Einführung in die Anwendungsgebiete
Regelmäßig muss der Hersteller die Umsetzung von Daten verantworten, die vom Designer ohne Rücksicht auf den tatsächlichen Produktionsprozess erstellt wurden. Produktionsgerechtes Design (DFF – Design for Fabrication) ist leider noch immer eine Seltenheit. Dabei liegt DFF durchaus nicht nur im Interesse des Leiterplatten-Herstellers, sondern ist gerade ein Anliegen des an Qualität und reibungsloser (also schneller) Produktion interessierten Designers. Schließlich behält er so die vollkommene Kontrolle über alle Eigenschaften des Boards und ist nicht gehalten, produktionsbedingte Eingriffe in seine Daten hinzunehmen. Detaillierte Rücksprachen über solche vom Leiterplatten-Hersteller vorgenommenen Änderungen entfallen, was viel Zeit und Energie spart und darüber hinaus neue Fehlerquellen ausschließt.Die Produktionsbedingungen von Gedruckten Schaltungen sind immer mehr geprägt von wachsenden Präzisionsanforderungen und großem Zeitdruck bei knapper Kosten-Nutzen-Kalkulation. Miniaturisierung und hohe Bauteildichte verstärken das Risiko, den Herstellungsprozess durch Ausschuss-Ware zu unterbrechen und Lieferungen zu verzögern, obwohl die Erfüllung von Aufträgen im 48- oder 24-Stunden-Takt fast zur alltäglichen Forderung geworden ist.
Ähnlich verhält es sich bei der Kostenkalkulation. In der Regel benötigt der Leiterplatten-Hersteller die kompletten Produktionsdaten eines abgeschlossenen Entwurfs, um ein Preisangebot vorlegen zu können. Auf dieses zu reagieren und bestimmte Grenzwerte der Kostenreduktion wegen zu berücksichtigen, verlangt eine Überarbeitung des Entwurfs durch den Designer, der die erneute Analyse der Produktionsdaten durch den Hersteller folgt. Einfacher, Zeit und Kosten sparender wäre die gezielte Kalkulationsanfrage durch den Designer, der die hierfür nötigen Daten selbst erzeugen müsste.
CAM350 ist ein Gerber-Daten orientiertes Tools, das sich gleichermaßen an Entwickler wie Hersteller von gedruckten Schaltungen wendet. Im Leistungsumfang ist CAM350 – je nach individuell möglicher Konfiguration – mit den großen, Unix-basierten CAM-Systemen durchaus vergleichbar, doch haben aufgrund des geringen Anschaffungspreises neben Leiterplattenherstellern nun eben auch Entwickler die Gelegenheit, sich der umfangreichen Konvertierungsmöglichkeiten, Editier- und vor allem Check-Funktionen zu bedienen.
Eingelesen und ausgegeben werden grafische Daten als Gerber RS-274 oder Gerber RS-274X, Fire 9xxx oder Barco DPF, wobei alle Formate einzeln konfiguriert werden können. Alle Blendentabellen, die in ASCII vorliegen, lassen sich importieren und auch ungebräuchliche Formate können automatisch verwaltet werden. DXF, HPGL und HPGL/2 werden ebenfalls unterstützt. Bohr- und Fräsdaten können als Excellon 2 oder Sieb&Meyer 1000 respektive 3000 importiert und exportiert werden; hier lassen sich Standards der Werkzeugbeschreibung, einzubindende Header-Files und feste Off-Sets (nur Excellon 2) festlegen.
Doch CAM350 entfaltet seine ganze Leistungsfähigkeit erst im Umgang mit intelligenten Daten. Designern stehen zur verlustfreien Anbindung ihrer CAD-Systeme eine Vielzahl von Interfaces zur Verfügung (P-CAD 2000, außerdem Mentor, GenCAD, PADS, PowerPCB, Zuken-Redac, TangoPRO, Accel EDA). Von besonderem Interesse ist das Interface für ODB++, das Leiterplatten-Herstellern mit dem preisgünstigen Zugang zu von Valor/Frontline verwalteten Daten neue Märkte erschließt. Darüber hinaus unterstützt CAM350 verschiedene Netzlisten-Formate (u.a. IPC-D-356(A)), sowie die externe Verwaltung von Bauteilen und selbst definierten Blenden.
Die Daten-Basis der einzelnen Projekte von CAM350 wird als ASCII-File abgelegt und steht so für andere frei programmierte Anwendungen zur Verfügung. Dass die grafischen Daten intern mit einer Genauigkeit von 2nm verwaltet werden, schließt Rundungsfehler bei der Umrechnung zwischen englischer und metrischer Einheit aus. So lässt sich beispielsweise in der Blendentabelle wie auch in der Werkzeugtabelle für Bohrer und Fräser bequem zwischen beiden Einheiten hin und her schalten.
Editieren und Optimieren
Die elementaren Funktionen der grafischen Datenverarbeitung wie Hinzufügen und Löschen, Verschieben und Kopieren, Rotieren und Spiegeln von Daten lassen sich in CAM350 dank detaillierter Selektionsmechanismen (Trennung von Draws, Flashes, Drills, Mills und Bauteilen, Filterung von Dcodes und Werkzeugnummern, Beschränkung auf Lagen und Fensterbereiche) besonders komfortabel nutzen. Unterschiedliche Darstellungsmodi, in x- und y-Richtung unabhängig definierbare Raster und verschiedene Snap-Funktionen erleichtern Orientierung und Navigation. Bequeme Abstandsmessung (Punkt zu Punkt, Objekt zu Objekt nud Netz zu Netz) und die Möglichkeit, vielfältige Listen zu generieren (Dcode- und Werkzeug-Verwendung, Bestückungslisten, Fehlerlisten, etc.), gehören ebenfalls zum Standard. Umfangreiche Polygon-Funktionen, mit denen Flächen fast beliebig schraffiert und mit Flashes von Dcodes – auch von Customs – gefüllt werden können, runden das Bild ab.
Die übersichtlicher gestaltete Blendentabelle stellt eine große Anzahl von Standard-Formen (u.a. Bullet, Butterfly, Diamont, Ellipse, Triangle, etc.) zur Verfügung, die in ihren Parametern inklusive Neigungswinkel bestimmt und im grafischen Kontrollfenster überprüft werden können. Diese Variabilität macht es oft überflüssig, im von CAM350 verwendeten CAP-Editor Customs selbst zu definieren und zu verwalten.
Interessant ist auch die Möglichkeit, in CAM350 die in einem Composite verbundenen Lagen auf eine neue Lage zu kopieren, ohne dass dabei die üblichen Editierweisen mit Flashes, Lines, etc. verloren gehen. Der Befehl “composite to layer” erfüllt diesen oft geäußerten Wunsch, während “convert composite” weiterhin ein Composite in eine aus Polygonen gebildete neue Lage überführt.
Doch CAM350 ist in höheren Ausbaustufen weit mehr als Datenkonverter und Gerber-Editor. Sie können mit dem System grafische Daten optimieren (Umwandlung gezeichneter Polygone in Raster-Polygone, Umwandlung gezeichneter Pads in geblitzte Pads, automatische Erzeugung von Customs aus gezeichneten Strukturen, Entfernen überdeckter Daten und redundanter Pads), im Re-Engineering intelligente Daten zurückgewinnen (Verbindung übereinanderliegender Pads in Padstacks, Erzeugung von Netzlisten, Definition und Verwaltung von Bauteilen) und schließlich können Sie die Daten auf die Produktion hin auszurichten. Hierfür stehen komfortable DRC/MRC-Checks und DFF-Funktionen zur Verfügung.
Leistungsstarke NC-Funktionen vereinfachen die Arbeit mit Bohr- und Fräsdaten. Texte bohren und NC-Daten optimieren (doppelte Bohrungen vermeiden oder umgekehrt Pilot-Holes setzen, Frässtege zum Herausbrechen der einzelnen Platten definieren) respektive von Fehlern bereinigen zu können (überlappende Bohrungen und Fräspfade korrigieren) dürfte vor allem den Hersteller von Leiterplatten interessieren. Doch Funktionen wie das Ausrichten von Bohrungen auf Pads, die durch Rundungsfehler beim Erstellen der Bohrdaten verschoben wurden und nun zu ungleichmäßig geformten Lötringen führen, wird auch der Designer dankbar nutzen. Die Erzeugung von Bohr- und Fräsdaten aus Gerber- oder Padstackdaten gestaltet sich dabei ebenso komfortabel wie die Verwaltung der NC-Werkzeuge in verschiedenen, wiederholt verwendbaren Tabellen und die Trennung von durchkontaktierten Bohrungen von nicht durchkontaktierten.
Die basic-orientierte Makro-Sprache erfüllt den verbreiteten Wunsch nach der Automatisierung wiederholter Arbeitsvorgänge. Makros zur halbautomatischen Vermaßung, zur Skalierung einzelner Lagen inklusive der verwendeten Dcodes oder zur automatischen Erzeugung einer grafischen Bohrtabelle gehören bereits zum Lieferumfang von CAM350. Individuelle Lösungen sind auch mit wenig Programmiererfahrung rasch erstellt – von der automatischen Einblendung von Datum, Kunden- und Auftragsnummer bis zu komplexen interaktiven Anwendungen mit eigener Menüführung.
Produktionsgerechtes Design (DFF)
Die eingangs beschriebene Forderung nach einem produktionsgerechten Design (DFF) unterstützt CAM350 mit einer Vielzahl von Checks und Funktionen. Der DRC (Design Rule Check) überprüft das Layout auf minimale Abstände von Tracks und Pads unter- und gegeneinander, auf minimale Lötring-Breiten und Abstände zwischen Bohrungen und Kupferflächen. Die hier angegebenen Mindestanforderungen können abgespeichert und in andere Layouts erneut eingelesen und verwendet werden. Mögliche Regelverletzungen lassen sich – auf Wunsch nach Art der Regelverletzung getrennt – grafisch anzeigen oder in einem Error-File speichern.
Unter DFF im eigentlichen Sinne fallen Check-Funktionen, die das Board auf solche Schwachstellen hin überprüfen, die aus der Sicht des Designers zwar keine Fehler darstellen, den Produktionsprozess jedoch empfindlich beeinträchtigen können. Hier Korrekturen vorzunehmen ist für den Leiterplatten-Hersteller eine unabdingbare Notwendigkeit, dem Designer ermöglicht es, die Auftragsabwicklung zu beschleunigen und sicherer zu gestalten. CAM350 kann u.a. folgende DFF-relevante Schwachstellen eines Layouts aufspüren und korrigieren:
- Ätzfallen (acid traps): Winkel, an denen das Ätzmittel bei Beenden des Ätzvorganges schlecht abfließen kann und mehr Material abträgt als gewünscht.
- Kupfer- und Maskensplitter (slivers): Sehr dünne Strukturen, die aufgrund geringer Haftfähigkeit sich vom Trägermaterial lösen und in den Bädern vagabundieren. So besteht die Gefahr, dass sie sich an anderen Stellen, vielleicht sogar von anderen Boards, wieder absetzen und so Fehler erzeugen.
- Lötbrücken (solder bridges): In Masken zu stark aufgeweitete Pads können in der Nähe verlaufende Leiterbahnen oder andere Kupferflächen fälschlicherweise ebenfalls freistellen. Beim Lötvorgang an so behandelten Pads können daher unbeabsichtigte Leiterverbindungen entstehen.
- Verkümmerte Wärmefallen (starved thermals): Durch Überlappungen kann es vorkommen, dass sich Wärmefallen nicht richtig ausbilden. Dadurch ist die geforderte niederohmige Anbindung nicht gewährleistet und die Funktion der Leiterplatte beeinträchtigt.
- Bauteile-Abstand: Manche Bauteile mögen im Entwurf dicht nebeneinander anzuordnen sein, doch Bestückungsautomaten fordern mitunter größere Abstände. Mit diesem Check lassen sich für alle verwendeten Bauteile individuelle Mindestabstände angeben, auch in Abhängigkeit vom jeweiligen Montagewinkel.
- Freistellen von Siebdruck: Lötstellen müssen von Bestückungsdruck freigestellt sein. CAM350 stellt dies mit “clear silkscreen” sicher und überprüfen fremde Daten im DFF-Check.
Eine Vielzahl von Parametern bestimmen die Produktionskosten, die für eine Leiterplatte veranschlagt werden müssen. Diese aus den Design-Daten zu extrahieren und dem Leiterplattenproduzenten zur Erstellung eines Angebots zukommen zu lassen, ist ein oft ein mühseliger und fehlerträchtiger Prozess. CAM350 unterstützt den Designer mit dem Quote Agent respektive dem MRC Agent (Manufacturing Rules Check) bei diesem Unternehmen. Auftraggeber- und –nehmerdaten, die technischen Eigenschaften des gewünschten Boards, Bohr- und Bestückungslisten, Kupferberechnungen, die Ergebnisse einzeln konfigurierter DRC- und DFF-Checks u.s.w. werden hier in einem übersichtlichen Report automatisch zusammengestellt. Die wiederholten Rahmendaten mit den individuellen Toleranzen der Checks können wiederum abgespeichert und wiederholt verwendet werden.
Die Kostenkalkulation wird so enorm erleichtert und kann in gewissem Rahmen bereits in den Entwurf mit einfließen.
Leistungsstarke Tools: Die Editoren
Um vielfältige Funktionalität mit Übersichtlichkeit und Bedienkomfort zu verbinden, ist CAM350 in mehrere Programmteile, sogenannte Editoren gegliedert. Zum CAM-Editor treten z.B. der CAP-Editor für die Gestaltung von selbstdefinierten Blenden (customs) und der Part-Editor zur Bauteil-Verwaltung.
Mit dem Panel Editor steht ein sehr effizientes Tool zur frei konfigurierbaren Nutzensetzung zur Verfügung. Hier können komfortabel Fangbohrungen, Beschriftungen, Fiducials usw. definiert, variabel platziert und in verschiedenen Designs immer wieder verwendet werden.
Andere Editoren ermöglichen schließlich die Erzeugung von Messpunkten für Fingertester, ihre Veränderung und ihren Export in den gebräuchlichen Formaten (ATG, Integri-Test, Probot, Probotech, IPC-D-356(A)). Ebenso können Nadelbett-Adapter angesteuert und durch die Kombination entsprechend erzeugter Bohrlagen gebaut werden.
Die vollständig modular aufgebaute Struktur von CAM350 erlaubt es dem Anwender, das System nach seinen Bedürfnissen individuell zu konfigurieren und verschiedene Optionen frei zusammenzustellen. Gegenüber den Einzelprodukten deutlich reduzierte Bundle-Preise erleichtern den Einstieg.