Tipos essenciais de arquivos de design de PCB que você precisa conhecer

Encomendar placas de circuito impresso (PCBs) envolve fornecer informações precisas e detalhadas sobre o design e as especificações da placa. É por isso que formatos de arquivo PCB específicos são necessários. A fabricação só pode ocorrer com sucesso com um arquivo PCB completo. Projetar uma PCB e comunicar essas decisões de design depende de arquivos como esquemas de circuito, Lista de Materiais (BOM), layouts de PCB e informações de design de empilhamento de camadas.

Para garantir a interoperabilidade entre vários softwares de design eletrônico como Allegro, Altium Designer, KiCAD e Eagle, foi desenvolvido um conjunto de arquivos conhecido como Gerber.

Importância dos Arquivos Gerber no Design de PCB:

Os arquivos Gerber permitem entender designs de PCB sem ficar preso a um software de design específico. Como resultado, entender e aprender o formato de arquivo Gerber tornou-se um tópico altamente relevante hoje. Aqui estão as três principais razões:

1- Padronização: Os formatos de arquivo PCB padronizam a forma como os dados de design são comunicados. Isso garante que os fabricantes recebam as informações necessárias de maneira consistente e universalmente compreendida.

2- Informações Detalhadas: Os arquivos PCB contêm informações detalhadas sobre o layout da placa, incluindo posicionamento de componentes, roteamento de conexões elétricas, empilhamento de camadas, furos de perfuração e outros detalhes essenciais. Este nível de detalhe é crucial para uma fabricação precisa.

3- Compatibilidade: Diferentes ferramentas de software de design de PCB geram arquivos em formatos específicos. Os fabricantes frequentemente trabalham com várias ferramentas de design, portanto, ter formatos padrão garante compatibilidade e reduz a probabilidade de erros.

Arquivos Necessários Para Encomendar Uma PCB Online:

Arquivos de abertura CAD são suficientes para encomendar a PCB. Isso inclui informações sobre camadas de empilhamento, furos de perfuração, máscaras de solda e camadas de serigrafia. A BOM (Lista de Materiais) é útil para os usuários durante a montagem da PCB.

Arquivos de Abertura CAD:

No formato RS-274X (Gerber x1), Gerber x2, IPC-2581, ODB++.

BOM (Lista de Materiais):

Os formatos TXT, PDF, CSV, XLSV, e geralmente arquivos Excel são amplamente adotados. Para a montagem da PCB pelo fabricante, é necessário um arquivo de dados de Centroide para garantir que o fabricante possa montar suas placas.

Arquivo de Centroide:

Os formatos TXT, PDF, CSV, XLSV, e geralmente arquivos Excel são amplamente adotados e também conhecidos como arquivos CPL (Posicionamento de Componentes) ou PNP (Pick-And-Place).

Os formatos de arquivo mais comuns adotados por designers, usados para encomendar PCBs online, estão listados abaixo. Vamos saber o que são esses arquivos e o que há dentro deles. Começamos nossa discussão com:

1. O que é um arquivo Gerber de PCB?

2. O que é a Lista de Materiais (BOM)?

3. O que é o arquivo de Centroide?

O que é um Arquivo Gerber de PCB?

Um arquivo Gerber de PCB é um formato padronizado usado para transmitir informações detalhadas sobre o layout de uma placa de circuito impresso (PCB) aos fabricantes. O arquivo Gerber, também conhecido como "photo plot", geralmente representa os arquivos no formato 274D e 274X, que atua como um meio entre a conversão de gráficos para dados e a fabricação de PCB.

Inclui dados para cada camada da PCB, como trilhas de cobre, máscaras de solda, impressão de serigrafia e furos de perfuração, conforme mostrado acima. Os arquivos Gerber são essenciais para a fabricação precisa e exata de PCB, garantindo que as especificações do design sejam comunicadas e compreendidas. Eles ajudam a criar fotomáscaras usadas na fabricação, tornando-os um componente crítico da produção de PCB. Para ver como as PCBs são fabricadas a partir desses arquivos, veja o guia detalhado do processo de fabricação de PCB divulgado pela JLCPCB.

Tipos de Formato Gerber Padrão:

Existem dois tipos principais de formatos Gerber padrão usados no design de PCB:

1- RS-274D: Este é o formato mais antigo e básico. Requer um arquivo de abertura separado para definir as formas e tamanhos de vários recursos, tornando-o menos conveniente e mais propenso a erros em comparação com o RS-274X. Como o crescimento de produtos eletrônicos superou em muito os requisitos atuais, o formato RS-274D original tornou-se progressivamente obsoleto, e uma versão melhorada, RS-274X, foi criada a partir dele.

2- RS-274X: O formato Gerber estendido é amplamente utilizado e considerado o padrão da indústria. Inclui definições de abertura incorporadas e suporta múltiplas camadas, fornecendo designs de PCB detalhados e abrangentes. RS-274X é o formato preferido devido às suas capacidades aprimoradas e facilidade de uso.

99% dos softwares CAD para PCB suportam a conversão do design de PCB para o formato de arquivo Gerber, seja RS-274D ou RS274X. Embora os arquivos de perfuração normalmente não sejam arquivos Gerber, eles também são necessários como parte dos dados de produção para fabricar suas PCBs. Os arquivos de perfuração geralmente estão no formato Excellon NC drill e informam ao fabricante onde os furos devem ser perfurados.

A geração de arquivos de perfuração é frequentemente um processo separado, e a falta de arquivos de perfuração é um dos problemas mais comuns em pedidos, portanto, é prudente assumir que os arquivos de perfuração também são necessários quando um fabricante solicita arquivos Gerber e se acostumar a exportar ambos. Os arquivos Gerber e de perfuração devem ser empacotados em um único arquivo compactado (JLCPCB suporta arquivos .rar ou .zip). Em softwares online como EasyEDA, os arquivos Gerber e de Perfuração são gerados juntos, conforme mostrado na imagem acima.

O que é a Lista de Materiais (BOM)?

A Lista de Materiais é uma lista das matérias-primas que entram na fabricação de um produto ou montagem. No contexto do serviço de Montagem de PCB turnkey da JLCPCB, o arquivo BOM inclui todas as peças que devem ser compradas e soldadas nas placas pela JLCPCB. A BOM deve ser construída e mantida durante o processo de design da PCB, o que aumenta a precisão no final do processo.

A plataforma de cotação inovadora da JLCPCB pode ler arquivos BOM e combinar números de peça com distribuidores importantes. Com essa abordagem, a plataforma pode fornecer cotações em segundos. Para obter cotações rápidas, o arquivo BOM precisa ser organizado de acordo com o formato da JLCPCB, conforme mostrado acima. Deve incluir o Número da Peça do Fabricante, Designador e Quantidade. Uma BOM típica da JLCPCB deve estar no formato .xls, .xlsx ou .csv e inclui:

1. Números de Peça do Componente: Identificadores específicos do fabricante para cada peça.

2. Descrições: Descrevem brevemente cada componente, como resistores, capacitores, CIs, etc.

3. Quantidades: O número de cada componente necessário.

4. Designadores de Referência: Rótulos que identificam onde cada componente é colocado na PCB (ex., R1, C2, U3).

5. Informações do Fabricante: Informações sobre onde adquirir cada componente.

Remova da BOM as peças que você não deseja colocar na PCB através do serviço de montagem da JLCPCB ou marque-as com as letras 'DNP' na coluna 'Fornecimento do Cliente'. A BOM é essencial para aquisição, montagem e garantia de que o produto final atenda às especificações de design.

O que é o arquivo de Centroide?

Centroide é o arquivo específico para montagem usado para programar as máquinas de montagem rapidamente. Também é conhecido como arquivo Pick-N-Place, Dados XY ou Posicionamento de Componentes (CPL). Algumas ferramentas CAD gerarão este arquivo automaticamente, outras não, mas você pode precisar modificar o arquivo e então gerar o arquivo de Centroide. O arquivo de Centroide descreve a posição e orientação de todas as peças de montagem em superfície, o que inclui o designador de referência, posição X e Y, rotação e lado da Placa (Topo ou Fundo). Tanto as peças de montagem em superfície quanto as through-hole são listadas no Centroide. Ele ajuda os engenheiros a localizar as peças durante a revisão de Design para Montagem (DFA) e configurar a máquina pick & place para montagem automatizada. Um arquivo de Centroide típico da JLCPCB deve estar no formato .xls, .xlsx ou .csv e incluir:

1. Designador: Um designador de referência (RefDes) que identifica a peça. Ao contrário do arquivo BOM, designadores separados devem ter sua própria linha e coordenadas.

2. Coordenada XY: Informa sobre a localização da peça. As coordenadas X e Y devem estar em colunas separadas e centradas na origem da peça, se possível.

3. Valor de Rotação: Informa sobre a orientação/rotação do componente (0 a 360 graus) conforme é colocado na PCB. Este valor pode não ser preciso e deve ser usado apenas como referência.

Alguns softwares não incluem peças through-hole no arquivo de centroide, uma vez que estas não são colocadas por máquinas pick-and-place, mas podem ser soldadas manualmente pela equipe de montagem.

Outros Formatos de Arquivo e suas Vantagens/Desvantagens:

Existem mais dois formatos de arquivo PCB amplamente conhecidos (IPC-2581 e ODB++). Destacam-se do formato de arquivo Gerber e têm suas próprias vantagens/desvantagens:

1. Formato de Arquivo IPC-2581:

O formato de arquivo PCB IPC-2581 é um padrão da indústria, neutro em relação ao fornecedor, baseado em XML aberto. Foi desenvolvido pelo IPC (Association Connecting Electronics Industries) para fornecer uma maneira abrangente e unificada de compartilhar informações de design de PCB. Este formato agiliza a transição do design para a fabricação, fornecendo um formato de arquivo único e padronizado que contém todos os dados necessários. Algumas das principais características estão listadas abaixo:

• Dados Abrangentes: Inclui informações detalhadas sobre Dados de Design (layouts de PCB, como trilhas, pads, vias e empilhamento de camadas), Dados de Componentes (designadores de referência, números de peça e coordenadas de posicionamento), Netlist e dados de Perfuração.
• Baseado em XML: Ser baseado em XML o torna legível por humanos e fácil de ser analisado por máquinas, aumentando a flexibilidade e adaptabilidade do formato.
• Comunicação Bidirecional: Facilita a entrega de dados de design aos fabricantes e o feedback dos fabricantes aos designers, melhorando o processo geral de design e fabricação.
• Suporte para Tecnologias Avançadas: O IPC-2581 suporta tecnologias avançadas de PCB, incluindo interconexões de alta densidade (HDI), designs rígido-flexíveis e componentes embutidos.

2. Formato de Arquivo ODB++:

ODB++ é um formato de arquivo abrangente e amplamente utilizado desenvolvido pela Valor (agora parte da Mentor Graphics); O ODB++ visa consolidar todas as informações necessárias em um único arquivo ou conjunto de dados em um formato hierárquico. Aqui está uma visão detalhada do formato ODB++:

• Integração de Dados Abrangente: Inclui informações detalhadas sobre Dados de Design, Netlist, Informações de Componentes, Dados de Perfuração, Dados de Montagem, Dados de Fabricação e Dados de Teste.
  
• Formato de Arquivo Único: O ODB++ consolida todos os dados necessários de design e fabricação de PCB em um único pacote, o que simplifica o gerenciamento de dados e reduz o risco de erros associados ao manuseio de múltiplos arquivos.

As Vantagens de Converter Arquivos PCB para o Formato de Arquivo Gerber:

Os dados do arquivo PCB são convertidos em arquivos Gerber e de perfuração para tornar a fabricação da PCB livre de problemas. No entanto, muitos engenheiros eletrônicos não convertem o arquivo PCB em dados de perfuração e arquivo Gerber antes de entregar o arquivo PCB à fábrica. Em vez disso, eles enviam diretamente os arquivos separados para os fabricantes de PCB. Como os engenheiros eletrônicos e de PCB têm um entendimento diferente da PCB, o arquivo Gerber convertido pelo fabricante da PCB pode diferir do que você deseja.

Por exemplo:

Se você projetou uma PCB, envie arquivos PCB em vez de Gerber. Então, há o escopo de requisitos especiais como exibição do nome do componente e número do lote; as configurações de serigrafia são bloqueadas, e apenas o fabricante pode alterá-las/modificá-las. Você pode evitar tais incidentes se converter o arquivo PCB em um arquivo Gerber.

Comparação Geral de Todos os Formatos de Arquivo:

1. Arquivos Gerber (.gbr ou .ger):

Arquivos Gerber são o formato de arquivo padrão para dados de fabricação de PCB. Eles contêm informações sobre camadas individuais da PCB, incluindo trilhas de cobre, pads, máscara de solda e elementos de serigrafia.

Uso: Arquivos Gerber são essenciais para a fabricação de PCB e são tipicamente gerados e fornecidos aos fabricantes para a produção de placas de circuito impresso.

2. Arquivos Excellon (.drl):

Arquivos Excellon contêm informações sobre as localizações e tamanhos de furos e outros recursos perfurados na PCB. Eles são usados para controlar as máquinas de perfuração durante a fabricação da PCB.

Uso: Arquivos Excellon são cruciais para perfurar furos com precisão e criar recortes na PCB durante o processo de fabricação.

3. ODB++ (Open Database Design++):

ODB++ é um formato de dados de fabricação de PCB inteligente e unificado que inclui informações abrangentes sobre o design da PCB, incluindo camadas, dados de perfuração, informações de empilhamento, componentes e detalhes de montagem.

Uso: ODB++ é usado para agilizar a comunicação entre o software de layout de PCB e os processos de fabricação, fornecendo um conjunto de dados abrangente para fabricação e montagem de PCB.

4. IPC-2581:

IPC-2581 é um formato de arquivo de fabricação de PCB robusto, baseado em XML, que abrange informações completas de design e fabricação, incluindo empilhamento de PCB, componentes, netlist, montagem e detalhes de fabricação.

Uso: O IPC-2581 oferece um formato de dados abrangente e unificado para fabricação de PCB, agilizando a troca de dados entre os processos de design, fabricação e montagem.

Formatos Específicos de Ferramentas de Design de PCB (ex., Altium Designer, Eagle, KiCad).

Conclusão:

Cada software de design de PCB normalmente tem seu formato de arquivo proprietário para armazenar arquivos de projeto, bibliotecas e designs. Esses formatos podem incluir extensões .pcb, .sch, .lib ou outras específicas do software.

É essencial notar que, embora esses formatos de arquivo sejam cruciais para o design e fabricação de PCB, alguns formatos, como Gerber e Excellon, são usados principalmente para a fase de fabricação. Por outro lado, formatos unificados como ODB++ e IPC-2581 encapsulam dados abrangentes de design e fabricação, facilitando a integração perfeita entre os processos de design e fabricação.