#3 Sprint Layout 6.0 súbory pre výrobu

vašich DPS

Pridal Elektrolab 18.02.2020

889 zobrazení

Aj keď je podľa nášho názoru výroba vlastných DPS neoddeliteľnou súčasťou vášho hobby, ale aj pracovných povinností, je stále lacnejšie zadávať výrobu DPS lacným čínskym výrobcom. Potom musíte dodať súbory Gerber a Excellon. Tieto súbory je schopný generovať aj Sprint Layout.

Poznámka

O softvéri pre návrh grafického dizajnu Sprint Layout sa na tomto blogu objavili dva úvodné články. Preto pre pochopenie celku, je dobré ak si ich najskôr prečítate:

#1 Sprint Layout 6.0 návrhový systém pre PCB využitie a prehľad funkcií

#2 Sprint Layout 6.0 práca s makrami rýchlo a efektívne

Základné informácie o Gerber a Excellon

Prečo zadávať výrobu DPS externým dodávateľom?
Ak potrebujete jednostrannú DPS pre vlastnú potrebu, nestojí za to outsourcing výroby. Pri jednoduchej DPS v domácich podmienkach je leptanie a vŕtanie pomerne jednoduchou záležitosťou, ktorú máte spravenú relatívne rýchlo a tiež podstatne lacnejšie ako výroba DPS v Číne. Bude to však úplne iný príbeh, ak potrebujete DPS vyrobiť obojstranne, potrebujete viac ako jeden kus a tiež chcete svojej DPS pridať sieťotlač a prípadne dve spájkové masky. Spájkovacia maska je špeciálna vrstva laku, ktorá pokrýva iba tie časti DPS, ktoré nemusíte spájkovať. Táto vrstva laku sa aplikuje na ochranu medeného vzoru tak, a aby sa zabránilo jej oxidácii. Táto vrstva laku navyše zaisťuje, že vaša spájka sa "prilepí" iba na určené medené spájkovacie body, takže náhodným vytvorením spájkovacích mostíkov zabráni skratom medzi jednotlivými spojmi a spájkovacími bodmi, nakoľko na túto vrstvu laku jednoducho spájka nepriľne. Laková vrstva tiež zabraňuje absorpcii vlhkosti do dosky plošných spojov a rovnako dobre elektricky izoluje jednotlivé spoje a chráni vás pri prípadnom dotyku voči živím častiam DPS.
Takúto profesionálnu tlač už nemôžete robiť sami a potom neexistuje žiadna iná možnosť, ako využiť službu jedného z mnohých profesionálnych výrobcov DPS, ktorú ste našli na internete.

Niekoľko cenovo dostupných výrobcov nájdete aj na tomto odkaze v našom fóre - klikni

Ako to celé funguje
Prvá fáza procesu je identická. Svoju DPS navrhujete tak, ako vždy. Keďže však teraz budete používať profesionálneho výrobcu DPS, ktorý ponúka oveľa viac možností ako vaša UV osvitka a leptací roztok, môžete svoj dizajn skomplikovať tým, že mu poskytnete dve vrstvy, "Ground-plane" (rozlievanú meď), prekovené otvory, dvojvrstvové DPS a dve spájkové masky. Sami vidíte, že sa jedná o také služby, na ktoré nebudete mať doma ani technológiu a ani možnosti. Čo dostanete ako odmenu? Profesionálne DPS v špičkovej kvalite a to už stojí za čas presedený pred počítačom spojený s vývojom vašej DPS. Nemyslíte?
Keď je váš návrh hotový, musíte vytvoriť špeciálne súbory, tzv. Súbory Gerber a Excellon. Našťastie ho Sprint Layout vytvorí automaticky, ale musíte vedieť, ako nasmerovať tento proces správnym smerom.
Potom musíte všetky tieto súbory previesť do jedného súboru ZIP, ktorý pošlete vybranému výrobcovi tlače pri objednávke vašej DPS.

Čo sú súbory Gerber?
Súbory Gerber sú špeciálne druhy grafických súborov, ktoré popisujú jednu špecifickú vrstvu návrhu vašej DPS. Tieto súbory majú štandardnú príponu .gbr a obsahujú číselné údaje, pomocou ktorých môžu automatizované výrobné linky vytvárať mnoho sériové DPS rýchlo a lacno. Súbory Gerber sú čitateľné pomocou ľubovoľného textového procesora ASCII, napríklad programu Windows Notepad, a neobsahujú nič iné ako veľké množstvo údajov, ktoré číselne opisujú všetky prvky tvoriace vrstvu. Časť takéhoto súboru je uvedená na obrázku nižšie. Formát Gerber je v súčasnosti de facto štandardom pre výrobu dosiek s plošnými spojmi (PCB) na celom svete a u každého výrobcu.

Príklad generovaného súboru Gerber pre výrobu DPS.

Vyžaduje sa viac ako len jeden súbor
Ak predpokladáme, že zadávame do výroby obojstranný plošný spoj s dvoma sieťotlačovími maskami a spájkovacou maskou na oboch stranách, musíte výrobcovi poskytnúť najmenej sedem súborov:

Súbor pre medenú vrstvu na strane komponentu (copper_top.gbr).
Súbor pre medenú vrstvu na strane spájky (copper_bottom.gbr).
Súbor výkresu špecifikácie na strane komponentu (silkscreen_top.gbr).
Súbor so zoznamom materiálov na strane spájky (silkscreen_bottom.gbr).
Súbor pre spájkovaciu masku na strane komponentov (soldermask_top.gbr).
Súbor pre spájkovaciu masku na strane spájky (soldermask_bottom.gbr).
Súbor, ktorý definuje rozmery DPS (outline.gbr).

Samozrejme, že počet súborov sa znižuje, pokiaľ je výsledná DPS jednoduchšia. Vždy musíte zadať jeden súbor spojov a jeden obrysový súbor. Potom dostanete jednostrannú DPS bez výkresov materiálu a bez spájkovacích masiek.

Čo sú to Excellon súbory?
So súbormi Gerber môže výrobca vyrobiť vašu DPS s dvoma medenými vrstvami, dvoma sieťotlačovími maskami a dvoma spájkovacími maskami. Okrem toho môže vyrobiť DPS na mieru zo základného materiálu. Tieto súbory však neobsahujú žiadne informácie o dierach, ktoré musia vyvŕtať do vašej DPS. Na tento účel výrobca potrebuje ďalší súbor, tzv. Súbor Excellon. V tomto súbore sú uvedené priemery všetkých dier a súradnice X a Y všetkých dier prítomných vo vašom návrhu. Všetky diery sa počítajú vzhľadom na referenčný bod. Výrobca načíta tento súbor priamo do svojho CNC stroja a elektronika odošle vrták tohto stroja na určené súradnice tak, aby vŕtané otvory boli presne na správnom mieste so správnym priemerom v DPS. Prípona tohto formátu je často .txt, .drl alebo .nc. Súbor Excellon je tiež čistý súbor ASCII, takže si ho môžete prezerať napríklad v programe Poznámkový blok.

Príprava tlačového návrhu

Jednoduchý príklad
Ako príklad uvedieme jednoduchú jednostrannú DPS s potlačou komponentov, ktorá má byť vyrobená s UV expozíciou a následným vyleptaním.
Pretože pre väčšinu výrobcov DPS nie je obojstranná DPS drahšia ako jednostranná DPS, navrhneme transformáciu dizajnu na obojstrannú tým, že presunieme všetky spájkovacie body na stranu komponentov a vybavíme ju rozlievanou meďou. Okrem toho budeme ďalej prekovovať všetky diery, pretože to tiež často nie je drahšie a zvyšuje to pevnosť spájkovaných spojov.

Táto jednoduchá vzorová DPS je prispôsobená na profesionálnu výrobu.

V ľavom dolnom rohu sú zobrazené farby piatich prítomných vrstiev:

C1: meď, modrá.
S1: sieťotlač hore, červená.
C2: meď dole, zelená.
S2: sieťotlač dole, žltá.
O: obrys, čierny.

Vidíte, že všetky časti dizajnu sú červené alebo zelené, čo je logický dôsledok jednostranného dizajnu (C2: zelený) s výkresom komponentov (S1: červený). Pre taký jednoduchý dizajn, sieťotlač na spodnej strane nemá zmysel, takže nebudeme používať vrstvu S2.
Ak vo vašej verzii Sprint Layout nevidíte tieto farby, môžete skontrolovať možnosť 'Colors' cez ponuku 'Options' a potom 'General Settings'. V okne nižšie môžete upraviť farby všetkých vrstiev výkresu, pozadia, mriežky a priechodov podľa vlastného vkusu. V tomto okne nastavte farbu priechodov na farbu, ktorá sa zreteľne líši od ostatných, aby ste neskôr v priebehu procesu jasne videli, ktoré body ste definovali ako priechody. "Via" je iný názov pre prekovený otvor.

Rozloženie farebných vrstiev použitých pri DPS.

Krok 1: definujte obrys a rozmery
Rozmery a tvar vašej DPS sú zaznamenané v súbore Gerber outline.gbr. V tomto prípade je to obdĺžnik. V existujúcom dizajne je tento rám sfarbený na červeno, to znamená na vrstvu S1. Rámec sa musí preniesť do vrstvy O. Nič nie je jednoduchšie. Kliknite jeden po druhom na štyri riadky, ktoré tvoria rám. Potom kliknite na pravé tlačidlo myši. V rozbaľovacom okne "Properties" nižšie kliknite na možnosť "Set to layer" a samozrejme vyberte vrstvu O.
Toto definuje rozmery vašej DPS a tieto údaje sú neskôr zahrnuté do súboru outline.gbr, takže výrobca DPS presne vie, aká veľká by mala byť vaša DPS. Výsledkom je, že rám je teraz zobrazený čiernou farbou a je definovaný obrys vašej DPS.
Potom upravte rozmery DPS aj v Sprint Layout. Prejdite do ponuky "Board" a vyberte možnosť "Properties". V tomto okne zadáte rozmery DPS na "Width" a "Height".

Rám DPS sa zaznamená na vrstvu O

Krok 2: vyňatie spájkovacích bodov z DPS
Pretože sa chystáme pracovať obojstranne, všetky spájkovacie body sa umiestnia na hornú a aj dolnú časť DPS. Bude zrejmé, že farba zo sieťotlače nie je na týchto bodoch vhodná, nakoľko to znamená problém pri spájkovaní! Teraz je to jednoznačne tento prípad. Ak je to aj váš prípad, musíte z popisov komponentov odstrániť časť popisu. Na nasledujúcom obrázku sme zhrnuli účel tohto kroku. Vľavo vidíte, aké to bolo, napravo, ako to vyzerá teraz: na zelených bodoch už nie je červená.

Vyňatie popisov zo spájkovacích bodov.

Krok 3: všetky spájkovacie body prechádzajú cez DPS
Pretože chceme objednať obojstrannú DPS, všetky spájkovacie body, ktoré sa teraz nachádzajú iba na spodnej časti DPS, sa musia objaviť aj na hornej strane. Ďalej chceme prekovovať všetky diery, takže ich urobte cez body alebo priechodky. Ak to chcete urobiť, musíte kliknúť na všetky podložky a potom skontrolovať možnosť "Through pad" v okne "Properties" (pravé tlačidlo myši), pozri obrázok nižšie.
Dve poznámky:

Niekedy nie je možné vybrať iba jednu cestu k dielu. Potom je táto cesta súčasťou skupiny a musíte ju zoskupiť. Po kliknutí na skupinu sa zobrazí fialová farba. Kliknutím pravým tlačidlom myši sa opäť objaví okno "Properties". Vyberte možnosť "Split group". Potom môžete vybrať cestu.
Bude zrejmé, že túto cestu neurobíte za cestou. Podržaním klávesu "Shift" na klávesnici môžete kliknúť na viac spájkovacích bodov a potom ich jediným kliknutím myši zmeniť na "Through pad".

Spájkovacie body ošetrené týmto spôsobom sa teraz v okne Sprint Layout objavia sivo. Nakoniec sme farbu priechodov nastavili na túto farbu.

Použitie voľby prekovenia otvorov na DPS.

Krok 4: hromadné presunutie prekovených otvorov na povrch a vytvorenie rozliatej medi
Pretože chceme, aby DPS bola vybavená rozliatou meďou na svojom povrchu, je užitočné presunúť všetky uzemnenia na hornú časť DPS. Takže kliknite na všetky spoje (track's), ktoré sú pripojené ku GND, a pravým tlačidlom myši otvorte rozbaľovacie okno "Properties". Kliknite na možnosť "Set to layer" a samozrejme vyberte vrstvu C1.
Na nasledujúcom obrázku sme navrhli vzhľad vašej DPS v okne Sprint Layout, samozrejme za predpokladu, že ste postupovali podľa nášho farebného kódovania.

Upravená DPS bude vyrobená tak, ako je znázornená.

Krok 5: Kontrola pravidiel návrhu
Teraz je čas otvoriť okno "DRC". Vďaka "Kontrola pravidiel návrhu - Design Rule Checking" Sprint Layout rýchlo vyhľadáva vo vašom návrhu chyby v rozpore s pravidlami návrhu. Okno "DRC" otvoríte prostredníctvom ponuky "Options" a výberom "DRC Panel". V tomto okne môžete definovať počet minimálnych a maximálnych rozmerov a vzdialeností, napríklad:

Minimálna vzdialenosť medzi dvoma spájkovacími bodmi.
Minimálna šírka medzier.
Minimálny priemer otvoru.
Atď.

Sprint Layout už toto vyplnil za vás a vo väčšine prípadov budú tieto hodnoty vynikajúce pre jednoduché DPS, ako je tento príklad. Ak sa chystáte navrhnúť zložitejšiu DPS s veľmi tenkými spojmi, je dôležité, aby ste sledovali "Design Rules" pri navrhovaní DPS a skopírovali ich na "DRC Panel" v rozložení návrhu.
V nakreslenom príklade "DRC" naznačuje, že v dizajne DPS je jedna chyba, a to "Silkcreen on pad". Ak dvakrát kliknete na túto správu, Sprint Layout okamžite umiestni časť DPS do popredia, a zobrazí tú časť v ktorej je táto chyba zväčšená, a chybu zobrazí "šrafovane", pozri obrázok vpravo na obrázku nižšie. V skutočnosti je vodič rezistora stále na spoji, čo sa dá samozrejme rýchlo opraviť.

Príklad výstupu funkcie "Design Rule Checking".

Krok 6: vložte rozlievanú meď na vrchnú stranu DPS
Pretože náš obvod obsahuje citlivé nízkofrekvenčné zapojenie, uzemníme DPS pomocou rozlievanej medi na vrchnej strane DPS. Sprint Layout potom pokryje celú vrchnú časť DPS rozliatou meďou, pričom okolo všetkých dostupných spájkovacích bodov a spojov je udržiavaná izolačná zóna 0,4 mm a 0,5 mm. Aktivujte hornú medenú vrstvu C1 a kliknite na ikonu rozliatej medi. Rozliata meď je na DPS zobrazená s tmavo modrou farbou, pozri obrázok nižšie.

Rozlievaná meď je teraz umiestnená na povrchu DPS.

Krok 7: vyrobte "thermal pad's" v okolí spájkovacích bodov
Rozliata meď ešte v tejto chvíli nie je spojená s ničím. Túto medenú vrstvu musíte samozrejme spojiť so zemou. Urobíte to tak, že prepojíte všetky spájkovacie body, ktoré idú k zemi (GND), k rozliatej medi. Ak sa neprijmú žiadne zvláštne opatrenia, jednotlivé spájkovacie body zmiznú z vášho návrhu a sú prekrité rozliatou meďou. Priame spájkovanie na rozliatej medi je však viac menej nepríjemné, pretože veľký medený povrch rozptyľuje teplo z spájkovacieho hrotu a vy tak musíte použiť vyšší výkon spákovacieho hrotu a pracovať opatrne, aby ste spoj zbytočne veľmi neprehriali a následne nepoškodili. Tomu môžete zabrániť tým, že zmeníte príslušné spájkovacie body na takzvané "thermal pad's". Urobíte to nasledovne. Otvorte panel "Options" v ponuke "Properties Panel". Teraz kliknite na jednu z podložiek, ktoré musia byť pripojené k rozliatej medi. Potom aktivujte možnosť "Thermal pad" na paneli "Properties Panel". Pomocou "Positions" môžete určiť, koľko medených spojení chcete, aby bola cesta spojená s rozlievanou meďou. Vo väčšine prípadov stačia štyri. Ak je konkrétny spoj zaťažovaný vyšším prúdom, je rozumné nastaviť tento parameter na osem. S 'Width' (šírka) definujete šírku týchto spojení.
V tomto kroku samozrejme môžete tiež kliknúť aj na ďalšie spájkovacie body a premeniť ich na "Thermal pad".

Body GND sú spojené s rozliatou meďou pomocou "Thermal pad".

Krok 8: integrujte zemnenie do rozliatej medi
Spoje spojené s GND samozrejme nemajú zmysel ako samostatný prvok. Preto ho musíte integrovať do rozliatej medi. Môžete to urobiť tak, že kliknete na takýto spoj a potom nastavíte vzdialenosť, ktorá teraz stojí v rámci rozliatej medi na 0,4 mm až nula.

Krok 9: Definujte spájkovaciu masku
Sprint Layout automaticky zaisťuje, že spájkovacia maska sa neaplikuje na spájkovaci body, takže zostanú spájkovateľné. Môže sa však stať, že budete chcieť chrániť maskou určitú časť svojho dizajnu pred lakom spájkovacej masky, napríklad ak ste vytvorili okrajový spoj jeho vložením na okraj DPS. Tieto spoje musíte potom zo spájkovacej masky vyňať. V ľavom paneli ponuky kliknite na možnosť "Solder Mask". Všetky komponenty vašej DPS, ktoré sú bez farby masky, sa teraz zobrazia čiernou farbou. Ak chcete z spájkovacej masky vylúčiť určitý prvok, ktorý v súčasnosti nie je čierny, kliknite naň. Potom sa zobrazí čiernou farbou ako dôkaz, že ho vyňal z pokrytia.

Hotová DPS
Nakoniec, keď ste usúdili, že už všetko máte navrhnuté podľa vašich požiadaviek môžete vykonať aj "DRC", aby ste si boli istí. Ak to preukáže, že nedochádza k žiadnym chybám, môžete svoj návrh DPS považovať za pripravený na dodanie výrobcovi DPS.

Finálna vezia DPS pripravená na výrobu,

Vytvorenie súborov Gerber a Excellon

Krok 1: Gerber export
Uložte návrh DPS a prejdite na ponuku "File" a na možnosť "Export" a potom na "Gerber Export". V nasledujúcom okne kliknite na "Layers" C1, C2, S1, O, C1 a C2. Všimnite si, že dizajnéri Sprint Layout tiež nazvali názvy spájkovacích masiek C1 a C2. Celkom mätúce! Sprint Layout automaticky priraďuje Gerberovým súborom vytvorené štandardné názvy, ktorým rozumie každý výrobca DPS. V časti "Filename" zadajte názov svojho dizajnu. V priečinku "Output-Directory" (Adresár výstupu) je priečinok na pevnom disku, kam chcete súbory uložiť. V poli "Options" nekliknete na nič. Do poľa "Offset of solder mask" zadajte všade 0,2 mm. Upozornenie: Niektorí výrobcovia DPS na tomto mieste chcú inú hodnotu, preto najprv na webe výrobcu, ktorého ste vybrali, zistite, akú hodnotu chcú.
Po kliknutí na "Create Gerber files" program vytvorí súbory Gerber.

Generovanie výstupu súborov Gerber.

Krok 2: Export Excellon súborov
Prejdite späť do ponuky "File" a do možnosti "Export" a teraz vyberte položku "Drill Data (Excellon)". V časti "Selection" aktivujete "Simple drillings" a "Through-holes". V časti "Drill from..." začiarknite políčko "Top (default)". V časti "Unit of Measurement" (Jednotka merania) vyberte možnosť "Inch" (Palec). Nechajte otvorené "Special options".
Po kliknutí na "OK" sa program opýta, kam chcete súbor pre vŕtanie uložiť. Vyberte rovnaký priečinok, v ktorom sa nachádzajú súbory Gerber.

Okno pre export do Excellonu.

Krok 3: Kontrola súborov
Sprint Layout má možnosť prezerať súbory .gbr a .drl. V ponuke "File" prejdite na možnosť "Gerber-Import". Bohužiaľ, v tomto nástroji je chyba, ktorá znemožňuje napríklad zobraziť medenú vrstvu s rozlievanou meďou. Abacom o tom informuje v e-maily:

"Der Gerber-Import ist zum Überprüfen der Gerber-Dateien nicht geeignet, da diese Funktion nicht jede Gerber-Datei 100% korrekt übernehmen kann, siehe dazu auch die Beschreibung in der Anleitung."

Preklad:

"Import Gerberu nie je vhodný na kontrolu súborov Gerber, pretože táto funkcia nedokáže správne skopírovať každý súbor Gerber, pozri aj popis v príručke."

Divné! Na čo je potom táto funkcia určená? Na internete však existuje množstvo stránok, na ktorých môžete načítať súbory, napríklad:

http://www.gerber-viewer.com/
https://gerber.ucamco.com/

Druhá spomenutá stránka je od vývojára Ucamco protokolu Gerber. Otvorte túto stránku a presuňte jeden zo súborov do čierneho okna. Potom ihneď uvidíte, ako bude výrobca DPS vidieť váš súbor Gerber alebo Excellon. S obrázkami môžete manipulovať pomocou tlačidiel vľavo.

Kontrola vašich súborov Gerber a Excellon na webe Ucamco.

Alternatíva: zobrazenie DPS pomocou tlačového nástroja Sprint Layout
Zistili sme, že obslužný program pre tlač DPS obsiahnutý v programe Sprint Layout dobre zobrazuje súbory Gerber. Ak ho chcete zobraziť takýmto spôsobom, prejdite na možnosť "Print" prostredníctvom ponuky "File". V okne "Print" si následne vyberte iba vrstvu, ktorú chcete zobraziť vpravo hore. Ako príklad vidíte nižšie, ako sa vrstva C1 tobrazí v okne "Print" našej ukážkovej DPS.

Skontrolujte svoje súbory Gerber pomocou okna "Print".

Krok 5: Vytvorenie jedného súboru ZIP
Takmer všetci výrobcovia DPS požadujú, aby ste zhromaždili všetky súbory do jedného komprimovaného súboru .zip a odoslali ich e-mailom, alebo ich priložili k objednávke DPS. Otvorte program Prieskumník systému Windows a vyberte priečinok, v ktorom sa nachádzajú vaše súbory. Vyberte všetky súbory stlačením klávesu "Shift". Potom kliknite pravým tlačidlom myši av rozbaľovacej ponuke vyberte možnosť "Pridať do archívu". V okne nižšie vyberte v časti "Formát archívu" možnosť "ZIP". Po kliknutí na "OK" sa vytvorí súbor .zip a uloží sa do tej istej zložky.