O Que É Um Arquivo Gerber e Como São Utilizados no Processo de Fabricação de PCBs?

Todos os pads e trilhas no layout do seu PCB eventualmente precisarão ser fabricados. Como exatamente você traduz os dados do layout do seu sistema CAD para instruções de fabricação? A resposta é simples: gere arquivos de saída em um formato apropriado. Hoje, existem múltiplas opções de arquivos de saída que você pode gerar para o seu projeto, mas, predominantemente, seu projeto provavelmente usará o formato de arquivo Gerber. Outros formatos de arquivo de saída de design disponíveis são ODB++ e IPC-2581.

O que é um arquivo Gerber e o que exatamente eles comunicam? Vamos olhar alguns exemplos de dados Gerber em formato de texto e gráfico, bem como como essas informações são usadas no processo de fabricação de PCB por um fabricante.

Arquivos Gerber: O Primeiro Passo no Processo de Fabricação de PCB

Quando você projeta uma placa de circuito impresso em um sistema CAD, você verá todos os diferentes materiais e elementos na placa representados com diferentes estilos de linhas e formas. De alguma forma, essas imagens gráficas precisam ser reformatadas em dados que a empresa de fabricação de PCB possa usar para criar uma placa de circuito nua. Essa tarefa inicial no processo de fabricação de PCB é feita com arquivos Gerber.

Então, O que é um Arquivo Gerber?

Os arquivos Gerber armazenam todos os dados de forma e localização para cada elemento em um layout de placa de circuito impresso. Em geral, cada camada nos dados do seu layout de PCB será colocada em seu próprio arquivo Gerber. A ideia é que camadas individuais possam ser usadas para preparar estênceis para cada etapa no processo de fabricação e montagem. Em alguns casos, como na criação de desenhos de perfuração ou desenhos de fabricação Gerber, múltiplas camadas podem ser mescladas em um único arquivo espelhando camadas mecânicas em suas saídas Gerber.

Em termos dos dados armazenados em um arquivo Gerber, os dados em um arquivo Gerber são legíveis por humanos, embora não necessariamente interpretáveis por humanos. Os dados do arquivo Gerber são armazenados em um arquivo de texto ASCII e incluem os seguintes quatro elementos:

1. Parâmetros de configuração

2. Definições de abertura

3. Localizações de coordenadas XY para comandos de desenho e flash

4. Códigos de comandos de desenho e flash

Se você juntar todas as camadas e empilhá-las umas sobre as outras em uma visualização combinada com um aplicativo visualizador de Gerber, você obterá algo que se parece com o exemplo simples mostrado abaixo.

Nesta visão, podemos ver claramente que o papel do visualizador de Gerber é recriar uma visão do layout da PCB como você poderia visualizá-lo no seu software ECAD. Esta é a visão que os fabricantes usarão para inspecionar inicialmente sua placa antes de fornecer um orçamento. Softwares CAM mais especializados especificamente para arquivos Gerber podem ser usados para realizar uma variedade de verificações de DFM que envolvem principalmente distâncias de segurança; estes serão então reportados a você para quaisquer atualizações necessárias antes de prosseguir para a fabricação da PCB.

• Aprenda mais sobre utilitários de visualizador de Gerber e comparando arquivos Gerber

Uma pergunta que você frequentemente verá sendo feita em fóruns pela internet é como fazer a engenharia reversa, ou reconstruir, um layout de PCB em um programa CAD a partir de um arquivo de desenho Gerber. Interpretando as informações nas camadas de Gerber (cobre vs. silkscreen, etc.) juntamente com a netlist e os dados de componentes no BOM, você poderia reconstruir um layout de PCB apenas a partir de arquivos Gerber e outros dados de fabricação. Eu nunca tive a necessidade nem a inclinação para fazer isso, mas existe um processo para fazer isso no Altium Designer.

Dados em Arquivos Gerber

Vamos dar uma olhada em alguns exemplos de dados em arquivos Gerber. Se você abrir os dados Gerber em um editor de texto, poderá ler os dados ASCII no arquivo e modificá-los por conta própria. Alguns fabricantes farão isso manualmente ao corrigir alguns problemas de design e, em seguida, verificarão suas alterações com um visualizador de Gerber. Um trecho de um arquivo Gerber (formato RS-274-X) para uma camada de sobreposição superior em um layout de PCB é mostrado abaixo.

Há algumas coisas que podemos ver que são de certa forma legíveis por humanos neste exemplo de arquivo Gerber (note a tag do Altium Designer usada no cabeçalho), mas todo o resto não é necessariamente feito para ser lido por um humano. Se você realmente quisesse, poderia procurar as diretrizes do formato de arquivo Gerber da Ucamco e aprender como ler cada uma dessas entradas.

Visualizando Arquivos Gerber

A exata visualização da placa de circuito impresso que você vê depende da ferramenta de visualização que você usa para recriar sua placa. A maioria dos sistemas CAD de PCB tem a capacidade de gerar arquivos Gerber a partir dos dados de design. Os pads redondos de um pino thru-hole serão representados em um arquivo Gerber por um comando de flash junto com algumas coordenadas de localização. Um traço de linha de relógio será representado por um código de comando de desenho junto com uma série de localizações de coordenadas para cada vértice do traço.

A razão para esses códigos de comando é que os arquivos Gerber foram originalmente projetados para acionar um plotter que criaria as camadas de uma Placa de Circuito Impresso em filme. Este fotoplotter usaria luz de uma lâmpada ou laser para expor o filme que, então, seria usado para criar as ferramentas necessárias pelo fabricante de PCB. Os diferentes códigos fariam a luz piscar, desenhar com a luz ou mover sem a luz. Também havia códigos para determinar o tamanho e a forma da luz conhecidos como aberturas. Embora ainda amplamente utilizados hoje na fabricação de placas de circuito impresso, os fotoplotters tradicionais estão começando a ser substituídos por técnicas de imagem direta a laser (LDI) onde as informações Gerber são diretamente imagens nos materiais da placa de circuito.

Se você usasse um visualizador de Gerber para recriar as informações acima graficamente, obteria a saída mostrada abaixo. Como podemos ver, essas informações são para uma camada de silkscreen (camada de sobreposição superior).

Agora, porque isso é uma camada de silkscreen, você consegue identificar o erro no desenho Gerber mostrado acima? O contorno da placa, os contornos dos conectores e os contornos do painel estão todos claramente visíveis neste arquivo Gerber! Normalmente, estes ocupariam suas próprias camadas e seriam armazenados em seus próprios arquivos Gerber. O problema acima pode ser intencional, como se você quisesse usar os Gerbers para criar um desenho de fabricação/montagem, ou pode ser acidental devido às configurações no seu gerador de arquivos Gerber. Como isso pode acontecer se cada arquivo Gerber deve corresponder apenas a uma camada?

Uma coisa que você pode fazer com sua ferramenta de geração de arquivos Gerber é espelhar uma camada mecânica em todos os seus arquivos Gerber. Isso é útil, por exemplo, para colocar o contorno da placa em todos os seus Gerbers. Você poderia até configurar uma exportação especial que mesclará um conjunto específico de camadas em um único arquivo Gerber, que você poderia então usar para múltiplos propósitos. Um exemplo é a criação de um desenho de fabricação; um desenho Gerber pode ser exportado em um formato de arquivo neutro em relação ao fornecedor, como um arquivo DXF. Isso permite que você use um desenho Gerber dentro de outra ferramenta para criar desenhos de fabricação ou montagem Gerber mais especializados.

Formatos de Arquivo Gerber

Com o tempo, os formatos de arquivo Gerber mudaram em termos de como os dados são estruturados, mas todos eles possibilitam o objetivo final de reproduzir a placa e criar estênceis para fabricação. Existem três formatos básicos de arquivo Gerber:

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

Os arquivos Gerber originais eram conhecidos como o formato RS-274-D. Esses arquivos iniciais eram compostos apenas pelas localizações das coordenadas XY e pelos comandos de desenho e flash. Como designers de PCB, tínhamos que atribuir manualmente códigos de abertura durante o processo de criação do arquivo Gerber. Posteriormente, todos os dados de abertura seriam extraídos para um arquivo separado junto com os parâmetros de configuração. Era necessário ser diligente ao atribuir os códigos corretos para criar arquivos Gerber precisos para a fabricação de PCB.

Se você está criando arquivos Gerber hoje a partir do seu sistema CAD para a fabricação de PCB, provavelmente está usando o formato RS-274-X. Esta versão combina todos os quatro elementos dos dados Gerber (parâmetros de configuração, aberturas, coordenadas XY, comandos de desenho e flash) em um único arquivo. A função de cada camada é definida pela extensão do arquivo. Você também notará que seu sistema CAD provavelmente atribuirá automaticamente posições de abertura, eliminando a chance de erros de entrada humana.

Nos últimos anos, uma nova versão do formato Gerber tornou-se disponível, incluindo dados adicionais. Arquivos Gerber X2 incluirão informações como a função da camada daquele arquivo, funções de objeto como tipos de pad, localizações de trilhas controladas por impedância e muito mais. Em relação à função da camada, essa informação será escrita dentro do arquivo, em vez de usar uma extensão de arquivo específica para denotar o tipo de camada. O objetivo é aprimorar o formato Gerber para torná-lo mais parecido com um banco de dados como ODB++ enquanto ainda mantém a capacidade legada de acionar fotoplotadores e sistemas LDI.

• Saiba mais sobre formatos de arquivo Gerber e extensões de arquivo

O Que Isso Significa Para Você?

A maioria dos pacotes de software de design de PCB pode pelo menos exportar arquivos Gerber, mesmo que não possuam um visualizador de desenhos Gerber integrado ou recurso de comparação Gerber. Como designer de PCB, seu trabalho é garantir que você entenda as extensões de arquivo Gerber básicas, quais dados estão contidos em diferentes arquivos Gerber e revisar brevemente os Gerbers antes de enviá-los para fabricação. Alguns fabricantes ainda podem exigir listas de aberturas separadas ou outros arquivos de dados, e você precisa saber para que servem esses arquivos e como criá-los. Uma rápida revisão dos seus arquivos de desenho Gerber antes de enviá-los para fabricação pode ajudá-lo a identificar qualquer erro que possa atrasar a fabricação ou causar a falha total da placa acabada.

Hoje, nunca foi tão fácil entender o que é um arquivo Gerber e compartilhar seus dados de fabricação de PCB com seus fabricantes. Altium Designer^® inclui um visualizador de arquivos Gerber graças às suas ferramentas CAM integradas, e exportará automaticamente seus dados Gerber nos formatos de arquivo RS-274-X ou Gerber X2. Quando você terminar seu design e quiser liberar os arquivos para seu fabricante, a plataforma Altium 365^™ facilita a colaboração e o compartilhamento de seus projetos.

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