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CAD-CAM数据转换的新趋势

发布时间:2012-01-14 00:00:00 分类:企业新闻

 杭州PCB公司-纬亚电子:1 简介
  电子制造数据格式主要应用于PCB制作(Fabrication)、PCB组装(Assembly)、PCB测试(Test,包括光板及组装板)等方面,现代电子行业CAD已经相当普及并日趋完善,从功能较少的PC级如Protel、PADS、P-CAD,到拥有各类仿真工具集的工作站级如Synopsys、Cadence、Mentor软件,几乎都有生成布局、布线后的PCB制作文件的能力,典型的就是Gerber文件,其主要用途就是PCB版图绘制(光绘),终由PCB制作商完成PCB的制作。

  Gerber格式也在向适应电子制造发展的方向改进,但对于日趋复杂的设计,一些与PCB制作和组装的相关信息在Gerber格式中无法表达或包含,例如PCB板料类型、介质厚度及工艺过程参数等,特别是Gerber文件交到PCB制作者后经检查光绘效果、设计规则冲突等问题,如有问题必须返回设计部门重新生成Gerber文件,再进行PCB的制作,这类工作将花费30 %~50 %的制作时间和精力。即所谓的单向数据传送(Transfer),不能进行双向的数据转换(Exchange),而能在PCB制作单位和CAD部门之间进行双向的、简单的、全面的数据转换格式的制定工作将是非常有意义的。

2 电子CAD/CAM数据交换(ECCE)
  电子行业制造自动化是世界发展的趋势,电子产品设计复杂化,产品生命周期越来越短。将计算机、网络、先进的管理软件应用于电子制造,日益被各先进家及厂商所重视,CAM文件格式的改进工作都有相应的进展并已经有所应用,内未能进行相应研究。

  现今世界电子行业公认的、影响较大的CAD-CAM 数据转换项目是ECCE,其具体内容可分为CAD和CAM两大类,即:EDIF 4.0.0(EDIF-The Electronic Design Interchange Format,电子设计交互格式)引用及IPC-2510(IPC-The Institute for Packaging and Interconnect,封装与互连协会)系列标准的制定。

  ECCE项目开发组由两大标准化组织:EIA和IPC联合进行,IPC负责制定格式和参数标准,EIA负责建立信息模型,分别主要进行CAD-CAM互连(EDIF 4.0.0扩展应用)和CAM格式标准建立(IPC-2510系列)的工作。以下概括介绍一下,供同行们探讨。

2.1 EDIF 4.0.0扩展应用

2.1.1 目的及形式

  EDIF 4.0.0现在已经成为EDA标准,许多EDA开发商如:Mentor、Candence等都已采用。在此,扩展应用EDIF 4.0.0标准主要是想解决或至少改进CAD在PCB制作和组装过程的一些主要问题,特别是能够实现从CAD工作站的单一实体(Entities)转换成CAM工作站信息的方法及技术。介于设计与制造环节的这些问题涉及:Gerber数据的校准、不一致的数据格式、错误的元器件库调用、提供电子数据的方式等,终解决的是数据的正确性、一致性、完整性,这一目标是非常必要的,这是因为电子设计的复杂性必然导致出现PCB的多层、元器件的多种类型应用,而生产快速转换、紧急需求,进而产生迎合用户要求的制造控制机制分析、大限度的集成等技术的产生。

  EDIF 4.0.0由EIA(Electronic Industries Association,电子工业协会)发布,实际上是电子设计CAD建模的新方法,为一种语言描述形式。将此标准格式扩展应用于CAD输出格式,同时建立CAD/CAM的交互模式,便于设计者和制作者、组装者的沟通。

2.1.2 主要内容

  所有ECCE项目中的活动模型(Activity Model)的设计方法都使用IDEF0(IDEF为ICAM Definition缩写,ICAM为Integrated Computer Aided Manufacturing),在ECCE项目里就是指制作PCBs、组装PCAs(电路组件,含PCB、元器件等)及MCMs(Multi-Chip Modules,多芯片组件),具体一点即是:

  ?.制作和测试PCB光板;
  ?.组装元器件到PCB光板上;
  ?.测试组装板。

  因为面向制造的设计可分为多个活动,这些活动需要有相应的信息传送或反馈,利用EDIF 4.0.0建立IM(Information Model,信息模型)可以在CAD阶段完成以下信息的传送:

  ?.制作和测试光板的信息;
  ?.组装PCB光板的信息;
  ?.面向制造相关信息;
  ?.容易引起制造阶段问题的提示信息。

  有关EDIF 4.0.0的详细内容笔者在此不进行解释,大家可以查阅相关资料。

  相关数据(如PCA/MCM等)模型的处理由多种CAD进行了验证,EDIF 4.0.0能描述大致覆盖95 %的CAD-CAM转换信息的范畴。EDIF 4.0.0标准能够保证相关数据信息模型在不同CAD间进行传送并被验证和认可,经过一定的简化、约束处理,将能够作为CAM-IM开发的初始草本。

  CAM-IM主要有以下的信息内容:
  ?.组装板;
  ?.版图子集;
  ?.电连接版图;
  ?.电连接版图层次目录;
  ?.设计层次目录;
  ?.设计管理;
  ?.几何图形描述;
  ?.文档;
  ?.图形;
  ?.制作PCB的几何图形描述;
  ?.材料;
  ?.封装(插装及贴装);
  ?.元件、器件、部件;
  ?.技术信息;
  ?.逻辑关系(功能)描述;
  ?.管脚及模片(Die)描述;
  ?.布线;
  ?.测试;
  ?.拼版;
  ?.用户自定义信息。
  此外还有其他一些信息未详细列出。

2.1.3 开发机构及组织介绍
  由于EDIF 4.0.0属CAD-CAM互连开发小组的工作,其成员大多是世界上著名的EDA供应商及一些电子行业有影响力的协会等,主要由:EIA、IPC、曼彻斯特大学(University of Manchester)、Mentor Graphics、Solectron和Hadco Santa Clara等机构与组织组成。

2.2 IPC-2510系列标准
2.2.1 目标
  IPC-2510系列标准基于GenCAD格式(Mitron推出),并于1998年定稿。其终是使电子EDA和PCB制作、组装、测试者之间建立一种灵活沟通方法,规定数据转换的标准格式,并推广应用于电子行业OEM(源设备制造商)、合同制造商等。该标准类型的文件包括了版型、焊盘、贴片、插装、版内信号线等信息,几乎所有外加工PCB的有关资料都可以从GenCAM(GenCAD的扩展和增加)参数中提取到。 杭州PCB|杭州smt

2.2.2 主要内容
  IPC-2510系列标准有许多单个的标准,互相依赖,现只以其中的IPC-2511也即GenCAM为主说明。
  GenCAM文件包括20种类型内容:
  ?.文件头—每个文件的开头,包括名称、公司文件类型、数量、版本等;
  ?.板—PCB板的描述,如轮廊等;
  ?.焊盘图形—印脚(Land Pattern)几何图形,含焊膏、丝印、钻孔;
  ?.焊盘—包含CAD系统数据中的过孔及其焊盘信息;
  ?.形状—复杂的物理形状描述;
  ?.元件—用于区别元件的名称;
  ?.器件—元件描述信息,含器件号码;
  ?.信号—网表信息;
  ?.导线—导线信息,如宽度、厚度等;
  ?.层/结构—制板信息描述,包括层数、阻焊、厚度等;
  ?.布线—导线物理信息,含光绘信息;
  ?.机械机械相关信息,如定位、孔、辅助项等;
  ?.测试点—测试点定位、名称、类型;
  ?.电源—地线、电源线信息描述;
  ?.别名—给用户以与其他文件格式进行转换使用;
  ?.更改—标识修改内容;
  ?.附属—不是与电路相关的特性几何信息,如标识、图形等;
  ?.电原理—相关设计电路原理信息,主要用于安排测试顺序;
  ?.版面—PCB制作版面(如拼版)、组装排列等相关信息;
  ?.ECO—电气检查及修改后的相关信息。
  有关IPC-2511系列标准的信息详细内容在此不进行展开,IPC-2510系列标准刚刚颁布,其应用的实际意义是显而易见的。

2.2.3 开发机构及组织
  IPC-2510系列标准开发小组主要由这几个厂商或组织组成:Mitron、GraphiCode、Valor、FABmaster和IGL。由于其源于GenCAD格式,所以也有许多EDA厂商也加入进来,如Mentor。

3 其他类型数据格式的发展
3.1 Gerber
  事实上用于PCB制作的电子工业标准,现仍广泛应用。70年代Gerber出现,到1985年改进的Gerber RS-274D产生,再到1992年又产生了更先进的Gerber 274X,但不论该数据格式如何改进发展,其从输入、检查、加工过程仍非常复杂且周期长,不能适应现代的CAD/CAM自动化和快速进程的要求。

3.2 IPC-D-350系列
  IPC从70年代起就注意到了 Gerber格式的弊病,并致力改善,到90年代初推出了IPC-D-350系列,可以称为“智能型”格式标准,在一个文件就可以嵌入全部必要的信息,给PCB设计与制作者提供了较宽松的要求,技术上是先进的,但使用者抱怨其语言界面不很友好,因而未能吸引更多的用户来采用,但其中一个——IPC-D-356,即光板测试标准被PCB制作厂商所采纳。IPC-D-350系列标准没有组装板测试内容,因而该标准不能被所有电子行业所接纳。

3.3 ODB++(Open Data Base)——公开数据库
  ODB++由Valor公司推出,其出现是现代计算机、数据库发展的结果,其思想适应当今设计制造一体化的要求,真正可以达到将DFM规则嵌入设计过程。ODB++实质也是建模,结构及格式非常简单易用,提供了许多先进的开发模块,如图形界面、网表、钻孔及路径文件、图形注释、ECN/ECO设计等,且其描述与EDIF 4.0.0类似,某些用户自定义的属性也可以包含于其中。

  ODB++是基于ASC II格式文档描述,其细节格式和结构的描述都已形成文本文件,且可以从某些地方(Internet)免费得到。CAD数据库非常复杂以至于,各家EDA都不提供其数据格式给外人,某些EDA开发商,如Mentor、Cadence、Zuken-Redac和PADS提供了相应的转换器软件(Translator)。如果能够知道CAD的数据格式,利用ODB++技术加以开发就可以在各类EDA环境中达到数据共享,实现一定程度上的集成。

  CAM软件开发商如Mitron、FABmaster、Unicam、Graphic等已经使用了ODB++技术,CAD数据转换结果为中性文件,再将此中性文件进行内部处理,终形成设备驱动程序、检测程序等。

3.4 企业内部数据交换格式
  在上述各类标准未推广使用之前,许多先进的电子企业从系统集成角度出发也进行了相应的研究,如Philips公司1988年就推出了其自己的用于产品制造和产品测试的CAT/CAM转换格式标准—TA-CAT/CAM,主要用于产品设计开发和生产准备部门间的数据转换应用,其功能包括CAD产品模块、实体、板、电路、基准点、定位孔、元器件、印脚定义等。类似的工作其他大型先进企业也有相应的工作,在此不再叙述。

3.5 其他一些数据格式
  除上述的情况外,还有一些数据格式标准正在运用或开发中,他们是:
  ?.IGES(Initial Graphics Exchange Specification)—美家标准局1979年推出,机械上用得较多,是三维立体几何模型和工程描述的可*标准,其内容包括技术描述、工程图形、电子设计数据、制造设计数据、数控信息等,电子上的应用还需进一步开发。
  ?.STEP(Standard for the Exchange of Product Model Data)—ISO(The International Standards Organization,际标准化组织)1984年推出,属实体与关系(Relationship)建模工具集,使用EXPRESS语言,仍在进行开发和扩展,机械行业已有广泛应用。其终目的是取代所有现存的际CAD/CAM数据交换标准。
  ?.VHDL—VHSIC Hardware Description Language, 硬件描述语言,IEEE(The Institute of Electrical and Electronic Engineers,际电气和电子工程师协会)标准,主要用于定义数字电路系统的功能和逻辑结构关系,是数字电路和数据通信设计、分析的有力工具。
  ?.DPF,BARCO格式—IPC-D-351;
  ?.EIA494-CNC格式—IPC-D-352;
  ?.IDF 2.0、IDF 3.0格式——IPC-D356、IPC-D-355;
  ?.INCASES格式(SULTAN)——IEC 1182-10。
  另外如Postscript、HPGL、DXF等三种格式已不再被广大用户接受使用。

4 结束语
  综上所述,电子行业CAD-CAM数据转换格式标准的开发工作仍在继续进行当中,大部分处于测试阶段,ECCE项目计划才刚刚开始进入角色,IPC-2510系列标准及CAD信息建模只是其项目的前两个步骤,CAM建模(STEP标准)尚未见相关报道,而CAM建模工作是完成ECCE项目重要的一环,CAM信息模型将能与其他通常格式或标准信息相关联,如测试向量(test vector)、仿真模型等,终将形成完善的一套CAD-CAM全线系列标准。
  当今柔性制造系统(FMS-Flexible Manufacturing System)的发展逐渐走向设计制造集成应用,CAD-CAM数据转换是其信息集成的关键,开展相应的开发工作有着重要的意义。

 

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