Archives

Bár a Gerber fájlok generálása után elvileg nincsen akadálya a NYÁK gyártásnak, nem árt, ha minden kétséget kizáróan meggyőződünk arról, hogy a konvertálás tényleg úgy sikerült, ahogy azt szerettük volna. A következőkben az ingyenesen letölthető Gerbv 2.6.1 program használatát mutatom be, amellyel egyszerűen ellenőrizhetjük a generált Gerber fájlokat.

Gerbv letöltése

SO8-DIP8 adapter Gerber fájlainak letöltése a program megismeréséhez

1. lépés

Válasszuk ki a File\Open layer(s)… menüpontot!

 2. lépés

Keressük meg a megnyitni kívánt Gerber fájlokat. A CTRL billentyű folyamatos lenyomása mellett az egérrel egyszerre több réteget is kiválaszthatunk. Nyissuk meg a kijelölteket! A fájlnevek nem tartalmazhatnak ékezeteteket és egyéb egzotikus karaktereket!

3. lépés

A jobb oldali Layers ablakban tetszés szerint tehetjük láthatóvá vagy láthatatlanná az egyes rétegeket a kis pipák segítségével. Nagyítani az egérgörgő használatával tudunk, a rajzolatot pozicionálni pedig annak folyamatos lenyomása melletti mozgatással. Ha a furatok szétcsúsznának, a körvonalon kívül jelennének meg, akkor kattintson ide a megoldásért.

4. lépés

Válasszunk ki egy vagy több réteget a Layers ablakban a pipák segítségével attól függően, hogy mely rétegeken szeretnénk ellenőrzést végezni. Mi most az alkatrész oldalt és a furatokat választottuk ki.

 5. lépés

A Measure distances on the screen ikon kiválasztásával (jobb szélső ikon) lehetőségünk nyílik méreteket ellenőrizni a rajzolaton. Az egérmutatóval álljunk egy tetszőleges helyre a rajzolaton, majd a bal egérgomb lenyomása után húzzuk az egeret egy másik pontba, és engedjük fel a bal egérgombot. A mérni kívánt távolságot fehér vonal jelzi, és az ablak alján a Measured distance felirat után megjelenik a mérés eredménye mil mértékegységben. Amennyiben mm-ben kívánjuk a mérést elvégezni, úgy a szoftvert a View\Units menüpontban átállíthatjuk.

Ha az egyes rétegek között nincsenek elcsúszások, és az általunk vélt kritikus méretek (távolságok) is rendben vannak, akkor a megrendelés leadása után egészen biztosak lehetünk abban, hogy azt kapjuk kézhez, amit megterveztünk!

Miért érdemes még a Gerber generálás után is ellenőrizni a fájlokat?

Elvileg a Gerber fájloknak pontosan azt kellene tartalmazniuk, amit megterveztünk. Az egyik konverziós hiba szokott lenni, hogy a feliratok nem a megtervezett módon jelennek meg a Gerberben. Az alábbi ábrák azt mutatják, hogy az Eagle-ben készített feliratot a Gerber exportálás után miként alakítja vektoros felirattá a CAM feldolgozó. A konverzió miatt a felirat mérete és pozíciója is megváltozik, így előfordulhat, hogy a felirat kilóg majd a NYÁK tervből, holott a tervezéskor gondosan beállítottuk a méreteket és a pozíciót. Emiatt érdemes már alapértelmezésben vektoros betűtípussal dolgozni (ez az Eagle-ben is kiválasztható), így azt látjuk majd a tervezéskor, ami a Gerber fájlba is kerül.

A felirat kinézete Eagle-ben a tervezéskor.                           A felirat megváltozott a Gerber exportálás után.

Ne feledjük: a NYÁK gyártás mindig a leadott Gerber fájlok alapján történik, és azok jóváhagyása után módosítást már nem tudunk elfogani (pl.: kimaradt néhány furat, a feliratban helyesírási hiba van, egy helyen a vezetőszélesség véletlenül túl kicsi lett, stb.), ezért minden esetben gondosan le kell ellenőrizni a terveket!

Ma már a nyomtatott áramkörök jelentős része kontúrmart kivitelű. A lemezollós vagy egyéb vágással történő kontúrkialakítás csak akkor használható, ha az összes élnek egyenesnek kell lennie, és nem támasztunk különösebb elvárásokat a vágás igényességét illetően. Mi kizárólag kontúrmart NYÁK-okat gyártunk és forgalmazunk, tehát érdemes kihasználni az ebben rejlő lehetőségeket villamos, mechanikai vagy akár csak esztétikai szempontból is.

A kontúr marással történő kialakítása nem mindenki számára olyan egyértelmű, mint például a huzalozás megtervezése. Sokszor nem világos, hogy milyen kontúrt tevezhetünk és milyet nem. Emiatt fontosnak tartom ismertetni a legfontosabb paramétereket és kritériumokat az eljárással kapcsolatban.

A cikk címe utal arra, hogy a marást nem csak a kontúr mentén végezhetjük el, hanem NYÁK kontúrján belül is. Ennek akkor van szerepe, ha valamilyen különleges alakzatban kell az anyagot eltávolítani, például egy illesztés miatt, vagy egy bizonyos alkatrész csak úgy ültethető be, ha a megfelelő helyen (alatta, mellette, stb.) nincsen anyag. Tehát a marás tulajdonképpen mindegy, hogy a kontúr mentén vagy a nyomtatott áramkör kontúrján belül történik, ugyanazok a szabályok vonatkoznak mindkét esetre, a marás alakja pedig – a lejjebb olvasható megkötések mellett – szinte tetszőleges lehet.

A fenti animációt a NYÁK gyártás marási folyamatának szemléltetésére készítettem, a megmunkálás lépései jól láthatóak. A kimart alakzatok megtervezését a következőkben az Eagle szoftver használatával mutatom be, de ettől függetlenül az elv bármilyen tervezőszoftverben használható.

A kontúrmarás tervezése

A demonstráció kedvéért egy egészen egyszerű szilárdtest relé kapcsolást terveztem a MOC3041 típusú triak kimenetű optocsatoló adatlapja alapján. Ennek apropóját az adta, hogy az optocsatolóval történő galvanikus leválasztáskor gyakran használunk marást az optocsatolók alatt, hogy az áramkör két oldala közötti szivárgóáramot csökkentsük, amely az esetlegesen nagy potenciálkülönbség miatt jönne létre. Nagyon leegyszerűsítve pedig azt mondhatjuk, hogy ahol “nincs anyag” (csak levegő), ott szivárgóáram sincs.

A kapcsolás és a NYÁK huzalozásának megtervezése után az alábbi kép szerint nézett ki a terv. A kontúr jelenleg csak egy téglalap alak. A  vonal,  körív és  kör rajzolásával ezt a kontúrt tetszőlegesen átrajzolhatjuk, a szükségtelen részeit pedig az  “Elem törlése” ikon segítségével eltávolíthatjuk. Lássuk, hogyan!

1. lépés

A rácspontokat ( Grid) 0,5mm-re állítottam a rajzolás megkönnyítése érdekében.

2. lépés

Most készítsünk egy 1,5mm sugarú lekerekítést a bal alsó sarokba  körív rajzolással! Ügyeljünk arra, hogy a rétegek közül a 20 Dimension legyen kiválasztva (  ikon mellett jobbra), azaz a kontúr rétegben rajzoljunk, és a vonalszélesség 0mm legyen. (Az újabb Eagle 9.x verziókban a 0mm-es vonalszélességet sajnos nem exportálja ki a szükséges Gerber fájlokba, ezért ott valamilyen 0-tól eltérő, minimális szélességet állítsunk be.)

3. lépés

Töröljük ki a felesleges sarkot a kontúrból: az  Elem törlése ikon kiválasztása után kattintsunk az eltávolítani kívánt részekre!

4. lépés

Rajzoljunk egy 3mm széles beugró részt az alábbi kép szerint, ahova egy M3-as csavar beilleszthető rögzítőelemként. Használjuk a  körív és az  Elem törlése funkciót!

5. lépés

Ismételjük meg a műveletet minden sarokban!

Ha a kontúron kívül további marást nem szeretnénk kérni, akkor ezen a ponton véget is érhet a tervezés, a Gerber fájlok exportálása megkezdődhet. Erről bővebben itt írtunk.

Marás NYÁK-on belül

Ahogy a cikk elején írtam, a NYÁK gyártás során marást NYÁK-on belül is kérhetünk, amelyet ugyanúgy rajzolhatunk a 20 Dimension rétegbe, vagy válszthatjuk a 46 Milling réteget is ( ikon mellett jobbra). A különbség ilyenkor mindössze annyi, hogy ez utóbbi esetben az Eagle ezt más színnel jelzi. Ezután az igényeinknek és a technológiai korlátoknak megfelelő alakzatokat berajzolhatjuk. Ez jelen példában így néz ki:

A Gerber exportnál a .MILLING kiterjesztésű fájlba a 20 Dimension és a 46 Milling rétegeknek kell bekerülniük. A többi réteg is tartalmazhatja 20 Dimension és a 46 Milling rétegeket, különösebb jelentősége ennek nincsen, mert a gyártás előkészítésekor ezeket eltávolítjuk.

A kontúrt (20 Dimension) nem szükséges minden Gerber fájlba kiexportálni, ugyanis ha a rétegek egymástól elcsúszva jelennének meg, általában számos más módszerrel a helyükre tudjuk igazítani őket.

Természetesen a marás tervezéskor nem feltétlenül szükséges a 20 Dimension és a 46 Milling rétegekben dolgozni (bár célszerű arra használni az egyes rétegeket, amire kitalálták őket), a lényeges szempont, hogy a marni kívánt rétegek mindig a .MILLING kiterjesztésű Gerber fájlba kerüljenek.

A marás végeredményét az alábbi kép mutatja.

A marás korlátai

Érdemes tisztázni, hogy a megmunkálás – a fúráshoz hasonlóan – egy olyan marószerszámmal történik, amelynek átmérője nagyobb, mint 0mm. Ez azért fontos, mert a maróátmérő szabja meg majd azt a minimális rádiuszt a sarkokban, amellyel tervezhetünk. Vagyis az olyan helyeken, ahol a szomszédos élek 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással, egész biztosan keletkezik a sarokban egy rádiusz (lekerekítés).

Megjegyezendő továbbá, hogy a NYÁK terven – a marószerszám átmérőjétől teljesen függetlenül – mindig a készméreteket kell megrajzolni. Ha például egy 20mm készátmérőjű kört szeretnénk marni, akkor annak a rajzon is 20mm-es átmérőjűnek kell lennie. (A szükséges rádiuszkompenzációt a marógép szoftvere végzi el, és az alapján generálja a tényleges szerszámpályát.). Teljesen mindegy hogy milyen szélességű vonallal rajzolja meg a kontúrt, mert a kontúrvonal középvonalát fogjuk a kontúrként értelmezni.

Esetünkben a minimális rádiusz 1mm, azaz legalább 2mm átmérőjű maróval végezzük a megmunkálást, ami azt is jelenti, hogy két párhuzamos oldal között legalább 2mm távolságnak kell lennie, hogy “beférjen” a maró.

Az alábbi ábra szemlélteti, hogy mely részei munkálhatóak meg a kontúrnak a rajz szerint a NYÁK gyártás során.

Előfordulhat olyan eset, hogy a NYÁK-on belüli marási rajzolat egyáltalán nem tartalmaz lekerekítéseket, például téglalap alakú. Ebben az esetben a sarkokban a gyártás során keletkezik majd egy-egy minimum 1mm-es lekerekítés, mert oda a szerszám egyszerűen nem fér be. Így a NYÁK tervben nem lekerekített belső sarkok rádiuszát az fogja megszabni, hogy éppen milyen átmérőjű szerszám van használatban, ugyanis a marás azzal történik majd.

Ebből következik, hogy a marás technológiája miatt teljesen sarkos, lekerekítés nélküli alakzatok nem marhatóak, ha 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással a marni kívánt élek.

Fontos továbbá, hogy a kontúrnak vagy a belső marásoknak kivétel nélkül egy-egy folytonos vonalnak kell lenniük. A kontúrból vagy belső marásokból elágazó rajzolatrészekre nem tudunk egyértelmű szerszámpályát generálni, ezért ezeket figyelmen kívül hagyjuk. Az alábbi ábrán a kontúrból kiálló kis rajzolatrészen (sárgán karikázva) nem fog a marószerszám végigmenni!

 A fentiektől függetlenül a lekerekítés nélküli vagy elágazó kontúrral rendelkező rajzokat is elfogadjuk a NYÁK gyártás alapjaként, de ebben az esetben a terv és a valóság között az imént említett különbség fog jelentkezni, amiért felelősséget vállalni nem tudunk. Ezért javasoljuk mindenkinek, hogy a vázolt korlátokat figyelembe véve tervezzen, így kézhez vételkor nem éri majd meglepetés.

Forrszemek és réz a NYÁK szélén a kontúrvonalon

Esetenként előfordul, hogy arra van igény, hogy a rézfólia a NYÁK széléig kiérjen, vagy olyan (akár galvanizált vagy nem galvanizált) furatok vannak a NYÁK tervben, amelyek félig kilógnak a kontúrból. Ezek azért speciális esetek, mert a réznek és az üvegszálas FR4 hordozónak eltérőek az ideális forgácsolási paraméterei. A réz puha, az üvegszál pedig erősen abrazív (koptató) tulajdonságú anyag. Az FR4-et jelen pillanatban a  leggazdaságosabban gyémántbevonatos maróval tudjuk kontúrmarni, mivel a bevonat miatt az élettartama többszöröse egy bevonat nélküli keményfém vagy gyorsacél marónak. A gyémántbevonatos szerszámok azonban nem olyan élesek, mint a bevonat nélküli marók – ez a szerszámgyártás technológiája miatt van így. Ez azt okozza, hogy ezek a marók bár rendkívül jól teljesítenek az FR4 marásakor, a réznél viszont katasztrófális a végeredmény. A rezet felgyűrik, miközben az FR4-ben gyönyörűen haladnak.

Ha mindenképpen arra van szükség, hogy a réz kiérjen a NYÁK széléig, vagy kontúrmaráskor a maró galvanizált furatokat vagy forrszemeken fog keresztül menni, ott nem használhatunk CVD bevonatos marót, csak hagyományos keményfémet. Ezek élettartama azonban rövidebb, így ez drágítani fogja a gyártást. Tehát a félig elmart furatokat vagy a NYÁK széléig kiérő rezet csak akkor javasoljuk, ha erre feltétlenül szükség van, és ebben az esetben egyedileg adunk árajánlatot a gyártásra.

A tervezés során szükséges lehet arra figyelünk, hogy az egyes alkatrészeket egymáshoz képest hogyan helyezzük el, vagy arra, hogy a dobozolását megkönnyítő furatokat helyezzünk el a panelon, bonyolultabb esetben pedig például arra, hogy az áramkörben előforduló vezetők elegendő keresztmetszettel rendelkezzenek, hogy elkerüljük a nagy áramok okozta túlmelegedést. De akár komoly mérnöki munkát végzünk vagy csak hobbiból tervezzük a következő audió erősítőnk NYÁK-ját, vajon tudjuk-e, hogy pontosan hogyan is épül fel a nyomtatott áramkör, és milyen lehetőségek állnak rendelkezésre a tervezés és kivitelezés során? A következőkben az áruházunkból megrendelhető SO8-DIP8 adapterünk 3D modeljén mutatjuk be a kétoldalas NYÁK rétegeit, anyagait, alapvető méreteit, tulajdonságait.

A hordozó anyag (középső réteg) – a speciális esetektől eltekintve, mint pl. az alumínium alapú NYÁK-ok – általában valamilyen szövet vagy üvegszál rétegekből áll, amelyeket hőre keményedő gyantával ragasztanak össze, majd melegen préselik.

A végleges vastagság függ a rétegek számától, a szövésmintától, a gyanta tartalomtól és a préselés paramétereitől. Az általános esetben használt nyomtatott áramkörök hordozói 1,5mm vastagságúak, és 13 szövetrétegből állnak. Attól függően, hogy milyen anyagok alkotják a hordozót, különböző típusok léteznek, melyek FR, CEM vagy G jelöléssel kezdődnek. A ma leggyakrabban használt alapanyag az FR-4 típus, amely közismertebb nevén az ”üvegszálas NYÁK”.

Érdemes megjegyezni, hogy más típusok anyagai is tartalmaznak üvegszálat és epoxigyantát, de eltérő arányban, így azok villamos (pl. dielektromos állandó) és mechanikai tulajdonságaikban is különböznek az FR-4 anyagtól.

A NYÁK gyártás kezdetekor a hordozó anyag egyik vagy mindkét oldalát összefüggő vörösréz réteg borítja, melynek vastagsága általános esetben 35µm (0,035mm), de találkozhatunk ettől vékonyabb (17,5µm) vagy vastagabb (70µm, 105µm – ezek az úgynevezett ”heavy copper” opciók) kivitellel is.

A rézfólia vastagsága főleg akkor válik fontos paraméterré, ha az adott vezetőrészt nem jeltovábbításra, hanem teljesítmény átvitelre vagy szokatlanul magas hőmérsékleten (100°C felett) kívánjuk használni. A vezetősávok szélességének méretezéséről itt írunk bővebben.

A NYÁK gyártás a fúrással, illetve azon részek (pl. hosszlyukak, egyéb alakzatok) marásával kezdődik, amelyeket galvanizálni kell majd.

Ha kétoldalas NYÁK készül, akkor a következő lépés a furatok galvanizálása. Az eljárás során a furatok felületére egy rézréteg kerül, amely segítségével villamos összeköttetések létesíthetők a panel két oldala között. Ha egy ilyen galvanizált furatot kimondottan a két oldal közötti villamos összeköttetés létesítésére használunk, akkor ezeket “via“-knak hívjuk.

A rézgalvanizálás után egy fotoreziszt réteg kerül a rézfelületekre, amely a végleges rajzolatok negatívja.

Ezután a szabadon levő rézfelületekre (beleértve a galvanizált furatokat is) ónt galvanizálunk. A fotoreziszt réteg eltávolítása után kémiai úton, lúgos maratással alakítjuk ki a két oldalon a végleges rajzolatot. A lúgos maratásra azért van szükség, mert a galvánón ellenáll a lúgnak, és azokon a felületeken, ahol ón van, a lúg nem marja le a rezet. Tehát az ón egyfajta védőbevonatként viselkedik.

Ezt az ónréteget savas maratással eltávolítjuk, különben a NYÁK nem lesz alkalmas szelektív felületkezelési eljárások használatára.

Amennyiben szükséges, a kimart rajzolatot ezután bevonatolják arannyal vagy ezüsttel, de ez a lépés általában a forrasztásgátló lakkréteg felvitele után történik (szelektív aranyozás, ezüstözés).

Ezek szerepe a korrózióvédelem, az ólommentes bevonat megvalósítása, vagy a villamos ellenállás csökkentése. Vastagságuk a rézfóliával szemben már csak 1-2µm szokott lenni. Általános tévhit még a szakmabeliek körében is, hogy a legjobb vezető az arany (Au), őt követi az ezüst (Ag), majd a réz (Cu).

Ennek ellenére a valóság az, hogy a legjobb vezető az ezüst, őt követi a réz, majd az arany. Logikus lehet a kérdés, hogy mi értelme van rézből készíteni a vezetősávokat, ha az ezüst jobb vezető a réznél, illetve mi értelme aranyozni a paneleket, ha az rosszabb vezető, mint a réz?

Az arany használatának magyarázata az, hogy a korróziónak sokkal jobban ellenáll, mint a réz vagy az ezüst. Ezért bevett szokás a nyomtatott áramkörből kialakított csatlakozórészeket aranyozni (pl. a számítógép alaplapjába helyezhető RAM-ok, és különféle kártyák), így a kiváló kontaktus akár évtizedeken keresztül biztosítható lesz. A különböző audió és videó, illetve egyéb csatlakozókat is ebből az okból bevonatolják arannyal. Az arany “rossz” vezetőképessége nem befolyásolja jelentősen a csatlakozás átmeneti ellenállását, hiszen csak 1-2µm vastagságú réteget képez a 35µm vastag rézfóliához képest. (Az arany és a réz közé még egy kb 5um vastag nikkel réteget is szükséges galvanizálni.)

Ha a rézfólia helyett ezüstfólia lenne a NYÁK-on, akkor kb. 6-szoros különbség jelentkezne az előállítási árban. Az ezüstözésnek általában a nagyfrekvenciás áramköröknél van szerepe, ahol a skin-hatás miatt az áram a frekvenciával arányosan mindinkább a vezetősáv felületén folyik. Az ezüstözéssel javítható a vezetősáv vezetőképessége (a felületen, azaz pont ott, ahol szükség van rá), így kisebb helyet igényel a konstrukció megvalósítása. További előnye, hogy az aranyhoz hasonlóan ólommentes bevonatot képez, de beforrasztás nélkül néhány hónapig őrzi meg a felületi minőségét.

Ha a megrendelő nem kér aranyozást vagy ezüstözést, akkor a következő réteg a forrasztásgátló lakk lesz, vagy másnéven lötstop. A gyakorlatban ez tetszőleges színben kivitelezhető, de a legáltalánosabb a zöld színű. Ez adja a nyomtatott áramkörök jellegzetes megjelenését. A forrszemek és a forrasztásgátló réteg között mindig hagyunk néhány mil távolságot (ezt a legtöbb tervező szoftver automatikusan generálja), így a lötstop réteg kismértékű elcsúszás esetén sem kerül fedésbe a forrszemekkel.

A forrszemek és a lötstop réteg között mindig van néhány mil szigetelési távolság.

Ha a megrendelő nem kér aranyozást vagy ezüstözést, akkor a forrasztásgátló lakkréteg után a panel egy ólmot tartalmazó vagy ólommentes (környezetvédelem) ónbevonatot kap, amelyet általában HASL (Hot Air Solder Leveling – tüziónozás) eljárással készítenek el. Ennek során a panelt egy forró ónfürdőbe merítik, így az ón kiválóan megtapad azokon a rézfelületeken, ahol nincsen forrasztásgátló lakkréteg, majd a fürdőből kivéve forró levegőt fújó légborotvákkal lefújják a felesleges ónt a NYÁK-ról. Ennél az eljárásnál általában a panel egyik oldalán kicsit több ón marad, mint a másikon, ami esztétikailag első ránézésre zavaró lehet, de ez sok esetben megkönnyíti a forrasztást, és utána már nem is látható. A tüziónozás mellett jó minőségű bevonatot ad a kémiai ónozás is.

Az utolsó rétegek pedig a pozíciónyomatok, amik az alkatrészek helyének azonosítását könnyítik meg a beültetés, az ellenőrzés és a javítás során. A feliratok hosszú élettartamúak és mechanikalag is strapatbíróak, mert általában UV fényre keményedő tintával készülnek.

 A nyomtatott áramkör végleges megjelenése (metszet).

A nyomtatott áramkörök tervezésére rengeteg különböző szoftvert használunk, mint pl. Eagle, Protel, OrCAD, Altium, KiCAD, stb. Minden programnak saját fájlformátuma van, amelyben az áramköri rajzolatot, furatok helyét, és egyéb adatokat tárolják. Ezekből egyértelműen rekonstruálható a terv (kapcsolási rajz). A nyomtatott áramkör gyártók gépeinek szoftverei azonban általában Gerber fájlokat fogadnak. Ennek oka, hogy a gyártók infrastruktúráját ésszerűtlen lenne minden egyes tervező szoftver formátumának fogadására felkészíteni (jogdíjak, több formátum – több hibalehetőség), és biztosítani kellene a folyamatos verziókövetést. A gyakorlatban ezek olyan nehézségek, amelyek miatt egyszerűbb, ha a gyártósorokon egy közös formátumot használ mindenki, ami egyértelmű, könnyen ellenőrizhető és akár módosítható.

A Gerber a nyomtatott áramköri lapok gyártásának ipari, szabványos fájlformátuma, amelyből a NYÁK gyártás megvalósulhat. A Gerber fájlok tulajdonképpen koordinátákat tartalmazó állományok, amelyek segítségével egyértelműen leírható a nyomtatott áramkör rajzolata. A vektoros jelleg miatt akár ”kézzel” is módosítható utólag, és igen nagy felbontás érhető el vele (akár 1nm). A szabványt az 1960-as és 1970-es években fejlesztették ki, és sok hasonlóságot mutat a CNC gépeken használt G kódos programnyelvvel. A ma használatos, újabb verziója hivatalos nevén az Extended Gerber, vagy más néven az RS-274X, bár a szakzsargonban még mindig a Gerber elnevezést használjuk.

A hagymányos Gerber formátumú fájlok (RS-274-D) nem tartalmazzák az ún. apertúrákat, ezeket külön fájlban vannak. Az apertúrák olyan alapvető alakzatok, amelyekkel a Gerber fájlokban megadott vektorok mentén rajzolunk. Az Extended Gerber (RS-274X) fájlok tartalmazzák a vektorok és az apertúrák adatait is, tehát egy adott réteg rajzolatát egyetlen fájl teljes egészében tartalmaz.

Néhány gyártó elfogad a Gerber formátumon kívül más típusú fájlokat is annak ellenére, hogy szinte az összes tervező szoftverből lehetséges a Gerber fájlok generálása. Ezek általában a legnépszerűbb tervező programok saját projektfájljai, és a NYÁK gyártó vállalja, hogy elkészíti a gyártáshoz szükséges konverziót, ami általában a Gerber fájlok elkészítését jelenti. A megrendelő szempontjából ez egy kényelmes megoldás, de érdemes megemlíteni, hogy a gyártó és a megrendelő által használt szoftverek verziókülönbségek miatt bekövetkezhetnek konverziós hibák a művelet során! A hibák oka a rossz (nem a vevő elképzeléseinek megfelelő) beállítások használata, vagy a konvertáló szoftver helytelen működése. Tipikusan ilyen esetekben fordul elő, hogy a rajzolat egyes elemei egymáshoz képest elcsúsznak, a nyomtatott áramkör adott méretei megváltoznak. A vevő pedig a kézhez vételkor nem érti, hogy miért nem azt kapta, amit szeretett volna.

A fenti problémák kiküszöbölése miatt kizárólag Extended Gerber (RS-274X) formátumú fájlokból vállaljuk a gyártást. Eagle, Sprint Layout vagy Diptrace, Altium, stb. projektfájlokból mi is vállaltuk néhány évig a Gerberek elkészítését, de nagyon sok problémát okozott az, hogy a tervezőszoftvereket nem megfelelően használták a megrendelők (pl. a pozíciónyomat rétegbe terveztek furatokat, teljesen más rétegekbe tervezték a rajzolatokat, mint amelyikbe szerették volna valójában, stb.), és utólag minket okoltak a hibás gyártásért, mondván, hogy a monitoron ez vagy az, így és így nézett ki. Felmerülhet a kérdés, hogy az ilyen hibákat miért nem vesszük észre a gyártás előkészítésnél. A helyzet az, hogy egyrészt nem látunk bele a megrendelő fejébe, másrészt pedig általában észrevesszük, de már annyi olyan tervet kaptunk, ami számunkra hihetetlennek tűnt, hogy a megrendelők így akarják gyártatni a paneleket, hogy úgy döntöttünk, minden olyan NYÁK-ot legyártunk, ami technológiailag legyártható. Természetesen, ha valamilyen extrém dolgot fedezünk fel a tervben, akkor egyeztetünk a megrendelővel. Ha a Gerber fájlok előállítását Ön végzi el, és azokban ellenőrzés után sem talál hibát, biztos lehet benne, hogy azt kapja tőlünk, amit megtervezett!

Miért van több Gerber fájl? Miért nem elegendő egyetlen fájl a NYÁK gyártáshoz?

A NYÁK gyártás több különböző lépésből áll, és minden egyes lépés végrehajtása külön gépen történik. Emiatt egyszerűbb és kevesebb a hibalehetőség, ha már eleve szétválasztva érkeznek az egyes “feladatok”. Tehát a szabvány miatt minden egyes rétegnek külön fájlban kell lennie, beleértve a lötstop és pozíciónyomat rétegeket is.

Miért nem Gerber alapúak a tervező szoftverek?

Felmerülhet a kérdés, hogy ha a Gerber formátum ilyen erős ipari szabvány, akkor a tervező szoftverek miért nem közvetlenül Gerber fájlokkal dolgoznak? A magyarázat az, hogy a tervező programokban a kapcsolási rajz és a nyomtatott áramköri terv között meghatározott kapcsolat áll fenn. A NYÁK-on levő alkatrészek lábait a kapcsolási rajz huzalozása alapján kötjük össze. Tehát ezek az elektromos kapcsolatok – melyeket a kapcsolási rajzon létrehozunk – ugyanúgy érvényesek a NYÁK terven is. A Gerber fájlokból azonban ezek a kapcsolatok nem feltétlenül rekonstruálhatók, mivel azok tulajdonképpen csak vektorgrafikus elemek halmaza, amelyek között a képi megjelenésükön kívül nem definiál a Gerber fájl semmilyen kapcsolatot. Egy Gerber alapú tervezőszoftverben tehát nem élvezhetnénk az automata huzalozó előnyeit, de nem is tudnánk törölni egy-egy gombnyomással egy tetszőleges hálózatrészt a NYÁK-tervből.

Hogyan nevezzük el a Gerber fájlokat?

A szabvány a fájlok elnevezésére nem tér ki, tehát elvileg bármilyen nevet és kiterjesztést választhat a megrendelő – de ez nem ajánlott, ugyanis ebben az esetben nekünk (gyártónak) kell kitalálnunk, hogy melyik rétegnek mi a funkciója. Ha a rétegek megkülönböztetésére nem utal semmi a fájlnévben vagy a kiterjesztésben, akkor például a TOP (Component) és a BOTTOM (Solder) réteg könnyen felcserélhető, és máris hibásak lesznek a legyártott NYÁK-ok.

Az ilyen hibák kiküszöbölésére érdemes az itt található elnevezéseket használni. Annak érdekében, hogy az Ön nyomtatott áramkörén a rétegek a megfelelő helyre kerüljenek a NYÁK gyártás során, kérjük, hogy lehetőség szerint csak ezen elnevezésekkel küldje el a Gerber fájlokat.

Mi az a .DRD vagy . DRL fájl?

A .DRD vagy . DRL fálj a furatokat tartalmazó állomány, amelynek EXCELLON 2 formátumúnak kell lennie, hogy gyártani tudjunk belőle. Az EXCELLON az egyik legelterjedtebb fúrófájl szabvány, és habár hivatalosan nincsen köze a Gerber formátumhoz, amikor a “Gerber fájlok”-ról beszélünk, a fúrófájlt is beleértjük.

Eagle felhasználóknak: szükség van-e az Eagle által generált .GPI és .DRI fájlra?

Nincsen. Ezek semmilyen többletinformációt nem tartalmaznak a gyártáshoz számunkra.

A nyomtatott áramkörök tervezésénél a vezetősávok szélességét alulról a gyártástechnológiai, felülről pedig a méretbeli lehetőségek korlátozzák. Kézenfekvő tehát, hogy olyan szélességű vezetősávokat hozzunk létre, amelyek biztosan legyárthatóak az elvárt minőségben, és emellett helytakarékosak (költséghatékonyak) is. De vajon mely paraméterek befolyásolják azt, hogy milyen geometriai méreteket ajánlott egy adott helyre tervezni? A következőkben erre keressük a választ.

Egy áramkör alapvetően azért melegszik, mert az egyes alkatrészeken az átfolyó áram valamilyen mértékű veszteséget hoz létre. Az áramkör részének tekinthetők a vezetősávok is, nem csak a beültetendő passzív és aktív alkatrészek. A vezetősávok anyaga általános esetben 35µm vastagságú rézfólia. Mivel ez a méret adott, csak a szélességét kell meghatároznunk.

Az igazsághoz hozzátartozik, hogy ma már az áramkörök döntő hányada 2 vagy többrétegű, így a furatgalvanizálás is elkerülhetetlen. A furatgalvanizálás során azonban nem csak a furat falára galvanizálunk rezet, hanem magára a rajzolatra is. A nálunk a galvanizálás előtti kiinduló rézfólia vastagság általában 18µm, amelyre kb. 20-25µm vastagságú galvánréz réteg rakódik le. Emiatt a tényleges rézvastagság biztosan több lesz, mint 35µm.

A vezetősáv szélessége attól függ, hogy adott értékű átfolyó áram mellett mekkora hőmérséklet emelkedést (a táblázatban ∆T = 10…45°C között) szeretnénk megengedni rajta. Ez a hőmérséklet különbség természetesen nem pillanatszerűen jön létre, hanem exponenciálisan növekedve éri el a végértéket. Az pedig, hogy ez az idő mekkora, a vizsgált áramkör hőtehetetlenségétől függ.

A nyomtatott áramkörök tervezésének általános szabványa bizonyos peremfeltételek mellett az 1. táblázatban szereplő értékeket ajánlja minimum kiinduló értékeknek.

A táblázat értékei az 1 vagy többrétegű NYÁK-ok külső rétegeinek 35µm vastagságú vezetőire érvényesek, 25°C kiinduló hőmérséklet mellett, feltételezve, hogy a vezetősáv teljes területe sokkal kisebb, mint a hordozó áramköri lapé, és a vezetőben egyenáram folyik.

1. táblázat A vezetősávok minimális szélessége a
külső rétegeken a vezetett áram függvényében.

2. táblázat A vezetősávok minimális szélessége a
belső rétegeken a vezetett áram függvényében.

A táblázat értékeit alapul véve készítettem egy diagramot (1. diagram), amely a grafikus leolvasáshoz szokott olvasóknak lehet segítség.

1. diagram Segédlet a minimális vezetőszélesség meghatározásához a
NYÁK külső rétegein, adott hőmérséklet emelkedés mellett.

1. diagram Segédlet a minimális vezetőszélesség meghatározásához a
NYÁK belső rétegein, adott hőmérséklet emelkedés mellett.

Gyakorlati példa

Tehát, ha például a külső rétegen 20A-es áram fog folyni a vezetőn, és maximum 30°C-os melegedést engedünk meg rajta, akkor a táblázatból leolvasható, hogy 378mil, azaz 9,6mm széles vezetősávot kell terveznünk. A diagramból a narancssárga görbe 20A-hez tartozó pontjának levetítésével ugyanezt az értéket kapjuk. A belső rétegeken a kisebb hőleadás miatt szélesebb vezetők szükségesek (2. táblázat, 2. diagram).

Ahogy a fentiekben írtam, ezek az adatok csak kiinduló értékek, ajánlások. Minden konstrukció más és más, ezért lehetetlen minden helyzetre érvényes “képletet” vagy egyszerű számítást megadni. További ökölszabály, hogy a megadott vezetőszélességeket csökkenteni lehet 15%-kal, ha a panel vastagsága 0,8mm vagy az alatti, illetve ha a vezetősáv vastagsága 108um vagy afeletti.

Amennyiben egymáshoz közel több hasonló áramot vezető sáv fut, érdemes a szélességüket növelni, különben együtt nagyobb hőmérséklet emelkedést hoznak majd létre.

A fent leírtakon kívül szükséges figyelembe venni a panelon elhelyezkedő alkatrészek melegedését is. Ha pedig túlságosan szélesnek kellene lennie egy adott vezetősávnak, úgy érdemesebb ónnal befuttatva elérni a kívánt keresztmetszetet (terhelhetőséget). Itt, a cikk végén ismét szeretném hangsúlyozni, hogy a fenti értékek DC, azaz egyenáram esetén érvényesek. Kapcsolóüzemű tápegységek, inverterek, indukciós hevítők, rádióadók és más nagyfrekvenciás eszközöknél a Skin-hatással is számolni kell a tervezéskor.

A ma széleskörűen használt PWM-mel (Pulse Width Modulation – impulzusszélesség moduláció) működő teljesítményelektronikai áramköröknél mindig a vezetősávokat igénybevevő áram effektív értékével kell számolni, ami induktív terhelés esetén jelentősen eltérhet a kimeneti feszültség alakjától. Ha multiméterrel mérünk hullámos egyenáramot, akkor figyeljünk arra, hogy a műszerünk “True RMS”, azaz valódi effektív értéket mérjen. (Az ilyen műszerek mindig drágábbak a számított effektív értéket mutató műszereknél.)

Esetenként (vagy akár állandóan 😀 ) előfordulhat, hogy helyhiánnyal küzdünk, és az áramkört muszáj egy adott méretbe belezsúfolni. Ilyenkor általában le kell mondanunk a “szellős design”-ról, és minél közelebb kell egymás mellett és az alkatrészek között elvinnünk a vezetősávokat. Ebben a cikkben az IPC-2221A szabvány által ajánlott értékeket mutatom be.

A szabvány a vezetők NYÁK-on való elhelyezkedésétől, szigetelésétől és a használat tengerszint feletti magasságától függően hét osztályba sorolja a lehetséges eseteket az alábbi táblázat szerint.

B1 – Belső vezetők

Többrétegű NYÁK-okban a belső rétegeken levő vezetők és via-k közötti minimális szigetelési távolság.

B2 – Külső, nem bevont vezetők, 3050m tengerszint feletti magasságig

Lötstop vagy egyéb bevonat nélküli vezetők minimális szigetelési távolsága. Ez általában sokkal nagyobb, mint a bevonattal rendelkező esetben.

B3 – Külső, nem bevont vezetők, 3050m tengerszint feletti magasság felett

Lötstop vagy egyéb bevonat nélküli vezetők minimális szigetelési távolsága. Ez általában még nagyobb, mint a B2-es esetben.

B4 – Külső, bevont vezetők, bármely tengerszint feletti magasságon

A lötstop (polimer) réteggel bevont vezetők közötti minimális szigetelési távolság. Ebbe nem értendők bele a forrasztásgátló lakkréteggel nem bevont forrszemek. Azok között az A6-os kategóriában megadott távolságokat kell alkalmazni.

A B4 kategóriába tartoznak a különböző háztartási gépek, számítógépek és irodai eszközök, de nem tartoznak ide a durva, párás vagy szennyezett (akár ipari) környezetben működő panelek.

A5 – Külső, teljesen bevont vezetők, bármely tengerszint feletti magasságon

A beültetés után általában akril, szilikon vagy poliuretán alapú anyaggal bevont áramkört jelenti (alakkövető bevonat). A bevonat a beültetett alkatrészeket is lefedi, tehát nem csak a vezetősávoknak, hanem a teljes panelnak védelmet nyújt. Ilyen paneleket általában ipari környezetben és katonai felhasználásra gyártanak. Ha az alakkövető bevonat mellett lötstoppot is használunk, akkor érdemes figyelembe venni a két anyag kompatibilitását (pl. az alakkövető bevonat oldószere nem oldja-e a lötstop réteget?).

A6 – Külső rétegeken elhelyezkedő alkatrészek nem bevonatolt lábai, kivezetései, 3050m tengerszint feletti magasságig

Azok az alkatrészek, amelyek forrasztási pontjai semmilyen formában nem bevonatoltak. A panel a lötstop réteg mellett további bevonatot is hordoz részben vagy egészben. A kereskedelemben a B4/A6 kombináció a legelterjedtebb. Olyan paneleken alkalmazzák, ahol várhatóan nem szükséges javítást végezni, mert az alakkövető bevonat eltávolítása nehézkes lenne vagy károsítaná az alkatrészeket.

A7 – Külső rétegeken elhelyezkedő alkatrészek bevonatolt lábai, kivezetései, bármely tengerszint feletti magasságig

A beültetés után alakkövető bevonattal ellátott alkatrész kivezetések.

A vezetők és az alkatrészek kivezetései között levő távolságot alapesetben – az ésszerűség határain belül – a lehető legnagyobbra érdemes választani, hogy a fellépő szivárgóáramokat minimálisra csökkentsük. A táblázatban levő értékek nem csak a vezetők, hanem a vezető rétegek, és az egyéb vezető tulajdonságú szerelvények (pl. hűtőborda, doboz, előlap) közötti távolságra is érvényesek.

Gyakorlati példa

Az 500V-os feszültségekig a megfelelő kategória oszlopából könnyen kiválasztható, hogy egy adott esetre milyen minimális értéket ajánl a szabvány.
Az 500V feletti feszültségek esetén azonban nem biztos, hogy mindenki számára egyértelmű a táblázat használata. Ilyenkor a táblázat utolsó sorában szereplő értéket kell hozzáadni a “301-500V” jelölésű sor megfelelő eleméhez. Tehát, ha pl. 1200V-ra szeretnénk méretezni a szigetelési távolságot egy olyan panelen, amely a B4 kategóriába tartozik, akkor azt az alábbiak szerint kell számolni.

1200V – 500V = 700V

0,8mm + (700V * 0,00305mm) = 2,935mm [116mil]

Ez azt jelenti, hogy egy olyan panelon, ahol a vezetők között 1200V-os csúcsfeszültség léphet fel, minimum 2,935mm az ajánlott szigetelési távolság a vezetősávok között.