蔡 寧 楊永利 王方宇 陳顯任

（珠海方正科技多層電路板有限公司，廣東 珠海 519000）

0 引言

Gerber格式文件作為印制電路板（PCB）行業(yè)圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)格式被廣泛應(yīng)用。隨著電子制造業(yè)智能化的迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品的交貨周期越來越短，品質(zhì)要求越來越高，PCB生產(chǎn)廠商在轉(zhuǎn)換客戶原始PCB設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)-Gerber文件時(shí)，自動(dòng)化操作顯得尤為重要。一方面要求能自動(dòng)識別不同PCB設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出的每層Gerber文件名稱；另一方面，要求能自動(dòng)轉(zhuǎn)換Gerber文件中圖形的形狀大小和位置信息等層別屬性。InSight PCB軟件提供了自動(dòng)導(dǎo)入Gerber資料的平臺，相比傳統(tǒng)的人工導(dǎo)入方式，能有效避免因?yàn)楣馊δ０逡?guī)則的判斷錯(cuò)誤以及層別屬性識別錯(cuò)誤導(dǎo)致圖像文件不能正確轉(zhuǎn)換，帶來品質(zhì)隱患。InSight PCB軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作的關(guān)鍵在于能通過正則表達(dá)式匹配PCB設(shè)計(jì)軟件導(dǎo)出的Gerber文件原始名稱，本文中正則表達(dá)式在InSight PCB軟件中的應(yīng)用技術(shù)，能有效自動(dòng)識別客戶原始Gerber文件的類型并自動(dòng)定義層別屬性，替換手動(dòng)導(dǎo)入Gerber資料的作業(yè)模式，為實(shí)現(xiàn)PCB生產(chǎn)廠商Gerber資料導(dǎo)入的自動(dòng)化、減少人力成本、降低品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，提高生產(chǎn)效率提供幫助。

1 Gerber資料分類

PCB數(shù)據(jù)從設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)的通用格式為Gerber文件格式，一般包含鉆帶圖層資料、線路圖層資料、銑帶圖層資料和封裝圖層資料等。Gerber文件作為一種國際標(biāo)準(zhǔn)的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式，包含RS-274-D、RS-274-X和GerberX2三種，其中RS-274-D文件因?yàn)椴荒芏x不規(guī)則多邊形圖像文件，而且文件中的圖像數(shù)據(jù)和形狀大小數(shù)據(jù)是分開的兩個(gè)不同文件，已經(jīng)被淘汰。目前被廣泛使用的是Gerber RS-274-X格式，該格式文件集成了圖像的形狀大小和坐標(biāo)數(shù)據(jù)。InSight PCB可對RS-274-X格式文件自動(dòng)識別和解析，并自動(dòng)設(shè)置對應(yīng)的層別屬性。RS-274-X的Gerber文件的命名組成由圖像層名加后綴名組成，因?yàn)镻CB設(shè)計(jì)軟件的不同，后綴名多為.art、.gbr、.gbx、.gdo、.lgx、.pho等。較為常見的圖像層名如表1所示。

2 InSight PCB中應(yīng)用的正則表達(dá)式

InSight PCB中的正則表達(dá)式是對Gerber文件名中的字符串（包括普通字符和特殊字符）進(jìn)行識別和屬性定義的一種邏輯公式，用事先定義好的一些特定字符及這些特定字符的組合，組成一個(gè)“規(guī)則字符串”，這個(gè)“規(guī)則字符串”用來表達(dá)對Gerber文件名字符串的一種過濾邏輯。InSight PCB中的正則表達(dá)式是一種文本模式，該模式描述在識別Gerber文件名稱時(shí)要匹配的一個(gè)或多個(gè)字符串。表2列舉在InSight PCB規(guī)則中應(yīng)用較多的正則表達(dá)式。

3 通過正則表達(dá)式自動(dòng)定義層屬性和層名

3.1 自動(dòng)定義層屬性和層名的運(yùn)作流程

InSight PCB在自動(dòng)導(dǎo)入Gerber資料時(shí)，軟件平臺會對Gerber文件中的每個(gè)文件進(jìn)行掃描識別，通過用戶自定義的正則表達(dá)式規(guī)則定義該圖層資料的屬性（層面向、類型、正負(fù)極性）等，然后根據(jù)層別屬性定義層名。軟件中應(yīng)用的正則表達(dá)式規(guī)則分為層別屬性定義和層名定義兩個(gè)模塊，在運(yùn)行過程中先執(zhí)行層別屬性定義的正則表達(dá)式規(guī)則（見圖1），然后再執(zhí)行層名定義的正則表達(dá)式規(guī)則（見圖2）。

表1 常見的圖像層名

表2 正則表達(dá)式

圖1 層別屬性定義的正則表達(dá)規(guī)則

圖2 層名定義的正則表達(dá)規(guī)則

3.2 層別屬性定義的正則表達(dá)式規(guī)則編寫方法

層別屬性定義的正則表達(dá)式規(guī)則分系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建和用戶自定義兩種類型：

（1）應(yīng)用系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的正則表達(dá)式規(guī)則：若沒有用戶自定義的正則表達(dá)式規(guī)則，InSight PCB軟件對導(dǎo)入的Gerber文件名進(jìn)行解析后記錄相關(guān)層名、層面向、層類型及正負(fù)極性等屬性并建立起對應(yīng)關(guān)系，然后將該種對應(yīng)關(guān)系加入到系統(tǒng)自動(dòng)生成的規(guī)則文件里，最終創(chuàng)建一份正則表達(dá)式規(guī)則模板在系統(tǒng)中，在下次導(dǎo)入Gerber文件時(shí)，若該Gerber文件名與系統(tǒng)已存在的正則表達(dá)式規(guī)則模板相匹配，則會自行調(diào)用。系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的正則表達(dá)式規(guī)則文件語法描述效果（見圖3）。

（2）應(yīng)用用戶編寫的自定義正則表達(dá)式規(guī)則：通過InSight PCB可應(yīng)用的正則表達(dá)式規(guī)則語法，對規(guī)則語句進(jìn)行重新編寫，以達(dá)到自由控制規(guī)則限制和范圍的目的。圖4所示為應(yīng)用用戶編寫的自定義正則表達(dá)式規(guī)則自行編寫的規(guī)則文件。相比系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的正則表達(dá)式規(guī)則，該文件結(jié)構(gòu)及語法更清晰，且匹配效果優(yōu)于系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的正則表達(dá)式規(guī)則。

3.3 正則表達(dá)式規(guī)則解析（以Bottom面防焊圖層為例）

（1）要實(shí)現(xiàn)Bottom面防焊圖層的層名和屬性定義，需編寫如下兩行正則表達(dá)式規(guī)則。

第一行：Gerber274X *****^sold(er)?(-)?(botm|bot|bottom).art$

圖3 應(yīng)用系統(tǒng)自帶的正則表達(dá)式規(guī)則文件

圖4 應(yīng)用用戶自定義的正則表達(dá)式規(guī)則文件

第二行：->solder_mask-bot board solder_mask positive bottom 0

（2）正則表達(dá)式內(nèi)容解析。

第一行內(nèi)容主要負(fù)責(zé)匹配文件名，其具體含義如下：

Gerber274X：限制文件必須是RS-274-X格式

^sold;文件名開頭4個(gè)字符必須是sold

(er)?:若sold字符后有er兩個(gè)字符，則組成solder，否則組成sold

（botm|bot|bottom）：在括號內(nèi)的字符匹配一個(gè)，按照上述例子，則匹配出botm

.art$:文件的后綴名必須是.art

第二行內(nèi)容則是在Bottom面阻防焊圖層文件被匹配成功后接下來要執(zhí)行的層名和屬性定義等操作，其具體內(nèi)容如下：

solder_mask-bot：將文件名更改為solder_mask-bot

board：將文件屬性更改為工作層board屬性

solder_mask：將該層的類別定義為solder_mask

positive：定義該層的極性為正極性

bottom：定義該層的面向?yàn)閎ottom方向

0：定義起始層，通常在鉆孔規(guī)則中起作用

（3）在InSight PCB執(zhí)行自動(dòng)導(dǎo)入Gerber資料時(shí)，若Gerber文件名為soldbotm.art，則該文件會匹配到上述解析的規(guī)則，先被定義初始化層名為solder_mask-bot，屬性定義為board，極性定義為positive正極性，層面向定義為bottom。定義好層屬性后，最終再匹配到圖2層名定義的正則表達(dá)規(guī)則中solder_mask一行，通過層屬性進(jìn)行匹配，將符合要求的文件soldbotm.art最終定義為符合制造工廠要求的sc層名。

3.4 正則表達(dá)式規(guī)則應(yīng)用技巧

（1）尋找各文件之間的相同點(diǎn)，即尋找其中的規(guī)律，用以組成正則表達(dá)式的語句；（2）對正則表達(dá)式中*和+的使用需謹(jǐn)慎，*使用過多容易導(dǎo)致規(guī)則沖突（3）對于正則表達(dá)式中（x|y）和[0]-[9]這樣在多種情況中匹配出一個(gè)結(jié)果的表達(dá)式，在規(guī)則文件定義層名或是定義貫穿層時(shí)，可使用/1/2來取出正則表達(dá)式匹配到的結(jié)果，其中數(shù)字為該匹配的表達(dá)式出現(xiàn)的順序；（4）特殊且無法歸類到規(guī)則里的，可用針對性強(qiáng)（即只匹配這一文件名）的語句去編寫規(guī)則；（5）由于規(guī)則調(diào)用是從上至下的順序，且匹配成功則不再向下調(diào)用，因此，較為特殊且針對性強(qiáng)的規(guī)則需放到文件的前端部分。

3.5 系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建和用戶自定義的正則表達(dá)式規(guī)則優(yōu)缺點(diǎn)分析

我們不難發(fā)現(xiàn)，通過軟件自動(dòng)創(chuàng)建的規(guī)則針對性強(qiáng)，僅適用于文件名具有統(tǒng)一性、規(guī)律性的資料文件，當(dāng)規(guī)則數(shù)達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，會造成維護(hù)困難，雜亂等。平均每個(gè)料號導(dǎo)入完成后自動(dòng)生成的規(guī)則文件里包含有22行內(nèi)容，但內(nèi)層、外層和防焊字符資料的規(guī)則語句往往可以寫入到同一條規(guī)則里，這就導(dǎo)致規(guī)則重復(fù)，增加了維護(hù)人員的工作難度。使用用戶編寫的自定義正則表達(dá)式規(guī)則，則可根據(jù)一定的規(guī)律去編寫匹配原則，控制規(guī)則的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某潭?，等同于擴(kuò)大了規(guī)則的適用性，如上述的圖3規(guī)則轉(zhuǎn)換為圖4為例，將兩個(gè)鉆孔文件的規(guī)則合并，實(shí)現(xiàn)一行規(guī)則可對應(yīng)多種不同文件名的資料文件，從而大幅縮小規(guī)則行數(shù)，減輕了維護(hù)的難度。在軟件測試過程中，通過規(guī)則文件整理，將系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的規(guī)則文件78份精簡至自定義的規(guī)則文件8份后導(dǎo)入測試了2000份Gerber資料，其準(zhǔn)確率依然能達(dá)到99%以上。由此可見，應(yīng)用用戶編寫的自定義規(guī)則文件，其適用性強(qiáng)，文件結(jié)構(gòu)簡潔，規(guī)則文件數(shù)量少、易維護(hù)，其優(yōu)勢較為明顯。

4 Gerber資料自動(dòng)導(dǎo)入技術(shù)展望

4.1 匹配文件內(nèi)容

文中提到的正則表達(dá)式匹配，主要匹配的是文件名，尚未觸及到文件中的內(nèi)容描述，若文件內(nèi)容具有一定個(gè)格式，且相對規(guī)律，可嘗試匹配文件的內(nèi)容，通過文件的內(nèi)容來識別該文件的作用，從而實(shí)現(xiàn)更為準(zhǔn)確的自動(dòng)導(dǎo)入。

4.2 大數(shù)據(jù)支持

無論是系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的規(guī)則還是用戶編寫的自定義規(guī)則，整個(gè)過程是不斷在重復(fù)的。每導(dǎo)入一個(gè)文件，可視為收集一條規(guī)則，在數(shù)量達(dá)到一定的程度時(shí)，這些數(shù)據(jù)將存在一定的指導(dǎo)作用。運(yùn)用這些大數(shù)據(jù)信息，可組合成高度概括的規(guī)則，從而實(shí)現(xiàn)高效且精準(zhǔn)的資料自動(dòng)導(dǎo)入。

5 結(jié)語

資料導(dǎo)入的自動(dòng)化是未來PCB行業(yè)的發(fā)展趨勢，通過上述的方法及例子，已足以證明正則表達(dá)式運(yùn)用在InSight PCB層別屬性及層名定義中的可行性。正則表達(dá)式規(guī)則是否準(zhǔn)確主要還是依托于客戶資料文件名是否規(guī)律，若資料文件的命名越是規(guī)范或存在一定的規(guī)律，則導(dǎo)入時(shí)定義的層名及層別屬性將會更準(zhǔn)確。除此之外，要提高準(zhǔn)確率，還需要在看似沒有規(guī)律的各類Gerber文件名中找到合適的平衡點(diǎn)，使新規(guī)則能識別新的層名定義要求，同時(shí)又不影響已匹配的舊的層名定義要求。