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PCB設(shè)計大講堂:自制印刷電路板第三篇-加入絲印并建立Gerber格式

發(fā)布時間 :2018-03-29 11:20 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責任編輯 :深圳宏力捷PCB設(shè)計部
在這三篇教學系列文章中,我們介紹了CadSoft的免費熱門軟件EAGLE印刷電路板設(shè)計套件的使用方式,透過設(shè)計基本的Arduino類AVR微控制器開發(fā)板(特別是Modern Device的保羅?巴德格設(shè)計的RBBB),我們將會慢慢抓到使用這個軟件的訣竅。在第一篇文章里,我們教導你如何繪制電路原理圖,并且使用EAGLE內(nèi)建的電路規(guī)則檢查(ERC)來確認原理圖的設(shè)計。第二篇文章則帶領(lǐng)你進行電路板上的布線、連結(jié)點的配置,并利用「設(shè)計規(guī)則檢查(Design Rule Check)」測試你的設(shè)計,第二篇文章的電路板設(shè)計圖將如下所示:
 第二篇文章則帶領(lǐng)你進行電路板上的布線、連結(jié)點的配置,并利用「設(shè)計規(guī)則檢查(Design Rule Check)」測試你的設(shè)計,第二篇文章的電路板設(shè)計圖將如下所示:
 
在這篇最后的教學文中,我們將教你如何加入絲印層(silkscreen layer)和建立最后會被稱為Gerber格式的CAM文件(Computer-aided manufacturing files,電腦輔助制造文件),它們將符合送去印刷電路板廠進行制造的需求。
 
1. 建立絲印層
假如你沒有改變?nèi)魏蔚脑O(shè)定,那么會有四個圖層「Dimension」、「tPlace」、「tNames」、「tValues」將直接被包含在絲印層里。為了一窺絲印層的樣貌,你需要在「圖層選單(Layers menu)」中取消除了上述四個圖層以外的所有圖層,并另外多選一個「tOrigins」圖層,這樣你就可以開始在這個部份進行操作了。
 為了一窺絲印層的樣貌,你需要在「圖層選單(Layers menu)」中取消除了上述四個圖層以外的所有圖層,并另外多選一個「tOrigins」圖層,這樣你就可以開始在這個部份進行操作了。
 
1.1.如果你尚未使用「分離工具(Smash Tool)」將所有的名稱和量值標簽從各自對應(yīng)的元件上分離,你將會發(fā)現(xiàn)你無法從元件上獨立地移動一個尚未進行分離的標簽(如左下圖所示),但是對于已經(jīng)執(zhí)行過分離的元件(如右下圖所示)來說,它們的標簽都可以獨立地操作。
 如果你尚未使用「分離工具(Smash Tool)」將所有的名稱和量值標簽從各自對應(yīng)的元件上分離,你將會發(fā)現(xiàn)你無法從元件上獨立地移動一個尚未進行分離的標簽(如左下圖所示),但是對于已經(jīng)執(zhí)行過分離的元件(如右下圖所示)來說,它們的標簽都可以獨立地操作。
 
1.2.將名稱和量值標簽移動并調(diào)整大小到你想要的地方,如果不需要它們的話,你也可以使用「刪除工具(Delete Tool)」刪除這些標簽。
 將名稱和量值標簽移動并調(diào)整大小到你想要的地方,如果不需要它們的話,你也可以使用「刪除工具(Delete Tool)」刪除這些標簽。
 
注:如果你想要讓那些已經(jīng)被刪掉的分離名稱或量值標簽恢復(fù)原狀,只要選擇「顯示物件內(nèi)容(Show object properties)工具」點擊原本的元件,清除分離清單(Smashed checkbox)里面的內(nèi)容就可以了。
 
1.3.當你在幫元件進行標簽時,記得這是一個人性化的操作界面。思考一下這個電路板套件是否需要明確且符合邏輯的標簽?還是它只是個不需要獨立標簽的測試板?如果有元件的定位非常重要,那么請確保它的標示明確,且當元件安置完成后不會擋住指示符。
 
1.4.除了名稱和量值之外,你也可以使用圖形基元(graphics primitive)來畫一些線條和圖形,或者文字工具來增加額外的文字。不過在EAGLE的文字工具里,你的字型會受制于以下三種選擇。
 除了名稱和量值之外,你也可以使用圖形基元(graphics primitive)來畫一些線條和圖形,或者文字工具來增加額外的文字。不過在EAGLE的文字工具里,你的字型會受制于以下三種選擇。
 
注:在電路板上置入文字的時候,你需要將一些常用的準則放在心上。印刷電路板制造商會使用不同解析度的網(wǎng)格來進行絲印,一般來說,它們對絲印的精細度只求夠用,所以假如你的電路板設(shè)計上有一些特別精細的線條,那要將它們復(fù)制到板子上是有些困難的;一般的經(jīng)驗法則是,文字的最小尺寸應(yīng)在32密耳(mil)左右,而字形中最細的線寬則大約是5密耳。為了達到這個目標,你需要放大文字中最細的部分,并調(diào)整比例到適當?shù)臋?quán)重,通常對于32密耳的大小來說,使用15%的線寬比是一個最小值的參考方向。
 
如果你想要完整掌握絲印出來的圖像(舉例來說,把你的商標放在電路板上),那你可以繪制一個點陣圖,并利用UDL script將圖像匯入EAGLE,我們會在下一節(jié)告訴你怎么進行。
 
2.  自制絲印用點陣圖
首先,你需要取得電路板設(shè)計圖的PNG圖檔,才能在上面進行繪制。這件事做起來比用說的難上許多,而其中一種方法如下所示(我們會先假設(shè)你正在使用Inkscape向量繪圖工具)。這里面最重要的一個部分是,你取得的PNG圖檔要跟EAGLE中的尺寸相同:
 
    1.指定選取Pads、Vias、Dimension、tPlace四個圖層。
    2.選擇「檔案(File)」→「匯出(Export)」→「影像(Image)」。
    3.在解析度的地方填入每英吋920pixels,Inkscape的內(nèi)建設(shè)定是以解析度92dpi的標準匯入影像(我并不是很確定為什么不是解析度72dpi),我們打算將它的大小縮小到原本的10%,以得到一個漂亮清晰的圖像。
    4.打開向量繪圖軟件(這里的情況是打開Inkscape),并匯入電路板的PNG圖檔
    5.在Inkscape中,選擇「對象(Object)」→「轉(zhuǎn)變(Transform)」→「大?。⊿cale)」,并將匯入的PNG圖檔縮小至原始的10%。
 首先,你需要取得電路板設(shè)計圖的PNG圖檔,才能在上面進行繪制。這件事做起來比用說的難上許多,而其中一種方法如下所示(我們會先假設(shè)你正在使用Inkscape向量繪圖工具)。
 
2.1.既然你有一個以電路板為背景的清晰影像了,使用向量工具將要絲印的圖像畫在上面吧,下面有一個例子。
 既然你有一個以電路板為背景的清晰影像了,使用向量工具將要絲印的圖像畫在上面吧,下面有一個例子。
 
注:這個例子里的文字標簽對我來說是有一點太小了,即便它們的輪廓夠清晰到足以拿來印制。在設(shè)計上,有太多的例子沒有考慮到容納清晰好讀的文字所需要的空間,但是這個設(shè)計試圖在兩個因素中找到一個平衡點:平分地安裝電路板在面包板的中央凹槽上,并且提供足夠的空間給文字標簽。然而,使用表面黏著元件設(shè)計(Surface mount components)的電路板就小巧簡潔許多了,它們可以容許更多出色的標簽。
 
2.2.在Inkscape中,指定選取黑色向量物件(不是原始電路板的PNG圖檔),然后選擇匯出高解析度的PNG圖檔(我使用的解析度是1200dpi)。
 在Inkscape中,指定選取黑色向量物件(不是原始電路板的PNG圖檔),然后選擇匯出高解析度的PNG圖檔(我使用的解析度是1200dpi)。
 
2.3.下一步,將PNG檔轉(zhuǎn)成黑白的BMP圖檔。如果你是在Inkscape里面匯出,你會需要先合併圖像并除去它的透明背景。而在GIMP等點陣圖編輯軟件里,你需要打開檔案,并照下面步驟操作。
選擇「圖像(Image)」→「合併圖像(Flatten Image)」
選擇「圖像(Image)」→「模式(Mode)」→「索引(Indexed)」→「使用黑白(單位元)套色(Use black & white(1-bit)palette)」
選擇「檔案(File)」→「匯出(Export)」→「微軟BMP圖檔(Windows BMP image)」
 
2.4.下一步,回到EAGLE,打開匯入點陣圖到你的電路板設(shè)計圖上的ULP script,選擇「檔案(File)」→「執(zhí)行(Run)」→「匯入-bmp.ulp」。
 下一步,回到EAGLE,打開匯入點陣圖到你的電路板設(shè)計圖上的ULP script,選擇「檔案(File)」→「執(zhí)行(Run)」→「匯入-bmp.ulp」。
 
指定你想要匯入的顏色(在此為黑色),選擇格式為DPI并在「每英寸的光點數(shù)(Dots Per Inch)」類別下鍵入1200,使用內(nèi)建設(shè)定的圖層200,雖然你可以匯入點陣圖到任何你想要的圖層,即使是最上層和最下層的銅線端或是遮罩終止層(Stop mask layer)。
 指定你想要匯入的顏色(在此為黑色),選擇格式為DPI并在「每英寸的光點數(shù)(Dots Per Inch)」類別下鍵入1200,使用內(nèi)建設(shè)定的圖層200,雖然你可以匯入點陣圖到任何你想要的圖層,即使是最上層和最下層的銅線端或是遮罩終止層(Stop mask layer)。
 
2.5. ULP script會將點陣圖匯入到你指定的圖層上,并會將圖像轉(zhuǎn)譯成上百條水平的直線,你無法直接編輯它們,所以你必須以群組的方式移動所有的直線,會有一點麻煩,但是這邊將會敎你如何移動整個絲印的圖像:
    1.在「圖層選單(Layer menu)」中指定選取「200 bmp」這個圖層。
    2.使用「選擇工具(Selection tool)」來選取整個圖像。
    3.選擇「移動工具(Move tool)」。
    4.對圖像上其中一條直線點擊右鍵,并選擇「群組移動(Move Group)」。
    5.將其他圖層安排回現(xiàn)在所選的圖層上。
注:使用ULP script會改變你的柵格設(shè)定,所以你必須確保將它設(shè)定回正常的值。
 
在下一節(jié)你開始建立最后的Gerber格式時,請確保你已經(jīng)指定圖層200為CAM文件的絲印層。
 
3.建立Gerber格式
交給印刷電路板制造商的檔案應(yīng)為Gerber格式,這是給印刷電路板制造商的標準CAM文件格式,Gerber格式是經(jīng)由檔案選單(File mebu)中的「CAM處理器(CAM processor )」建立的,你也會需要建立一個Excellon格式的drill CAM文件,你會需要至少以下所示的Gerber格式,它們不是被指名為「元件端(Component-side,上層)」就是「銅線端(Copper-side,下層)」:
圖層           副檔名
Component-side copper  .cmp
Excellon Drill CAM file    .drd
Component-side silkscreen  .plc
Solder-side copper      .sol
Component-side stop mask  .stc
Solder-side Stop mask     .sts
注:有很多服務(wù)是允許絲印在電路板的上下兩層,為了把絲印的設(shè)計加在下面那層,你會需要建立一個Gerber格式的CAM檔,其副檔名為「pls」。
 
3.1.為了建立CAM文件,你需要打開檔案選單中的「CAM處理器」,要注意的是,這個工具不管是在原理圖或是電路板界面對于處理的內(nèi)容都是非常敏感的,所以請確?,F(xiàn)在是在電路板的界面中。打開「excellon.cam」的工作項目并建立drill文件(副檔名為「.dri」和「.drd」),之后你只會用到「.drd」的文件檔;「.dri」的文件只是解釋用資料(所謂后設(shè)資料)而已。
 打開「excellon.cam」的工作項目并建立drill文件(副檔名為「.dri」和「.drd」),之后你只會用到「.drd」的文件檔;「.dri」的文件只是解釋用資料(所謂后設(shè)資料)而已。
 
3.2.下一步,打開「gerb274x.cam」工作項目并建立Gerber格式,在這邊你唯一需要再次確認的部份是絲印標簽列;假如你有匯入點陣圖圖層(抑或是有某個圖層是你不想要它們出現(xiàn)在絲印上的),請再次確認標簽列下面被指定的圖層都是正確無誤的。
 假如你有匯入點陣圖圖層(抑或是有某個圖層是你不想要它們出現(xiàn)在絲印上的),請再次確認標簽列下面被指定的圖層都是正確無誤的。
 
3.3.為了預(yù)覽你的Gerber格式,你會需要一個瀏覽工具。如果你是使用Unix型的作業(yè)系統(tǒng),那Gerbv是一個很不錯的開放原始碼軟件選項,或者你也可以使用Windows作業(yè)系統(tǒng)上的ViewMate。假如是你是在Mac上使用Gerbv,那在程式的安裝和執(zhí)行上會有一點麻煩,你會需要利用像是MacPorts等套件管理器來進行安裝。預(yù)覽Gerber格式中最簡單的方式是使用來自Circuit People的免費線上工具。
 預(yù)覽Gerber格式中最簡單的方式是使用來自Circuit People的免費線上工具。
 
3.4.將圖層匯入你的Gerber預(yù)覽工具內(nèi)(下圖為Gerbv),我通常會從上到下重新排列它們的順序,好讓我比較好校對:
.drd
.plc
.stc
.cmp
.sts
.sol
 將圖層匯入你的Gerber預(yù)覽工具內(nèi)(下圖為Gerbv),我通常會從上到下重新排列它們的順序,好讓我比較好校對:
將各圖層分別開啟來做檢測。假如你有稍微改變你的設(shè)計,請重新執(zhí)行CAM處理器。
 
注:如果你有移動某個部份,記得也要重新進行Excellon drill的工作建立,否則孔洞無法符合你板子上的位子!
 
3.5.將這些檔案統(tǒng)整在一起之后寄送出去。對于小批量生產(chǎn)需求來說,深圳宏力捷它們的界面設(shè)計得非常好、服務(wù)迅速且品質(zhì)穩(wěn)定,而且是免運費的服務(wù)。你的電路板會和其他數(shù)十片電路板排列在一起同時生產(chǎn),并在制造完成時漆上獨特的紫色防焊膜(Solder mask)。假如你的電路板需求高于十來片,那可能找其他的服務(wù)商來生產(chǎn)會比較經(jīng)濟實惠。
 
注:深圳宏力捷和一些其他的印刷電路板服務(wù)商會要求一個并非由內(nèi)建工作項目「gerb274x.cam」建立的額外Gerber格式。你會需要增加一個「電路板概要」的區(qū)塊來描述電路板的形貌,在「CAM處理器」中開啟工作項目,選擇「新增(Add)」,并限定選擇「Dimension」這個圖層,將檔案名稱改成「%N.gko」就可以了。
 
如果你有什么建議想要提供給我們,或是一些可以讓這篇文章更好的方法,麻煩請來信告訴我們,祝大家布線愉快!



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