Formats de fichiers PCB

Commander des circuits imprimés (PCB) nécessite de fournir des informations précises et détaillées sur la conception et les spécifications de la carte. C’est pourquoi des formats de fichiers PCB spécifiques sont nécessaires. La fabrication ne peut se faire avec succès qu’avec un fichier PCB complet. La conception d’un PCB et la communication de ces décisions reposent sur des fichiers tels que les schémas électriques, la nomenclature (BOM), les layouts PCB et les informations de superposition des couches (stack-up).

Pour assurer l’interopérabilité entre différents logiciels de conception électronique comme Allegro, Altium Designer, KiCAD et Eagle, un ensemble de fichiers appelé Gerbers a été développé. Les fichiers Gerber permettent de comprendre les conceptions PCB sans être limité à un logiciel spécifique.

Pourquoi avons-nous besoin de formats de fichiers spécifiques pour commander des PCB ?

Par conséquent, comprendre et apprendre le format de fichier Gerber est devenu un sujet très pertinent aujourd’hui. Voici les trois principales raisons :

Standardisation : Les formats de fichiers PCB standardisent la manière de communiquer les données de conception, assurant que les fabricants reçoivent les informations de manière cohérente et universellement compréhensible.

Informations détaillées : Les fichiers PCB contiennent des informations détaillées sur le layout de la carte, y compris le placement des composants, le routage des connexions électriques, la superposition des couches, les trous à percer et d’autres détails essentiels pour une fabrication précise.

Compatibilité : Les différents outils de conception PCB génèrent des fichiers dans des formats spécifiques. Les fabricants utilisant divers logiciels peuvent ainsi travailler efficacement avec des formats standard, réduisant les risques d’erreurs.

Formats de fichiers PCB largement utilisés :

Les fichiers d’ouverture CAD suffisent pour commander le PCB. Ils incluent des informations sur les couches, les trous de perçage, les masques de soudure et les sérigraphies. La nomenclature (BOM) est utile pour l’assemblage du PCB.

Fichiers CAD Aperture :

Incluent les informations sur les couches, les trous, les masques de soudure et les sérigraphies. Formats courants : RS-274X (Gerber X1), Gerber X2, IPC-2581, ODB++.

BOM (Bill of Materials) :

Formats courants : TXT, PDF, CSV, XLS/XLSX. Utilisé pour l’assemblage des PCB.

Fichier Centroid :

Aussi appelé CPL ou Pick-and-Place (PNP), décrit la position et l’orientation des composants pour l’assemblage automatique. Formats courants : TXT, CSV, XLS/XLSX.

Les formats de fichiers les plus couramment utilisés par les concepteurs pour commander des PCB en ligne sont listés ci-dessous. Voyons ce que sont ces fichiers et ce qu’ils contiennent. Nous commençons par :

1. Qu’est-ce qu’un fichier Gerber pour PCB ?

2. Qu’est-ce que la nomenclature (BOM) ?

3. Qu’est-ce qu’un fichier Centroid ?

Qu’est-ce qu’un fichier Gerber pour PCB ?

Un fichier Gerber pour PCB est un format standardisé utilisé pour transmettre aux fabricants des informations détaillées sur la conception d’un circuit imprimé (PCB). Le fichier Gerber, également appelé « photo plot », est généralement au format 274D ou 274X et sert d’interface entre la conversion graphique en données et la fabrication du PCB.

Il contient les données pour chaque couche du PCB, telles que les pistes en cuivre, les masques de soudure, l’impression en sérigraphie et les trous de perçage. Les fichiers Gerber sont essentiels pour une fabrication précise et exacte des PCB, garantissant que les spécifications de conception sont correctement communiquées et comprises. Ils permettent de créer les photomasques utilisés lors de la fabrication, constituant ainsi un élément clé de la production des PCB. Pour voir comment les PCB sont fabriqués à partir de ces fichiers, consultez le guide détaillé du processus de fabrication publié par JLCPCB.

Types de formats Gerber standard :

Il existe deux principaux types de formats Gerber utilisés dans la conception de PCB :

1. RS-274D : Il s’agit du format ancien, plus basique. Il nécessite un fichier d’ouverture (aperture) séparé pour définir les formes et tailles des différentes caractéristiques, ce qui le rend moins pratique et plus sujet aux erreurs par rapport au RS-274X. Avec l’essor des produits électroniques, le format RS-274D est progressivement devenu obsolète, et une version améliorée, RS-274X, en a été dérivée.

2. RS-274X : Ce format Gerber étendu est largement utilisé et considéré comme la norme industrielle. Il inclut les définitions d’ouverture intégrées et supporte plusieurs couches, offrant des conceptions de PCB détaillées et complètes. RS-274X est le format préféré en raison de ses fonctionnalités améliorées et de sa facilité d’utilisation.

99 % des logiciels de CAO pour PCB prennent en charge la conversion de la conception PCB au format Gerber, que ce soit RS-274D ou RS-274X.

Bien que les fichiers de perçage (drill files) ne soient généralement pas des fichiers Gerber, ils sont également nécessaires comme partie des données de production pour fabriquer vos PCB. Les fichiers de perçage sont généralement au format Excellon NC et indiquent au fabricant où les trous doivent être percés.

La génération des fichiers de perçage est souvent un processus séparé, et l’absence de ces fichiers est l’un des problèmes les plus courants lors des commandes. Il est donc prudent de prévoir que les fichiers de perçage seront également requis lorsque le fabricant demande des fichiers Gerber, et de s’habituer à exporter les deux. Les fichiers Gerber et de perçage doivent être regroupés dans une archive unique (.rar ou .zip supportée par JLCPCB). Dans les logiciels en ligne comme EasyEDA, les fichiers Gerber et de perçage sont générés ensemble, comme illustré ci-dessus.

Qu’est-ce que la nomenclature (BOM) ?

La liste des matériaux (BOM, Bill of Materials) est un inventaire des matières premières nécessaires à la fabrication d’un produit ou d’un assemblage. Dans le cadre du service PCB Assembly clé en main de JLCPCB, le fichier BOM inclut toutes les pièces qui doivent être achetées et soudées sur les cartes par JLCPCB. La BOM doit être créée et tenue à jour pendant le processus de conception du PCB, ce qui augmente la précision à la fin du processus.

La plateforme innovante de devis de JLCPCB peut lire les fichiers BOM et associer les numéros de pièce aux principaux distributeurs. Grâce à cette approche, la plateforme peut fournir des devis en quelques secondes. Pour obtenir des devis rapides, le fichier BOM doit être organisé selon le format de JLCPCB, comme indiqué ci-dessus. Il doit inclure le numéro de pièce du fabricant, le designateur et la quantité. Une BOM typique de JLCPCB doit être au format .xls, .xlsx ou .csv et inclut :

1. Numéros de pièces : Identifiants spécifiques du fabricant pour chaque composant.

2. Descriptions : Brève description de chaque composant, comme résistances, condensateurs, circuits intégrés, etc.

3. Quantités : Nombre de chaque composant nécessaire.

4. Designateurs de référence : Étiquettes indiquant où chaque composant est placé sur le PCB (ex. : R1, C2, U3).

5. Informations sur les fabricants : Indications sur l’origine ou le fournisseur de chaque composant.

Supprimez de la BOM les pièces que vous ne souhaitez pas placer sur le PCB via le service d’assemblage JLCPCB, ou marquez-les avec la mention « DNP » dans la colonne « Customer Supply ». La BOM est essentielle pour l’approvisionnement, l’assemblage et pour garantir que le produit final respecte les spécifications de conception.

Qu’est-ce qu’un fichier Centroid ?

Le fichier Centroid est un fichier spécifique utilisé pour l’assemblage et permet de programmer rapidement les machines d’assemblage. Il est également appelé Pick-N-Place, XY Data ou fichier de placement de composants (CPL). Certains logiciels de CAO génèrent automatiquement ce fichier, d’autres non ; il peut être nécessaire de le modifier puis de générer le fichier Centroid. Le fichier Centroid décrit la position et l’orientation de tous les composants CMS (surface mount), incluant le designateur de référence, la position X et Y, la rotation et le côté de la carte (haut ou bas). Les composants traversants (through-hole) et CMS sont listés dans le Centroid. Ce fichier aide les ingénieurs à localiser les composants lors de la revue Design for Assembly (DFA) et à configurer la machine pick & place pour l’assemblage automatisé. Un fichier Centroid typique de JLCPCB doit être au format .xls, .xlsx ou .csv et inclure :

1. Designateur : un identifiant de référence (RefDes) pour chaque composant. Contrairement à la BOM, chaque designateur doit avoir sa propre ligne et ses coordonnées.

2. Coordonnées XY : indiquent l’emplacement du composant. Les coordonnées X et Y doivent être dans des colonnes séparées et centrées sur l’origine du composant si possible.

3. Valeur de rotation : indique l’orientation/rotation du composant (0 à 360 degrés) sur le PCB. Cette valeur est indicative et ne doit être utilisée qu’à titre de référence.

Certains logiciels n’incluent pas les composants traversants dans le fichier Centroid, car ils ne sont pas placés par les machines pick-and-place, mais peuvent être soudés à la main par le personnel d’assemblage.

Autres formats de fichiers et leurs avantages/inconvénients :

Il existe deux autres formats de fichiers PCB largement connus (IPC-2581 et ODB++). Ils se distinguent du format Gerber et présentent chacun leurs propres avantages et inconvénients.

Format de fichier IPC-2581 :

Le format de fichier PCB IPC-2581 est un standard industriel, neutre vis-à-vis des fournisseurs et basé sur XML ouvert. Il a été développé par l’IPC (Association Connecting Electronics Industries) pour fournir un moyen complet et unifié de partager les informations de conception PCB. Ce format facilite la transition de la conception à la fabrication en fournissant un fichier standard unique contenant toutes les données nécessaires.

Caractéristiques principales :

• Données complètes : Inclut des informations détaillées sur les données de conception (layouts PCB, telles que pistes, pastilles, vias et empilement des couches), les composants (designateurs de référence, numéros de pièce, coordonnées de placement), le netlist et les données de perçage.

• Basé sur XML : Le format XML est lisible par l’homme et facile à analyser par les machines, ce qui améliore la flexibilité et l’adaptabilité.

• Communication bidirectionnelle : Facilite le transfert des données de conception aux fabricants et le retour d’informations des fabricants vers les concepteurs, améliorant ainsi le processus global de conception et de fabrication.

Format de fichier ODB++ :

ODB++ est un format de fichier complet et largement utilisé, développé par Valor (maintenant partie de Mentor Graphics). ODB++ vise à consolider toutes les informations nécessaires dans un seul fichier ou jeu de données hiérarchique.

Caractéristiques principales :

• Intégration complète des données : Inclut des informations détaillées sur les données de conception, le netlist, les composants, les données de perçage, les données d’assemblage, les données de fabrication et les données de test.

• Format de fichier unique : ODB++ consolide toutes les données nécessaires à la conception et à la fabrication d’un PCB dans un seul fichier, simplifiant la gestion des données et réduisant le risque d’erreurs liées à la manipulation de multiples fichiers.

Avantages de la conversion des fichiers PCB au format Gerber :

Les données d’un fichier PCB sont converties en fichiers Gerber et fichiers de perçage pour faciliter la fabrication du PCB. Cependant, de nombreux ingénieurs en électronique ne convertissent pas le fichier PCB en fichiers Gerber et de perçage avant de le transmettre à l’usine. Ils envoient directement les fichiers séparés aux fabricants de PCB. Comme les ingénieurs en électronique et en PCB ont une compréhension différente du PCB, le fichier Gerber converti par le fabricant peut différer de ce que vous souhaitez.

Par exemple :

Si vous avez conçu un PCB, envoyez les fichiers PCB au lieu des fichiers Gerber. Dans ce cas, certaines exigences particulières peuvent apparaître, comme l’affichage du nom des composants ou le numéro de lot ; les paramètres de sérigraphie sont verrouillés et seul le fabricant peut les modifier. Vous pouvez éviter ces incidents en convertissant le fichier PCB en fichier Gerber avant envoi.