cad-cam数据转换的新趋势

当今电子制造业的飞速发展，新技术、新工艺、新器件、新材料层出不穷，SMT(表面安装 技术)成为电子制造业的主流，从设计到制造自动化的要求更加强烈，发展产生并逐步应用 了一些新的思想，如 DFX(面向制造的设计 DFM、面向装配的设计 DFA、面向测试的设计 DFT 等)。CAD 系统产生的一些文件可以直接用于电子产品制造，是电子行业实现 CAD 到 CAM 自动化的核心，起关键的桥梁作用，电子制造业掌握及应用好该类数据文件，是我们 实现电子制造业设计制造自动化的关键之一。 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， 最典型的就是 Gerber 文件，其主要用途就是 PCB 版图绘制(光绘) ，最终由 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，日益被各先进国家及厂商所重视， CAM 文件格式的改进工作都有相应的进展并已经有所应用，国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，最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、最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。其最终是使 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。 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，其思想最适应 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，最终形成设备驱动程 序、检测程序等。模具的铺层 玻璃钢模具的制造条件 /zyzs/328.html 低碳生活从房子做起夏季警惕室内生物污染 /zyzs/369.html 选床罩先选好颜色水果香味清除装修异味 /zyzs/327.html 竹地板的日常保养方法地板起泡急救方法 /snsj/238.html cad 的叠放次序问题？关于控规和分区规划的绿地问题 /cadjc/817.html 挤压铸造工艺与装备的应用现状 /zyzs/344.html 什么叫压铸压铸应用范围 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)美国国家标准局 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靠标准，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，国际标准化组织)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。其最终目的 是取代所有现存的国际 CAD/CAM 数据交换标准。 VHDL VHSIC Hardware Description