:

1. Designator: Ein Referenzdesignator (RefDes), der das Bauteil identifiziert. Im Gegensatz zur BOM-Datei müssen separate Designatoren jeweils eine eigene Zeile mit Koordinaten haben.

2. XY-Koordinate: Gibt den Standort des Bauteils an. X- und Y-Koordinaten sollten in separaten Spalten stehen und möglichst auf den Bauteilursprung zentriert sein.

3. Rotationswert: Gibt die Ausrichtung/Drehung des Bauteils (0 bis 360 Grad) an, wie es auf der Leiterplatte platziert wird. Dieser Wert ist möglicherweise nicht exakt und sollte nur als Referenz dienen.

Einige Softwareprogramme schließen THT-Bauteile nicht in die Centroid-Datei ein, da diese nicht von Pick-and-Place-Maschinen platziert, sondern von Montagepersonal von Hand gelötet werden.

Weitere Dateiformate und deren Vor- und Nachteile:

Es gibt zwei weitere weit verbreitete PCB-Dateiformate (IPC-2581 und ODB++), die sich vom Gerber-Format unterscheiden und eigene Vor- und Nachteile haben:

IPC-2581-Dateiformat:

Das IPC-2581-PCB-Dateiformat ist ein branchenweiter, herstellerneutraler, offener XML-basierter Standard. Er wurde von der IPC (Association Connecting Electronics Industries) entwickelt, um eine umfassende und einheitliche Möglichkeit zum Austausch von PCB-Designinformationen zu bieten. Dieses Format vereinfacht den Übergang vom Design zur Fertigung, indem es ein einziges, standardisiertes Dateiformat bereitstellt, das alle notwendigen Daten enthält.

Hauptmerkmale:

• Umfassende Daten: Enthält detaillierte Informationen zu Designdaten (PCB-Layouts wie Leiterbahnen, Pads, Vias und Layer-Stackup), Bauteildaten (Referenzdesignatoren, Teilenummern und Platzierungskoordinaten), Netzliste und Bohrdaten.
• XML-basiert: Durch die XML-Struktur ist es sowohl für Menschen lesbar als auch maschinenlesbar, was Flexibilität und Anpassungsfähigkeit erhöht.
• Bidirektionale Kommunikation: Ermöglicht sowohl die Übergabe von Designdaten an Hersteller als auch Rückmeldungen von Herstellern an Designer und verbessert so den gesamten Design- und Fertigungsprozess.

ODB++-Dateiformat:

ODB++ ist ein umfassendes und weit verbreitetes Dateiformat, das von Valor (heute Teil von Mentor Graphics) entwickelt wurde. Ziel von ODB++ ist es, alle notwendigen Informationen in einer hierarchischen Struktur in einer einzigen Datei oder einem einzigen Datensatz zu bündeln. Hier ein detaillierter Blick auf das ODB++-Format:

Hauptmerkmale:

• Umfassende Datenintegration: Enthält detaillierte Informationen zu Designdaten, Netzliste, Bauteilinformationen, Bohrdaten, Montagedaten, Fertigungsdaten und Testdaten.
• Einzige Dateistruktur: ODB++ bündelt alle notwendigen PCB-Design- und Fertigungsdaten in einem einzigen Paket, was die Datenverwaltung vereinfacht und das Risiko von Fehlern bei der Handhabung mehrerer Dateien reduziert.

Die Vorteile der Konvertierung von PCB-Dateien in das Gerber-Format:

Die PCB-Dateidaten werden in Gerber- und Bohrdateien konvertiert, um die PCB-Fertigung zu vereinfachen. Viele Elektronikingenieure konvertieren jedoch die PCB-Datei nicht vorab in Bohr- und Gerber-Dateien, sondern senden die einzelnen Dateien direkt an die PCB-Hersteller. Da Elektronik- und PCB-Ingenieure PCB unterschiedlich verstehen, kann die vom Hersteller konvertierte Gerber-Datei von dem abweichen, was Sie beabsichtigen.

Beispiel:

Wenn Sie eine Leiterplatte entworfen haben, senden Sie PCB-Dateien anstelle von Gerber-Dateien. Dann besteht Spielraum für besondere Anforderungen wie Bauteilnamen, Chargennummern; Siebdruckeinstellungen sind gesperrt und nur der Hersteller kann sie ändern. Solche Vorkommnisse lassen sich vermeiden, wenn Sie die PCB-Datei in eine Gerber-Datei konvertieren.