Tệp Gerber là gì và Chúng được Sử dụng như thế nào trong Quy trình Sản xuất PCB?

Tất cả các pad và đường dẫn trên bố cục PCB của bạn cuối cùng sẽ cần được sản xuất. Làm thế nào để bạn chuyển đổi dữ liệu bố cục từ hệ thống CAD của mình thành hướng dẫn sản xuất. Câu trả lời rất đơn giản: tạo các tệp đầu ra ở định dạng phù hợp. Ngày nay, có nhiều lựa chọn về tệp đầu ra bạn có thể tạo cho thiết kế của mình, nhưng phần lớn, dự án của bạn có thể sẽ sử dụng định dạng tệp Gerber. Các định dạng tệp đầu ra thiết kế khả dụng khác bao gồm ODB++ và IPC-2581.

Tệp Gerber là gì và chúng truyền đạt thông tin gì? Chúng ta sẽ xem xét một số ví dụ về dữ liệu Gerber dưới dạng văn bản và đồ họa, cũng như cách thông tin này được sử dụng trong quá trình sản xuất PCB bởi nhà sản xuất.

Tệp Gerber: Bước Đầu Tiên trong Quá Trình Sản Xuất PCB

Khi bạn thiết kế một bảng mạch in trên hệ thống CAD, bạn sẽ thấy tất cả các vật liệu và yếu tố khác nhau trên bảng được biểu diễn bằng các kiểu dòng và hình dạng khác nhau. Một cách nào đó, những hình ảnh đồ họa đó cần được tái định dạng thành dữ liệu mà công ty sản xuất PCB có thể sử dụng để tạo ra một bảng mạch trống. Nhiệm vụ đầu tiên trong quá trình sản xuất PCB này được thực hiện bằng tệp Gerber.

Vậy Tệp Gerber là gì?

Các tệp Gerber lưu trữ tất cả dữ liệu về hình dạng và vị trí cho mọi thành phần trong bố cục mạch in. Nói chung, mỗi lớp trong dữ liệu bố cục PCB của bạn sẽ được đặt vào một tệp Gerber riêng. Ý tưởng là các lớp riêng lẻ có thể được sử dụng để chuẩn bị các khuôn cho mỗi bước trong quá trình chế tạo và lắp ráp. Trong một số trường hợp, như tạo bản vẽ khoan hoặc bản vẽ chế tạo Gerber, nhiều lớp có thể được hợp nhất vào một tệp duy nhất bằng cách phản chiếu các lớp cơ khí vào đầu ra Gerber của bạn.

Về dữ liệu được lưu trữ trong một tệp Gerber, dữ liệu trong tệp Gerber có thể đọc được bởi con người, mặc dù không nhất thiết phải dễ hiểu. Dữ liệu tệp Gerber được lưu trữ trong một tệp văn bản ASCII và nó bao gồm bốn yếu tố sau:

1. Các tham số cấu hình

2. Định nghĩa khẩu độ

3. Vị trí tọa độ XY cho các lệnh vẽ và chớp

4. Mã lệnh vẽ và chớp

Nếu bạn kết hợp tất cả các lớp lại với nhau và xếp chúng lên trên nhau trong một cái nhìn kết hợp với một ứng dụng xem Gerber, bạn sẽ nhận được một cái gì đó trông giống như ví dụ đơn giản được hiển thị bên dưới.

Trong góc nhìn này, chúng ta có thể thấy rõ ràng vai trò của trình xem Gerber là tái tạo lại góc nhìn của bố cục PCB như bạn có thể xem trong phần mềm ECAD của mình. Đây là góc nhìn mà các nhà sản xuất sẽ sử dụng để kiểm tra ban đầu bảng mạch của bạn trước khi cung cấp báo giá. Phần mềm CAM chuyên biệt cho các tệp Gerber có thể được sử dụng để thực hiện một loạt các kiểm tra DFM chủ yếu liên quan đến khoảng cách rõ ràng; sau đó, những điều này sẽ được báo cáo cho bạn để cập nhật bất kỳ yêu cầu nào trước khi tiến hành sản xuất PCB.

• Tìm hiểu thêm về tiện ích trình xem Gerber và so sánh các tệp Gerber

Một câu hỏi mà bạn thường thấy được đặt ra trên các diễn đàn trên internet là làm thế nào để đảo ngược kỹ thuật, hoặc tái tạo, một bố cục PCB trong một chương trình CAD từ một tệp vẽ Gerber. Bằng cách giải thích thông tin trong các lớp Gerber (đồng so với lớp silkscreen, v.v.) cùng với netlist và dữ liệu linh kiện trong BOM, bạn có thể tái tạo một bố cục PCB chỉ từ các tệp Gerber và các dữ liệu sản xuất khác. Tôi chưa bao giờ cần hoặc có xu hướng làm điều này, nhưng có một quy trình để thực hiện điều này trong Altium Designer.

Dữ liệu trong các tệp Gerber

Hãy cùng xem xét một số ví dụ về dữ liệu trong các tệp Gerber. Nếu bạn mở dữ liệu Gerber trong một trình soạn thảo văn bản, bạn có thể đọc dữ liệu ASCII trong tệp và tự chỉnh sửa nó. Một số nhà sản xuất sẽ làm điều này bằng tay khi sửa chữa một số vấn đề thiết kế, sau đó họ sẽ kiểm tra các thay đổi của mình với một trình xem Gerber. Một đoạn trích từ một tệp Gerber (định dạng RS-274-X) cho lớp phủ trên cùng của một bố trí PCB được hiển thị dưới đây.

Có một số điều chúng ta có thể thấy là tương đối dễ đọc trong ví dụ tệp Gerber này (chú ý đến thẻ Altium Designer được sử dụng trong tiêu đề), nhưng tất cả những phần còn lại không nhất thiết được dành để đọc bởi con người. Nếu bạn thực sự muốn, bạn có thể tra cứu hướng dẫn định dạng tệp Gerber từ Ucamco và học cách đọc từng mục nhập này.

Xem Tệp Gerber

Góc nhìn về bảng mạch in cụ thể mà bạn thấy phụ thuộc vào công cụ xem bạn sử dụng để tái tạo bảng mạch của mình. Hầu hết các hệ thống CAD PCB đều có khả năng tạo ra các tệp Gerber từ dữ liệu thiết kế. Các pad tròn của một chân qua lỗ sẽ được biểu diễn trong tệp Gerber bởi một lệnh flash cùng với một số tọa độ vị trí. Một đường dẫn tín hiệu đồng hồ sẽ được biểu diễn bởi một mã lệnh vẽ cùng với một loạt các vị trí tọa độ cho mỗi đỉnh của đường dẫn.

Lý do cho các mã lệnh này là tệp Gerber ban đầu được thiết kế để điều khiển một máy vẽ sẽ tạo ra các lớp của Bảng Mạch In trên phim. Máy vẽ ảnh này sẽ sử dụng ánh sáng từ một bóng đèn hoặc laser để phơi bày phim, sau đó sẽ được sử dụng để tạo ra dụng cụ cần thiết cho nhà sản xuất PCB. Các mã khác nhau sẽ hoặc là làm sáng, vẽ bằng ánh sáng, hoặc di chuyển mà không có ánh sáng. Cũng có các mã để xác định kích thước và hình dạng của ánh sáng được gọi là khẩu độ. Mặc dù vẫn được sử dụng rộng rãi ngày nay trong sản xuất bảng mạch in, các máy vẽ ảnh truyền thống đang bắt đầu được thay thế bởi các kỹ thuậthình ảnh trực tiếp bằng laser (LDI) nơi thông tin Gerber được hình ảnh trực tiếp lên vật liệu bảng mạch.

Nếu bạn sử dụng một trình xem Gerber để tái tạo thông tin ở trên dưới dạng đồ họa, bạn sẽ nhận được kết quả hiển thị dưới đây. Như chúng ta có thể thấy, thông tin này dành cho lớp silkscreen (lớp phủ trên cùng).

Giờ đây, vì đây là một lớp silkscreen, bạn có thể phát hiện lỗi trong bản vẽ Gerber ở trên không? Đường viền bảng mạch, đường viền kết nối, và đường viền panel đều rõ ràng thấy được trong tệp Gerber này! Thông thường, những cái này sẽ nằm trên các lớp riêng của chúng và được lưu trong các tệp Gerber riêng biệt của chúng. Vấn đề trên có thể là cố ý, chẳng hạn như nếu bạn muốn sử dụng Gerbers để tạo một bản vẽ chế tạo/lắp ráp, hoặc có thể là do sơ suất vì cài đặt trong trình tạo tệp Gerber của bạn. Làm sao điều này có thể xảy ra nếu mỗi tệp Gerber chỉ tương ứng với một lớp?

Một việc bạn có thể làm với công cụ tạo file Gerber của mình là phản chiếu một lớp cơ khí vào tất cả file Gerber của bạn. Điều này hữu ích cho việc, ví dụ, đặt đường viền bảng mạch vào tất cả file Gerber của bạn. Bạn thậm chí có thể thiết lập một bản xuất khẩu đặc biệt sẽ hợp nhất một tập hợp cụ thể các lớp vào một file Gerber duy nhất, mà sau đó bạn có thể sử dụng cho nhiều mục đích. Một ví dụ là tạo một bản vẽ chế tạo; một bản vẽ Gerber có thể được xuất khẩu trong một định dạng file không phụ thuộc vào nhà cung cấp, như một file DXF. Điều này sau đó cho phép bạn sử dụng một bản vẽ Gerber bên trong công cụ khác để tạo ra các bản vẽ chế tạo hoặc lắp ráp Gerber chuyên biệt hơn.

Định dạng File Gerber

Theo thời gian, định dạng file Gerber đã thay đổi về cách cấu trúc dữ liệu, nhưng tất cả chúng đều hỗ trợ mục tiêu cuối cùng là tái tạo bảng mạch và tạo khuôn cho việc chế tạo. Có ba định dạng file Gerber cơ bản:

• RS-274-D
• RS-274-X
• Định dạng Gerber X2

Các tệp Gerber ban đầu được biết đến với định dạng RS-274-D. Những tệp đầu tiên chỉ bao gồm vị trí tọa độ XY và các lệnh vẽ & flash. Là những người thiết kế PCB, chúng tôi phải tự gán mã khẩu khẩu độ mở trong quá trình tạo tệp Gerber. Sau đó, tất cả dữ liệu khẩu độ mở sẽ được trích xuất vào một tệp riêng biệt cùng với các tham số cấu hình. Bạn phải cẩn thận trong việc gán các mã chính xác để tạo ra các tệp Gerber chính xác cho việc sản xuất PCB.

Nếu bạn đang tạo tệp Gerber ngày nay từ hệ thống CAD của mình cho việc sản xuất PCB, có lẽ bạn đang sử dụng định dạng RS-274-X. Phiên bản này kết hợp tất cả bốn yếu tố của dữ liệu Gerber (tham số cấu hình, khẩu độ mở, tọa độ XY, lệnh vẽ & flash) vào một tệp. Chức năng của mỗi lớp được xác định bởi phần mở rộng tệp. Bạn cũng sẽ nhận thấy rằng hệ thống CAD của mình rất có thể sẽ tự động gán vị trí khẩu độ mở, loại bỏ khả năng lỗi do nhập liệu của con người.

Trong vài năm qua, một phiên bản mới của định dạng Gerber đã trở nên khả dụng và bao gồm thêm dữ liệu. Các tệp Gerber X2 sẽ bao gồm thông tin như chức năng của lớp đó trong tệp, chức năng của các đối tượng như loại pad, vị trí của các đường dẫn kiểm soát trở kháng, và nhiều hơn nữa. Về chức năng lớp, thông tin này sẽ được viết bên trong tệp, thay vì sử dụng một phần mở rộng tệp cụ thể để chỉ ra loại lớp. Mục tiêu là để nâng cao định dạng Gerber để làm cho nó giống hơn với một cơ sở dữ liệu như ODB++ trong khi vẫn giữ khả năng di sản để điều khiển các máy in ảnh và hệ thống LDI.

• Tìm hiểu thêm về các định dạng tệp Gerber và phần mở rộng tệp

Điều này có ý nghĩa gì đối với bạn?

Hầu hết các gói phần mềm thiết kế PCB đều có thể xuất ít nhất là các tệp Gerber, ngay cả khi chúng không có trình xem bản vẽ Gerber tích hợp hoặc tính năng so sánh Gerber. Là một nhà thiết kế PCB, nhiệm vụ của bạn là đảm bảo bạn hiểu các phần mở rộng tệp Gerber cơ bản, dữ liệu nào được chứa trong các tệp Gerber khác nhau, và xem xét sơ bộ các tệp Gerber trước khi gửi chúng đi sản xuất. Một số nhà sản xuất có thể vẫn yêu cầu danh sách khẩu độ riêng biệt hoặc các tệp dữ liệu khác, và bạn cần biết những tệp này làm gì và cách tạo chúng. Việc xem xét nhanh các tệp bản vẽ Gerber của bạn trước khi gửi đi sản xuất có thể giúp bạn phát hiện bất kỳ lỗi nào có thể làm chậm quá trình sản xuất hoặc khiến bảng mạch hoàn thiện thất bại hoàn toàn.

Ngày nay, việc hiểu được tệp Gerber là gì và chia sẻ dữ liệu sản xuất PCB của bạn với các nhà sản xuất chưa bao giờ dễ dàng đến thế. Altium Designer^® bao gồm một trình xem tệp Gerber nhờ vào công cụ CAM tích hợp của nó, và nó sẽ tự động xuất dữ liệu Gerber của bạn dưới dạng tệp RS-274-X hoặc tệp Gerber X2. Khi bạn đã hoàn thành thiết kế của mình và muốn gửi các tệp cho nhà sản xuất, nền tảng Altium 365^™ làm cho việc hợp tác và chia sẻ các dự án của bạn trở nên dễ dàng.

Chúng tôi mới chỉ khám phá bề nổi của những gì có thể thực hiện được với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.

Xem Altium Designer trong hành động...

Thiết kế PCB Mạnh mẽ