Системы подготовки производства печатных плат и монтажа компонентов
Юрий Потапов, технический директор, ООО «ЭлекТрейд-М»
Сегодня, когда контрактное производство печатных плат развивается наиболее быстрыми темпами, читателям предлагается краткий обзор программных продуктов, задействованных в данной области. В число продуктов для подготовки производства плат, прежде всего, входят системы подготовки фотошаблонов топологий, генерации файлов сверления и автоматической сборки.
Версия в PDF (443Kb)На самом нижнем уровне находятся программы, ориентированные на разработку печатных плат и на первичную подготовку топологий. Такие программы для разработки печатных плат, как правило, бесплатны и включаются в более мощные системы разработки печатных плат. Например, здесь можно отметить продукт CAMtastic, являющийся составным модулем системы Altium Designer (ранее Protel), но сейчас поставляемый фирмой Altium (www.altium.com) и с другой популярной системой P-CAD 2006. Преимущество программы заключается в том, что после генерации Gerber и NC Drill файлов пользователь продолжает работать в привычной графической оболочке, что не требует изучения нового интерфейса. Пакет имеет базовый набор средств проверки специальных правил DFM (Design for Manufacturing) и DFF (Design for Fabrication), редактирования топологий, панелизации, генерации управляющих файлов для аппаратуры электроконтроля и монтажа smd компонентов. В качестве основных выходных форматов схемы печатной платы здесь используются Gerber RS-274X и Excellon. Имеется возможность формировать файлы данных в формате ODB++, но данная спецификация поддерживается не полностью.
Другим продуктом, нацеленным исключительно на первичную подготовку CAM-данных, является продукт ExcelCAM, поставляемый в составе системы проектирования Zuken CADSTAR. Это автономное приложение, бесплатная версия которого доступна на сайте разработчика — индийской фирмы Reliant Electronic Design Services (www.reliant-eds.com). Продукт предоставляет возможности импорта данных фотовывода, сверления и фрезерования, их анализа, редактирования и оптимизации с последующим выводом в форматы Gerber и Excellon. Очень полезной функцией является возможность формирования по Gerber-данным проектных файлов для системы CADSTAR в текстовом формате CADIF.
Из более мощных решений можно отметить пакет проектирования Zuken CR-5000 (www.zuken.com), подготовка производства внутри которого выполняется с помощью модуля Board Producer. Этот продукт с трудом можно назвать средством первичной подготовки, так как он предоставляет пользователям очень высокий уровень функциональности, по сути, отражающий общий уровень проектирования в системе CR-5000. Помимо привычной оптимизации и генерации выходных файлов обеспечивает ведение единой базы данных для процессов разработки и производства, что позволяет интегрировать элементы производства в существующий проект. Таким образом, обеспечивается возможность добавления в проект графической информации на специальные технологические слои, а также специальных производственных проектных ограничений (Manufacturing Rules Database), контроль которых ведется в режиме реального времени.
С продуктами других производителей программного обеспечения для проектирования печатных плат, например, Mentor Graphics и Cadence, поставляются автономные пакеты программ, о которых стоит поговорить отдельно. Прежде всего, следует отметить продукцию компании Wise Software Solutions (www.wssi.com). Эта компания поставляет на рынок два программных продукта: GerbTool (см. рис. 1) и VisualCAM, имеющих сходный интерфейс и предоставляющих пользователям широкий набор функций обработки CAM-файлов. Прежде всего, следует отметить, что данные
Рис. 1. Разработка панелей в системе GerbTool
программы печатных плат ориентируются на формат данных ODB++ как основной. Это позволяет получать полный набор проектной информации (топологии слоев, сверловку, списки соединений, списки используемых материалов) непосредственно из системы проектирования, что облегчает последующую обработку этих данных. Кроме того, пакеты поддерживают импорт и экспорт форматов Gerber RS-274D и RS-274X, FIRE9000, Excellon, Direct CAM, IPC-D-356 и других, а также PADS ASCII, что делает их привлекательными для пользователей системы проектирования PADS компании Mentor.
Однако компания Mentor в течение последнего времени обратила свое внимание на другого производителя программного обеспечения, фирму Router Solutions Incorporated (www.rsi-inc.com), линейка продуктов CAMCAD которого приобрела особую популярность среди пользователей благодаря беспрецедентно широкому набору модулей обмена данными с системами проектирования. Несмотря на то, что продукт имеет стандартный набор средств анализа и редактирования CAM-данных, он воспринимается в основном именно как средство трансляции данных. Исправить ситуацию была призвана разработка нового продукта eSight, основной задачей которого планировалась именно подготовка к производству (Design for Manufacturing), но после поглощения фирмой Mentor Graphics никакой дополнительной информации по этой программе опубликовано не было.
Другой производитель программ для разводки печатных плат, компания Downstream Technologies, может похвастаться тем, что сохранила независимость и является разработчиком наиболее популярной в России системы подготовки производства CAM350. Данная популярность объясняется высокой степенью интеграции с очень распространенной в нашей стране системой проектирования P-CAD 200х (ранее ACCEL EDA). Несколько лет назад разработчики совершили качественный скачок в развитии продукта и создали новый пользовательский интерфейс, построенный на стандартных функциях операционной системы Microsoft Windows, что значительно упростило доступ к имеющимся функциям пакета CAM350, а также сняло ограничения на наращивание его функциональности. Позднее в пакете была реализована новая технология анализа топологий Streams Rule Check, позволяющая значительно сократить время обработки топологий за счет выполнения проверок DRC, DFM и сравнения списков соединения в автоматическом режиме, что ранее было доступно только в мощных CAM-системах (см. рис. 2).
Рис. 2. Анализ топологии с помощью инструмента Streams Rule Check в системе CAM350
Завершая обзор автономных САМ-систем среднего уровня, нельзя не упомянуть фирму Регйа^іх (ранее Ьауепіг), которая знаменита тем, что ранее выпускала относительно дешевые, но производительные фотоплоттеры серии Pulsar. Позднее фирма сфокусировалась исключительно на разработке программного обеспечения и в настоящий момент предлагает пользователям линейку продуктов, самым мощным из которых является CAMmaster (www.pentalogix.com). К достоинствам продукта можно отнести очень развитую систему макросов, позволяющую записывать все выполняемые последовательности операций, модифицировать, группировать и сохранять их. Последующий запуск таких макросов позволяет добиться высокой степени автоматизации в обработке проектов с использованием стандартного набора DRC, DFM и DFF проверок. Добавим, что фирма предлагает пользователям одну из лучших бесплатных программ просмотра Gerber и NC Drill файлов ViewMate (см. рис. 3).
Рис. 3. Бесплатная программа просмотра Gerber файлов ViewMate компании Pentalogix
Из мощных решений по подготовке производства плат следует отметить продукцию альянса из трех компаний Orbotech (www.orbotech.com), Valor (www.valor.com) и Frontline PCB Solutions (www.frontline-pcb.com), каждая из которых предлагает собственный набор продуктов, интегрирующихся в стройную систему. Фирма Orbotech специализируется на поставке технологического оборудования для производства фотошаблонов, прямого экспонирования фольгированных материалов, а также систем оптической верификации панелей печатных плат. Две другие фирмы предлагают программное обеспечение, причем Frontline PCB Solutions специализируется исключительно на CAM-средствах (Genesis 2000, GenFlex, InPlan), а Valor предлагает решения для задач более широкого круга, например, подготовки и верификации монтажа, моделирования технологического цикла, планирования ресурсов (Enterprise 3000 (см. рис. 4), Trilogy 5000, vPlan, vShare, iMES).
Рис. 4. Оценка распределения меди на плате средствами пакета Valor Enterprise 3000
Пакеты Genesis 2000 и Enterprise 3000 очень похожи и являются одними из наиболее мощных CAM-сис-тем, ориентированных на аппаратные платформы, работающие под управлением операционной системы UNIX, что определяет ее относительно высокую стоимость. Пакеты имеют сходные и чрезвычайно мощные наборы функций DFM верификации, которые могут использоваться в автоматическом или полуавтоматическом режимах. Всего системы могут выполнить свыше 700 различных типов проверок проекта, а большинство выявленных нарушений исправить в автоматическом режиме согласно заранее сделанным установкам. Дополнительные удобства при проведении автоматизированных проверок предлагает функция Checklist, суть которой заключается в том, что оператор может в специальном редакторе Checklist Editor подготовить специальные последовательности процедур верификации с различными наборами параметров.
Тем не менее, пакеты имеют и принципиальные различия. Система Genesis 2000 ориентирована, прежде всего, на массовых производителей «пустых» печатных плат высокой сложности. Система Enterprise 3000 предлагает расширенный набор функций по взаимодействию с системами проектирования печатных плат, а также подготовки плат к сборке, и поэтому рекомендуется организациям, выполняющий полный цикл производства электронного оборудования от проектирования до изготовления и тестирования. Особый набор функций верификации с учетом требований сборки платы позволяет проверить правильность размещения крепежных отверстий и тестовых точек, выполнить контроль зазоров между установленными на плате компонентами с учетом габаритов монтажной оснастки. Более точная проверка заключается в моделировании процесса сборки платы, при котором производится извлечение графических данных об определенном компоненте из специальной библиотеки Valor Parts Library, в которой содержится однозначно точная и тщательно проверенная информация. Подобный механизм позволяет заранее исправить ошибки, связанные с неточностью библиотек корпусов компонентов, используемых системой проектирования.
Пакет Trilogy 5000 предназначен для предпроизводственной подготовки сборки, моделирования и оптимизации процесса сборки платы. При мелкосерийном производстве продукт позволяет оптимизировать набор фидеров подачи компонентов и последовательность их замены, чтобы несколько разных заказов обработать последовательно без неоправданных задержек на перенастройку. Пакет интегрируется с программой iMES (ранее TraceExpert), осуществляющей управление процессом сборки, мониторинг производства, и управление ресурсами. Продукт vShare обеспечивает качественный обмен данными между всеми производственными подразделениями, использующими пакеты Enterprise и Trilogy, а также текстовые и графические программы третьих фирм. Продукт имеет web-интерфейс, базируется на технологии SQL и имеет структуру «клиент-сервер». Следует отметить, что основным форматом данных в подобных системах является ODB++. Компания Valor разработала его специально для своих нужд и на своем сайте предлагает бесплатные средства просмотра.
Остается лишь добавить, что использование подобных мощных систем рентабельно только на крупных предприятиях с имеющейся развитой инфраструктурой взаимодействия подразделений и большими объемами производства. Во всех остальных случаях вполне достаточно нескольких рабочих мест систем среднего уровня.