Co to jest plik Gerber i jak jest wykorzystywany w procesie produkcji PCB?

Wszystkie pady i ścieżki w układzie PCB ostatecznie muszą zostać wyprodukowane. Jak dokładnie przekształcić dane układu z systemu CAD na instrukcje produkcyjne? Odpowiedź jest prosta: wygenerować pliki wyjściowe w odpowiednim formacie. Dzisiaj istnieje wiele opcji plików wyjściowych, które możesz wygenerować dla swojego projektu, ale zdecydowanie najczęściej używanym formatem będzie format pliku Gerber. Inne dostępne formaty plików wyjściowych projektu to ODB++ oraz IPC-2581.

Co to jest plik Gerber i co dokładnie przekazuje? Przyjrzymy się przykładom danych Gerber w formacie tekstowym i graficznym, jak również temu, jak te informacje są wykorzystywane w procesie produkcji PCB przez producenta.

Pliki Gerber: Pierwszy krok w procesie produkcji PCB

Kiedy projektujesz płytkę drukowaną w systemie CAD, widzisz wszystkie różne materiały i elementy na płycie reprezentowane różnymi stylami linii i kształtów. W jakiś sposób te graficzne obrazy muszą zostać przekształcone w dane, których firma produkująca PCB może użyć do stworzenia gołej płytki obwodu. To zadanie na początku procesu produkcji PCB jest realizowane za pomocą plików Gerber.

Więc co to jest plik Gerber?

Pliki Gerber przechowują wszystkie dane dotyczące kształtu i położenia każdego elementu w układzie płytki drukowanej. Ogólnie rzecz biorąc, każda warstwa danych układu PCB zostanie umieszczona w swoim własnym pliku Gerber. Idea polega na tym, że poszczególne warstwy mogą być używane do przygotowania szablonów dla każdego etapu procesu fabrykacji i montażu. W niektórych przypadkach, takich jak tworzenie rysunków wiertniczych czy rysunków fabrykacyjnych Gerber, wiele warstw może być połączonych w jeden plik poprzez odbicie warstw mechanicznych do wyjść Gerbera.

Jeśli chodzi o dane przechowywane w pliku Gerber, dane w pliku Gerber są czytelne dla człowieka, chociaż niekoniecznie interpretowalne przez człowieka. Dane pliku Gerber są przechowywane w pliku tekstowym ASCII i zawierają następujące cztery elementy:

1. Parametry konfiguracyjne

2. Definicje apertur

3. Lokalizacje współrzędnych XY dla poleceń rysowania i błysku

4. Kody poleceń rysowania i błysku

Jeśli połączysz wszystkie warstwy i ułożysz je na sobie w połączonym widoku za pomocą aplikacji do przeglądania Gerbera, otrzymasz coś, co wygląda jak poniższy prosty przykład.

W tej perspektywie możemy wyraźnie zobaczyć, że rola przeglądarki Gerber polega na odtworzeniu widoku układu PCB, tak jak moglibyśmy go zobaczyć w oprogramowaniu ECAD. Jest to widok, z którego producenci będą korzystać, aby początkowo zinspectować Twoją płytę przed przedstawieniem wyceny. Bardziej specjalistyczne oprogramowanie CAM przeznaczone specyficznie dla plików Gerber może być używane do wykonania różnorodnych kontroli DFM, które głównie dotyczą odstępów; wyniki tych kontroli zostaną następnie zgłoszone do Ciebie w celu wprowadzenia wymaganych aktualizacji przed przejściem do produkcji PCB.

• Dowiedz się więcej o narzędziach przeglądarki Gerber i porównywaniu plików Gerber

Jedno z pytań, które często pojawia się na forach internetowych, dotyczy tego, jak odwrócić inżynierię lub zrekonstruować układ PCB w programie CAD z pliku rysunkowego Gerber. Interpretując informacje w warstwach Gerbera (miedź vs. sitodruk itp.) wraz z netlistą i danymi komponentów w BOM, można zrekonstruować układ PCB wyłącznie z plików Gerber i innych danych produkcyjnych. Nigdy nie miałem potrzeby ani skłonności do robienia tego, ale istnieje proces umożliwiający to w Altium Designer.

Dane w plikach Gerber

Spójrzmy na kilka przykładów danych w plikach Gerber. Jeśli otworzysz dane Gerber w edytorze tekstowym, możesz odczytać dane ASCII w pliku i modyfikować je samodzielnie. Niektórzy producenci robią to ręcznie, korygując pewne problemy z projektem, a następnie sprawdzają swoje zmiany za pomocą przeglądarki Gerber. Poniżej przedstawiono fragment pliku Gerber (format RS-274-X) dla górnej warstwy nakładki w układzie PCB.

W tym przykładzie pliku Gerber można zauważyć kilka elementów, które są do pewnego stopnia czytelne dla człowieka (zwróć uwagę na tag Altium Designer użyty w nagłówku), ale cała reszta nie jest koniecznie przeznaczona do odczytu przez człowieka. Jeśli naprawdę chciałbyś, mógłbyś zapoznać się z wytycznymi formatu pliku Gerber od Ucamco i nauczyć się, jak odczytywać każdy z tych wpisów.

Przeglądanie plików Gerber

Widok dokładnej płytki drukowanej, który widzisz, zależy od narzędzia przeglądarki, którego używasz do odtworzenia swojej płytki. Większość systemów CAD PCB ma możliwość generowania plików Gerber z danych projektowych. Okrągłe pady pinu przelotowego będą reprezentowane w pliku Gerber przez polecenie błysku wraz z pewnymi współrzędnymi lokalizacji. Ślad linii zegarowej będzie reprezentowany przez kod polecenia rysowania wraz z serią lokalizacji współrzędnych dla każdego wierzchołka śladu.

Powodem tych kodów poleceń jest to, że pliki Gerber zostały pierwotnie zaprojektowane do sterowania ploterem, który tworzyłby warstwy Płytki Drukowanej na filmie. Ten fotoploter używałby światła z lampy lub lasera do naświetlania filmu, który następnie byłby używany do stworzenia narzędzi potrzebnych producentowi PCB. Różne kody pozwalałyby albo błyskać światłem, rysować światłem lub poruszać się bez światła. Były również kody do określania rozmiaru i kształtu światła znane jako apertury. Chociaż nadal powszechnie używane dzisiaj w produkcji płyt drukowanych, tradycyjne fotoplotery zaczynają być zastępowane przez techniki bezpośredniego obrazowania laserowego (LDI), gdzie informacje Gerber są bezpośrednio obrazowane na materiałach płytki obwodu.

Jeśli użyłbyś przeglądarki Gerbera do graficznego odtworzenia powyższych informacji, otrzymałbyś wynik pokazany poniżej. Jak widzimy, te informacje dotyczą warstwy sitodruku (górnej warstwy nakładki).

Teraz, ponieważ jest to warstwa sitodruku, czy możesz zauważyć błąd na pokazanym powyżej rysunku Gerbera? Kontur płytki, kontury złączy i kontury paneli są wszystkie wyraźnie widoczne w tym pliku Gerbera! Zazwyczaj zajmowałyby one własne warstwy i byłyby przechowywane w swoich własnych plikach Gerbera. Powyższy problem może być zamierzony, na przykład jeśli chciałbyś użyć Gerberów do stworzenia rysunku fabrykacji/montażu, lub może być przypadkowy z powodu ustawień w generatorze plików Gerbera. Jak to możliwe, że każdy plik Gerbera ma odpowiadać tylko jednej warstwie?

Jedną z rzeczy, które możesz zrobić za pomocą narzędzia do generowania plików Gerber, jest odbicie lustrzane warstwy mechanicznej we wszystkich twoich plikach Gerber. Jest to przydatne, na przykład, do umieszczenia konturu płytki we wszystkich twoich Gerberach. Możesz nawet ustawić specjalny eksport, który połączy określony zestaw warstw w jeden plik Gerber, którego następnie możesz użyć do wielu celów. Jednym z przykładów jest tworzenie rysunku produkcyjnego; rysunek Gerbera może być eksportowany w neutralnym dla dostawcy formacie pliku, takim jak plik DXF. Pozwala to następnie użyć rysunku Gerbera w innym narzędziu do tworzenia bardziej specjalistycznych rysunków produkcyjnych lub montażowych Gerbera.

Formaty plików Gerber

Z biegiem czasu formaty plików Gerber zmieniały się pod względem struktury danych, ale wszystkie umożliwiają ostateczny cel, jakim jest odtworzenie płytki i tworzenie szablonów do produkcji. Istnieją trzy podstawowe formaty plików Gerber:

• RS-274-D
• RS-274-X
• format Gerber X2

Oryginalne pliki Gerber były znane jako format RS-274-D. Te wczesne pliki składały się tylko z lokalizacji współrzędnych XY oraz poleceń rysowania i błysku. Jako projektanci PCB, musieliśmy ręcznie przypisywać kody otworów podczas procesu tworzenia plików Gerber. Później wszystkie dane otworów były ekstrahowane do oddzielnego pliku wraz z parametrami konfiguracyjnymi. Musiałeś być skrupulatny w przypisywaniu odpowiednich kodów, aby stworzyć dokładne pliki Gerber do produkcji PCB.

Jeśli dzisiaj tworzysz pliki Gerber z systemu CAD do produkcji PCB, prawdopodobnie używasz formatu RS-274-X. Ta wersja łączy wszystkie cztery elementy danych Gerber (parametry konfiguracyjne, otwory, współrzędne XY, polecenia rysowania i błysku) w jeden plik. Funkcja każdej warstwy jest określona przez rozszerzenie pliku. Zauważysz również, że Twój system CAD najprawdopodobniej automatycznie przypisze pozycje otworów, eliminując szansę na błędy ludzkie.

W ciągu ostatnich kilku lat pojawiła się nowa wersja formatu Gerber, która zawiera dodatkowe dane. Pliki Gerber X2 zawierają informacje takie jak funkcja warstwy tego pliku, funkcje obiektów takie jak typy padów, lokalizacje ścieżek z kontrolowaną impedancją i wiele więcej. W odniesieniu do funkcji warstwy, te informacje będą zapisane wewnątrz pliku, zamiast używać specyficznego rozszerzenia pliku do oznaczania typu warstwy. Celem jest wzbogacenie formatu Gerber, aby był bardziej podobny do bazy danych takiej jak ODB++ przy jednoczesnym zachowaniu dziedzicznej zdolności do sterowania fotoploterami i systemami LDI.

• Dowiedz się więcej o formatach plików Gerber i rozszerzeniach plików

Co to oznacza dla Ciebie?

Większość pakietów oprogramowania do projektowania PCB może przynajmniej eksportować pliki Gerber, nawet jeśli nie posiadają wbudowanego przeglądarki rysunków Gerber lub funkcji porównywania Gerber. Jako projektant PCB, twoim zadaniem jest upewnienie się, że rozumiesz podstawowe rozszerzenia plików Gerber, jakie dane zawierają różne pliki Gerber i przeglądasz Gerbery krótko przed wysłaniem ich do produkcji. Niektórzy producenci mogą nadal wymagać oddzielnych list otworów lub innych plików danych, i musisz wiedzieć, co te pliki robią i jak je stworzyć. Szybkie przeglądnięcie twoich plików rysunkowych Gerber przed wysłaniem do produkcji może pomóc ci zauważyć błędy, które mogą opóźnić produkcję lub spowodować całkowitą niezdolność gotowej płyty do działania.

Dziś, nigdy nie było łatwiej zrozumieć, czym jest plik Gerber i dzielić się danymi dotyczącymi produkcji PCB z twoimi producentami. Altium Designer^® zawiera przeglądarkę plików Gerber dzięki wbudowanym narzędziom CAM, i automatycznie eksportuje twoje dane Gerber w formatach plików RS-274-X lub Gerber X2. Kiedy zakończysz projektowanie i chcesz wysłać pliki do producenta, platforma Altium 365^™ ułatwia współpracę i dzielenie się twoimi projektami.

Dotknęliśmy tylko powierzchni możliwości, jakie oferuje Altium Designer na Altium 365. Zacznij swoją darmową próbę Altium Designer + Altium 365 już dziś.

Zobacz Altium Designer w akcji...

Mocne projektowanie PCB