ODB++ : Avantages et différences par rapport au format Gerber 274x

Le circuit imprimé, sur lequel sont assemblés les différents composants électroniques reliés par des connexions électriques et mécaniques, constitue le cœur de chaque circuit électronique. Une fois que la conception d’un circuit imprimé est achevée au moyen des outils de conception assistée par ordinateur (CAO) appropriés, les informations nécessaires sont transférées à l’entreprise chargée de produire les circuits imprimés à l’aide des systèmes adéquats de fabrication assistée par ordinateur (FAO). Le programme de CAO est capable d’exporter un jeu complet d’informations relatives à la conception du circuit imprimé dans un ou plusieurs fichiers, lesquels peuvent à leur tour être importés par des systèmes de FAO pour assurer la production automatique des cartes.

À cet égard, différents types de normes ont été définis afin d’assurer les échanges de données. Désormais, la plupart des outils de CAO disponibles sur le marché les prennent en charge. Cet article présente deux des normes les plus répandues actuellement, à savoir Gerber et ODB++, en comparant leurs caractéristiques, leurs atouts et leurs inconvénients.

Le format Gerber

Développé à l’origine par Joseph Gerber, fondateur de la Gerber Scientific Instrument Company, le format de fichier Gerber est actuellement la norme la plus largement utilisée pour la fabrication de circuits imprimés. Historiquement, Gerber Scientific a été le premier fabricant de phototraceurs utilisés pour les prises de vues, à l’époque où le seul moyen d’obtenir des films originaux précis était le traçage mécanique des vecteurs. Lancée dans les années 1980 comme format de gestion des phototraceurs vectoriels, la norme Gerber s’est imposée au fil du temps grâce à la diffusion des systèmes de FAO pour la production de circuits imprimés.

Les fichiers Gerber sont généralement regroupés dans un fichier unique d’archives compressées que le concepteur envoie au fabricant de circuits imprimés. Chaque couche, plan de masse ou plan d’alimentation doit être associé à un fichier Gerber correspondant. Les couches les plus externes (dites « supérieure » et « inférieure ») contiennent également des informations relatives au revêtement conforme, au masque de soudure, à la sérigraphie ; des fichiers spécifiques sont également fournis pour programmer le matériel de perforation. Les fichiers Gerber ont des extensions courantes telles que .TOP, .BOT, .SMT ou .SMB, ce qui facilite leur importation dans le logiciel de FAO.

Considéré comme la norme de facto pour le transfert de données dans le secteur des circuits imprimés, le format Gerber a évolué au fil du temps avec la mise en place de la norme « étendue », mieux connue sous le nom de RS-274-X. Cependant, il est désormais clair que le format Gerber correspond au plus petit dénominateur commun et que, souvent, il ne contient pas toutes les informations essentielles à la fabrication des circuits imprimés. Le format Gerber, conçu pour envoyer des commandes aux machines à commande numérique (CNC), présente une certaine complexité liée à l’utilisation de nombreux fichiers. En outre, il ne contient aucune information tridimensionnelle, telle que la définition des trous, et les fichiers sont difficilement compréhensibles pour un utilisateur lambda, ce qui complique la procédure de révision nécessaire. Il arrive fréquemment qu’une carte à quatre couches nécessite au moins 8 à 10 fichiers Gerber associés.

Versions de Gerber

Le format de fichier Gerber initial, développé par Gerber Scientific, est plus communément appelé RS-274D. Certaines limites d’utilisation du format original ont nécessité de lancer en 1998 une nouvelle version de la norme : la RS-274X. Avec ce nouveau format, il n’est plus nécessaire de saisir manuellement certaines données et il a été possible de résoudre diverses erreurs d’utilisation des phototraceurs. Malgré sa large utilisation, la norme RS-274X présente également certaines limites pratiques. Par exemple, elle ne permet d’obtenir qu’une représentation graphique du projet, l’empilage des couches n’est pas explicitement défini, ce qui peut générer des topologies de cartes où les couches ne sont pas dans le bon ordre. De plus, elle ne comprend pas d’informations sur le positionnement et les caractéristiques des trous.

La norme ODB++

La norme ODB++ peut être considérée comme le principal concurrent du format Gerber. Son adoption s’explique par sa simplicité et sa facilité d’interprétation, ainsi que par le caractère non exclusif du format. La norme ODB++ a été développée en 1992 par la société Valor Computerized Systems Ltd qui a été rachetée par Mentor Graphics, puis récemment par le géant Siemens. Il en a résulté une opportunité de croissance importante pour la norme ODB++, avec la possibilité de concurrencer un format bien établi dans le secteur, tel que Gerber. Le format ODB++ est non exclusif et fait partie du domaine public. Il est totalement gratuit et ouvert à l’utilisation. En 2008, l’Institute of Printed Circuits (IPC) a approuvé l’ODB++ comme norme officielle unique pour l’échange de données relatives à la production de circuits imprimés.

Conçu par Valor comme un format tout compris, auto-extractible et normalisé, le format ODB++ est capable d’automatiser les processus liés à l’empilage, au positionnement des trous et à l’étiquetage. Pris en charge par les principaux logiciels de CAO spécialisés dans la conception de circuits imprimés, le format ODB++ a permis de réduire l’incidence des erreurs humaines sur les projets en regroupant dans un fichier unique compressé les informations relatives au projet en cours, à la fabrication des circuits imprimés et aux listes d’interconnexions.

Le format ODB++ (Open DataBase) est désormais disponible en deux versions différentes : la version originale ODB++ et la version ODB++ X fondée sur des structures de données XML. L’ODB++ a été initialement lancé pour éviter de devoir regrouper des fichiers de formats différents, et ce, grâce à une structure intelligente fondée sur un fichier unique permettant de transférer les informations relatives à la conception des circuits imprimés. La structure hiérarchique constitue l’élément clé de la norme ODB++. Elle évite de devoir travailler avec de multiples fichiers de bas niveau en permettant aux concepteurs de transférer davantage d’informations au fabricant de circuits imprimés, telles que les matériaux utilisés pour l’empilage, la nomenclature (BoM), le positionnement des composants, le format et la taille des cartes. Sa structure entièrement hiérarchisée permet de réduire les risques d’erreur humaine et de mauvaise interprétation des données.

Comparaison entre les normes Gerber et ODB++

Comme indiqué dans l’image 1, le format ODB++ stocke les informations relatives à la fabrication des circuits imprimés dans une hiérarchie de données et de dossiers.

Image 1 : structure hiérarchique des informations contenues dans le format ODB++.

Cette structure est ensuite compressée dans un fichier unique ayant une extension .tgz (ou dans un fichier XML unique dans le cas d’ODB++ X), puis envoyée au fabricant de circuits imprimés. Par rapport au format Gerber, les principales caractéristiques offertes par la norme ODB++ peuvent se résumer comme suit :

• toutes les informations nécessaires à la production, à l’assemblage et au test des circuits imprimés sont regroupées dans un fichier unique ;
• le risque d’erreurs lors du transfert d’informations est minimisé ;
• les délais de communication entre le concepteur et le fabricant sont réduits ;
• toutes les couches disposent d’une assistance intégrée en matière de conception en vue de la fabrication (Design For Manufacturability, DFM) ;
• un haut niveau d’automatisation est possible dans toutes les phases de la production de circuits imprimés ;
• le format est pris en charge par tous les grands fabricants d’outils de CAO, de FAO et de DFM.

Le format ODB++ contient un tableau complet regroupant toutes les informations relatives aux différentes couches, telles que le nom, le type et l’ordre dans lequel elles sont disposées pour composer l’empilage. Contrairement au format Gerber, le format ODB++ distingue clairement les points de contact des conducteurs, évitant ainsi toute ambiguïté et toute erreur d’interprétation.

Par rapport à la structure de l’image 1, les données principales sont organisées comme suit :

• les traces, le masque de soudure et la sérigraphie : ces données sont contenues dans la section « layers » (couches), qui comprend les deux couches les plus externes (supérieure et inférieure), les couches internes éventuelles (l’exemple de l’image 1 correspond à une carte à quatre couches), et toutes les données relatives aux trous et aux composants ;
• empilage : la composition de l’empilage est définie dans la section « matrix » (matrice) appropriée ;
• test électrique : ces données se trouvent dans la section « netlists/cadnet » (listes d’interconnexions/réseau CAO) ;
• composants : la définition des composants se trouve dans la section « eda / data » (CAO électronique/données) du fichier, tandis que la position de chaque composant est définie dans les deux sections « layers / comp _ + _ top » (couches/composants _ + _ supérieurs) et « layers / comp _ + _ bot » (couches/composants _ + _ inférieurs).

Avantages du format ODB++

L’utilisation du format ODB++ offre plusieurs avantages majeurs pouvant se résumer comme suit :

• format du domaine public, certifié par l’IPC ;
• sécurité accrue dans le transfert et l’interprétation des données ;
• format de fichier pris en charge par tous les principaux outils de CAO et de FAO : (L’image 2 illustre l’exportation par Altium d’un fichier ODB ++ au format .tgz.)
• prise en charge des circuits imprimés flexibles et semi-rigides ;
• possibilité pour les concepteurs d’intégrer une série d’informations non présentes dans les formats standards tels que Gerber :
  • disposition de l’empilage,
  • liste d’interconnexions,
  • tous les composants non assemblés,
  • informations relatives au panneau,
  • trous complexes.

Image 2 : exemple d’exportation au format ODB++ (source : Altium)

La norme ODB++ est considérée comme un format intelligent, car elle permet d’inclure une grande quantité d’informations dans un fichier unique. Aujourd’hui, de nombreux fabricants tendent à privilégier ce format, car il est plus compréhensible et donc facilement vérifiable, ce qui réduit les risques d’erreur. L’utilisation d’ODB++ permet aux fabricants de circuits imprimés d’éviter de travailler avec un grand nombre de fichiers de bas niveau.

Conclusions

Le format ODB++ constitue une avancée considérable par rapport aux formats traditionnels d’échange de données entre le concepteur et le fabricant de circuits imprimés. Les gains obtenus en matière de qualité, d’efficacité de production ainsi que de réduction des délais d’assemblage et de mise sur le marché séduisent un nombre croissant de concepteurs. La norme ODB++ est désormais prise en charge par la quasi-totalité des fabricants de systèmes de conception de circuits imprimés. En outre, les outils logiciels sont disponibles gratuitement sur le site Web ODB++ Design [1], de même que les spécifications, la documentation technique et l’assistance à l’utilisateur.

Référence

[1] https://odbplusplus.com/design/

27.01.2022