通用计算机辅助制造(GenCAM)标准是解决PCB装配和检测中数据传输挑战的一种较好解决方案。
- 装配过程
- 原型、关键词和焊盘栈
- 测试考虑因素
作者:Dieter Bergman
技术总监
IPC
今天的电子装配商面对着电子数据传输的巨大挑战。除了格式转换,用于原材料库规划和元器件定位的部件清单数据经常必须手工输入。在录入过程中,管理人员经常需要不断巡视并不时进行指导；与此同时,生产过程中存在的另一个问题是测试数据常常不完整或者根本不存在。
由许多CAD/CAM工具供应商实现的通用计算机辅助制造(GenCAM)标准也许提供了解决这一数据传输问题的解决方案。GenCAM是由来自PCB加工、装配、检测和在线测试行业的代表共同开发的一种ASCII格式,这种格式覆盖了文档建立、管理和配置控制管理等许多领域。GenCAM能够在单一文件中完整地描述PCB、装配、装配系统、子面板上的多个装配、质量评估试样、以及装配/测试夹具。该系统的一些主要优点包括:
- 采用常用关键字进行操作
- 即插即用功能
- 支持ANSI标准
- 对于特定CAD/CAM工具没有限制
装配过程
GenCAM提供了一种适合于用户、设计者、印刷板制造商、装配商和测试/检查的集成解决方案。该文件包含了对单块印制板的描述,它可以为进行制造或装配而调整。理解“一次成功”原始设计和怎样为其配置制造和装配夹具之间的关系,已经变成实现预期制造产量的关键。
在单一GenCAM文件中对夹具的描述提供了满足元器件放置过程或在线电气测试要求所需确切装配定位的详细信息。由于大多数装配是在某一系统中进行的,因此夹具开发策略必须和在系统配置发展阶段中建立的装配工具设备相匹配。在装配过程早期就应该决定如何测试系统或者单个装配,以便正确地开发测试夹具。所有装配和测试的原则可以在单个GenCAM文件中获得。
在这个文件中,可以识别出几种独特的装配。它们可以被装配在一块子面板内,用扁平电缆相互连接并作为一个单元进行测试。其独特的性能,如用于部件分配的参考标志符,可以被识别出来并分配给正确的装配工具。这一新标准允许在单一文件中对多个装配进行识别,从而简化了工厂的批量部件采购工作。其他的装配优点还包括:完整的综合材料清单、元件替换识别、元件封装数据的灵活重利用、支持子板或装配系统描述、以及含有包括定向和印制板安装边在内的所有电气和机械部件。
对于裸板测试和在线测试,好处还包括:识别电气测试规范所需要的夹具、焊点或者测试点的精确定位、测试系统电源要求的描述、建立元件连接和网络关联所需的完整网表、以及元件参考性能、定时和测试向量。
GenCAM文件由20个传送设计需求和制造信息的分段组成。每一段都有其特定的功能,并与其他的段相互独立,而且可以同时包含在一个文件中。每一段的完整性取决于信息是否能够按照文件最初创建的目的而准备。文件可以用来索取报价,订购特定工艺要求,或者描述待制造、检查和测试的整个产品。尽管每一段相互独立,但它们的功能对于用户而言都很重要。
原型、关键词和焊盘栈
当原型被重利用和命名时,他们可以变成布线图、元件图或焊盘栈描述的一部分。在元件图中原型的采用也适合于表面封装SOIC元件。原型也可以变成符号,这是元件图分段的一个特殊应用。在这里,符号被赋予一定智能,因为它代表的引脚号码是可以变的。逻辑图或原理图可以与布线段所含网表相比较。原型一旦被改进,就可以有多种办法重复利用它们的组合。
图1:SOIC元件视图
用户很容易掌握GenCAM语法,它采用关键词来描述语句的特性。尽管可以使用其它语言,但是GenCAM文件采用英语来描述所有文本信息。关键词是紧接冒号的大写字母,分号完成关键词参数的表述。采用这种方式,用户和计算机都知道什么时候语句结束。每一个信息行只能使用一个关键词。
前缀为$符号的关键词是为了说明段的开始和结束。所有开始和结束的段语句以关键词开始；没有参数或者其他特性分配给段关键词；$符号是为了区分开始和结束关键词与段中使用的其他关键词。参数规则取决于提供信息的类型。不管在那里空间特性都是必要的,排列规则是x方向在前面,y方向跟在后面。此外,x和y的坐标数据用圆括号括起。
GenCAM语法提供三类不同的原型。第一类包含对芯片电阻的描述；第二类包含了几种小外型晶体管的焊盘描述；第三类包含了几种SOIC描述。分类特性允许用户拥有包含不同计算机库的文件。焊盘填注要求以及在焊盘和元件周围的线路描述同样包括在原型分段内。另外,在原型被采用时结构和材料信息也被加入原型段。
焊盘栈提供有关焊盘的信息,元件将被焊接在焊盘上。满足所有焊盘与引脚之间的特性要求并提供牢固的焊点是很重要的。J-STD-001B焊接工业标准说明了尖端、侧面或者边缘焊接点的要求。如果没有满足这些要求,一个装配专业人员可以微细调整GenCAM文件中原型段或者焊盘栈段的描述细节。注意,在焊盘栈描述中注明了容差。当元件和引脚变得越来越小时,每个焊盘的容差也会更小。可以通过修改说明物理装配关系的描述来满足特定装配条件的设计。
目前,整个行业都面临着越来越多的封装类型,特别是通孔和表面封装元件。通过在焊盘栈分段中包含CAD系统中使用的过孔来建立每层板之间的连接,GenCAM支持通孔元件(双列直插封装)。至于表面安装,焊盘与过孔的关系是装配设计的一个重要因素。
GenCAM可以处理多种不同类型元件,通过综合元器件、焊盘栈、元件模型和布线信息来将元件定位到某块板上或子板装配系统。由于很多装配操作使用波峰焊,因此在封装段内确定的元件通用描述可以通过 测试考虑因素
在线测试信息同样在GenCAM文件中提供。器件段提供在装配中使用的每一个元件的电气参数。一旦经过鉴别,通过在元件段中规定的参考标示符分配,每一个部件在印制板或者面板上给定一个具体的位置。在此分配中,特定的测试点数据与每一个独特的元件通过模型信息合并相关联。
通过为每一段建立函数并使函数与整个装配相关,GenCAM标准可能提供执行每一生产步骤所需要的数据。构建夹具、在PCB上钻孔或者制造焊膏模板的数据都来自同一数据库。共享信息在数据库中被明确标明,下一个使用该数据的工艺过程很容易注意到一个参数的变化。
图2:多种间距元件及其通路测试栅格图
在该标准中测试有专门的分段,如testconnect和power。在testconnect段中,建立了探针引脚和模型特性之间的关系。在为装配开发测试夹具时,检查测试焊盘的特性和位置,相对比检查元件高度更重要。GenCAM文件的封装段包含元件主体描述,包括外形和元件高度,这类信息允许进行物理清晰度的比较。
现有好几种工具可以用于读写GenCAM文件,其中一些只能读数据并将数据信息转换为生产指令。其他工具可以将象测试夹具这样的实体加入文件。每一个组成部分有责任维护信息的有效性并实施配置管理的准则。一些CAM工具供应商已经表示,他们将开发显示图形化GenCAM文件的阅读器。
为了有助于校验过程,厂商已经开发出了兼容测试模块。首先,这种模块将确认GenCAM的语法和语义。为了使认证过程更完善,还正在开发几种测试板(又称金板)。这些金板代表了终端产品,并包含许多在GenCAM 1.0版本中确定的规则。第一块金板将只有一层、所有的孔都是通孔、而且没有丝网印刷设计。
GenCAM标准由众多CAD和CAM工具供应商实现,它提供了对从设计到制造的非智能机器码进行工程重利用(reengineering)的解决方案。由于GenCAM文件中的数据信息不易被误解而且数据信息比较完整,因此它可以帮助电子制造商缩短他们的产品上市周期。
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