Что такое файл Gerber и как он используется в процессе изготовления печатных плат?

Все контактные площадки и дорожки на вашей печатной плате в конечном итоге должны быть изготовлены. Как именно вы переводите данные вашей компоновки из CAD-системы в инструкции для производства? Ответ прост: генерируйте выходные файлы в подходящем формате. Сегодня существует несколько вариантов выходных файлов, которые вы можете создать для вашего проекта, но подавляющее большинство ваших проектов, скорее всего, будет использовать формат файла Gerber. Другие доступные форматы файлов результатов проектирования - это ODB++ и IPC-2581.

Что такое файл Gerber и что именно они передают? Мы рассмотрим некоторые примеры данных Gerber в текстовом и графическом формате, а также то, как эта информация используется в процессе изготовления печатных плат производителем.

Файлы Gerber: Первый шаг в процессе изготовления печатных плат

Когда вы проектируете печатную плату в CAD-системе, вы видите все различные материалы и элементы на плате, представленные разными стилями линий и форм. Каким-то образом эти графические изображения должны быть переформатированы в данные, которые компания по производству печатных плат может использовать для создания голой печатной платы. Эта начальная задача в процессе изготовления печатных плат выполняется с помощью файлов Gerber.

Так что же такое файл Gerber?

Файлы Gerber хранят всю информацию о форме и расположении каждого элемента в компоновке печатной платы. В общем случае, каждый слой ваших данных компоновки ПП будет размещен в своем собственном файле Gerber. Идея заключается в том, что отдельные слои могут использоваться для подготовки трафаретов для каждого этапа процесса изготовления и сборки. В некоторых случаях, например, при создании чертежей сверления или чертежей изготовления Gerber, несколько слоев могут быть объединены в один файл путем отражения механических слоев в ваших выходных данных Gerber.

Что касается данных, которые хранятся в файле Gerber, данные в файле Gerber являются читаемыми для человека, хотя и не обязательно интерпретируемыми. Данные файла Gerber хранятся в текстовом файле ASCII и включают в себя следующие четыре элемента:

1. Параметры конфигурации

2. Определения апертур

3. Координаты XY для команд рисования и вспышки

4. Коды команд рисования и вспышки

Если вы соберете все слои вместе и уложите их друг на друга в объединенном виде с помощью приложения для просмотра Gerber, вы получите что-то, что выглядит как простой пример, показанный ниже.

В этом виде мы можем четко видеть, что роль просмотрщика Gerber заключается в воссоздании вида макета печатной платы, как если бы вы смотрели его в вашем программном обеспечении ECAD. Это тот вид, который производители будут использовать для первоначального осмотра вашей платы перед предоставлением котировки. Более специализированное программное обеспечение CAM, предназначенное специально для файлов Gerber, может использоваться для выполнения различных проверок DFM, которые в основном касаются зазоров; затем эти данные будут сообщены вам для любых необходимых обновлений перед переходом к изготовлению печатных плат.

• Узнайте больше о утилитах просмотра Gerber и сравнении файлов Gerber

Один из вопросов, который часто задают на форумах в интернете, - как обратно разработать или реконструировать макет печатной платы в программе CAD из файла чертежа Gerber. Интерпретируя информацию в слоях Gerber (медь против шелкографии и т. д.) вместе с перечнем соединений и данными о компонентах в BOM, вы могли бы реконструировать макет печатной платы только из файлов Gerber и других данных изготовления. Я никогда не испытывал необходимости и не имел склонности это делать, но существует процесс для этого в Altium Designer.

Данные в файлах Gerber

Давайте рассмотрим некоторые примеры данных в файлах Gerber. Если вы откроете данные Gerber в текстовом редакторе, вы сможете прочитать ASCII данные в файле и изменить их самостоятельно. Некоторые производители делают это вручную при исправлении некоторых проблем с дизайном, а затем проверяют свои изменения с помощью просмотрщика Gerber. Ниже показан фрагмент из файла Gerber (формат RS-274-X) для верхнего слоя наложения в компоновке печатной платы.

Есть несколько вещей, которые мы можем увидеть, что являются отчасти читаемыми для человека в этом примере файла Gerber (обратите внимание на тег Altium Designer, использованный в заголовке), но все остальное не обязательно предназначено для чтения человеком. Если бы вы действительно хотели, вы могли бы посмотреть руководства по формату файла Gerber от Ucamco и научиться читать каждую из этих записей.

Просмотр файлов Gerber

Точный вид печатной платы, который вы видите, зависит от инструмента просмотра, который вы используете для воссоздания вашей платы. Большинство систем САПР для ПП имеют возможность генерировать файлы Gerber из данных проектирования. Круглые контактные площадки сквозного вывода будут представлены в файле Gerber командой вспышки вместе с некоторыми координатами расположения. Трасса линии часов будет представлена кодом команды рисования вместе с серией координат расположения для каждой вершины трассы.

Причина этих кодов команд заключается в том, что файлы Gerber изначально были разработаны для управления плоттером, который создавал слои печатной платы на пленке. Этот фотоплоттер использовал свет от лампы или лазера для экспонирования пленки, которая затем использовалась для создания инструментов, необходимых производителю ПП. Различные коды либо вспыхивали светом, рисовали светом или перемещались без света. Также были коды для определения размера и формы света, известные как апертуры. Хотя сегодня файлы Gerber все еще широко используются в производстве печатных плат, традиционные фотоплоттеры начинают заменяться техниками лазерного прямого образования (LDI), где информация Gerber непосредственно проецируется на материалы печатной платы.

Если бы вы использовали просмотрщик Gerber для графического воссоздания вышеупомянутой информации, то получили бы результат, показанный ниже. Как мы видим, эта информация предназначена для слоя шелкографии (верхний защитный слой).

Теперь, поскольку это слой шелкографии, можете ли вы заметить ошибку на показанном выше чертеже Gerber? Контур платы, контуры разъемов и контуры панелей все четко видны в этом файле Gerber! Обычно они занимали бы свои собственные слои и хранились бы в своих собственных файлах Gerber. Указанная проблема может быть намеренной, например, если вы хотели использовать файлы Gerber для создания чертежа изготовления/сборки, или это может быть случайностью из-за настроек в вашем генераторе файлов Gerber. Как это вообще возможно, если каждый файл Gerber должен соответствовать только одному слою?

Одна из вещей, которую вы можете сделать с помощью инструмента для генерации файлов Gerber, - это отразить механический слой во всех ваших файлах Gerber. Это полезно, например, для размещения контура платы во всех ваших файлах Gerber. Вы даже можете настроить специальный экспорт, который объединит определенный набор слоев в один файл Gerber, который затем можно использовать для различных целей. Один из примеров - создание чертежа изготовления; чертеж Gerber может быть экспортирован в формате файла, нейтральном к поставщику, таком как файл DXF. Это позволяет использовать чертеж Gerber в другом инструменте для создания более специализированных чертежей изготовления или сборки Gerber.

Форматы файлов Gerber

Со временем форматы файлов Gerber изменились в плане структурирования данных, но все они позволяют достичь конечной цели - воспроизведения платы и создания трафаретов для изготовления. Существует три основных формата файлов Gerber:

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

Исходные файлы Gerber были известны как формат RS-274-D. Эти ранние файлы состояли только из координат XY и команд рисования и вспышки. Как дизайнеры печатных плат, мы должны были вручную назначать коды апертуры в процессе создания файла Gerber. Позже все данные об апертуре извлекались в отдельный файл вместе с параметрами конфигурации. Вам нужно было быть внимательным при назначении правильных кодов, чтобы создать точные файлы Gerber для производства печатных плат.

Если сегодня вы создаете файлы Gerber из вашей CAD-системы для производства печатных плат, скорее всего, вы используете формат RS-274-X. Эта версия объединяет все четыре элемента данных Gerber (параметры конфигурации, апертуры, координаты XY, команды рисования и вспышки) в один файл. Функция каждого слоя определяется расширением файла. Вы также заметите, что ваша CAD-система, скорее всего, автоматически назначит позиции апертур, исключая возможность ошибок человеческого ввода.

За последние несколько лет появилась новая версия формата Gerber, которая включает дополнительные данные. Файлы Gerber X2 будут содержать информацию, такую как функция слоя данного файла, функции объектов, такие как типы площадок, расположение трасс с контролируемым импедансом и многое другое. Что касается функции слоя, эта информация будет записана внутри файла, вместо использования специфического расширения файла для обозначения типа слоя. Цель состоит в том, чтобы улучшить формат Gerber, сделав его более похожим на базу данных, такую как ODB++, сохраняя при этом наследственную способность управлять фотоплоттерами и системами LDI.

• Узнайте больше о форматах файлов Gerber и расширениях файлов

Что это значит для вас?

Большинство программных пакетов для проектирования печатных плат могут по крайней мере экспортировать файлы Gerber, даже если они не имеют встроенного просмотрщика чертежей Gerber или функции сравнения Gerber. Как разработчик печатных плат, ваша задача - убедиться, что вы понимаете основные расширения файлов Gerber, какие данные содержатся в различных файлах Gerber, и провести предварительный просмотр Gerber перед отправкой их на изготовление. Некоторые производители могут все еще требовать отдельные списки апертур или другие файлы данных, и вам нужно знать, что эти файлы делают и как их создать. Быстрый просмотр ваших файлов чертежей Gerber перед отправкой на изготовление может помочь вам обнаружить любую ошибку, которая может задержать производство или привести к полному отказу готовой платы.

Сегодня понять, что такое файл Gerber, и поделиться данными о производстве печатных плат с вашими производителями, стало проще, чем когда-либо. Altium Designer^® включает в себя просмотрщик файлов Gerber благодаря встроенным инструментам CAM, и он будет автоматически экспортировать ваши данные Gerber в форматах файлов RS-274-X или Gerber X2. Когда вы закончили свой проект, и вы хотите отправить файлы вашему производителю, платформа Altium 365^™ упрощает сотрудничество и обмен проектами.

Мы только начали осваивать возможности Altium Designer на Altium 365. Начните свою бесплатную пробную версию Altium Designer + Altium 365 уже сегодня.

Посмотрите Altium Designer в действии...

Мощное проектирование печатных плат