¿Qué son los archivos Gerber y cómo utilizarlos para la fabricación de placas de circuito impreso?

¿Qué son exactamente los archivos Gerber y por qué son tan cruciales en el mundo del diseño y la fabricación de circuitos impresos? Estos archivos tienden un puente entre el diseño y la fabricación, actuando como el vínculo esencial que transforma un concepto digital en un producto físico. Este artículo explora los distintos formatos de los archivos Gerber, cómo se utilizan y por qué son tan importantes en la fabricación de placas de circuito impreso.

¿Qué son los archivos Gerber?

Los archivos Gerber son el alma de la fabricación de placas de circuito impreso. Son el formato de archivo estándar de facto utilizado en la industria de las placas de circuito impreso para describir imágenes de placas de circuito impreso. Estos archivos abiertos en formato vectorial ASCII contienen información detallada sobre cada capa física de la placa de su diseño de PCB, como las capas de cobre, la máscara de soldadura, la leyenda, los datos de perforación, etc.

Piense en los archivos Gerber como el equivalente en el mundo de la electrónica a un PDF. Al igual que un PDF conserva el diseño y el formato exactos de un documento, los archivos Gerber conservan el diseño preciso de una placa de circuito impreso. Se tratan como archivos de imagen que representan cada capa de fabricación de una placa de circuito impreso, lo que garantiza que el fabricante pueda reproducir con precisión su diseño.

Cada archivo Gerber suele representar una única capa de la placa de circuito impreso. Por ejemplo, un archivo puede contener información sobre la capa superior de cobre, mientras que otro describe la máscara de soldadura inferior. Este enfoque por capas permite realizar diseños de PCB increíblemente detallados y precisos.

Los fabricantes de placas de circuito impreso utilizan estos archivos para traducir los intrincados detalles de un diseño en las propiedades físicas de la placa. Los datos de los archivos Gerber guían a las máquinas en todas las fases del proceso de producción, desde la creación de las trazas de cobre hasta la aplicación de la máscara de soldadura.

Los archivos Gerber suelen generarse mediante software de diseño de PCB (CAD). Una vez que un ingeniero ha terminado el diseño de su circuito, utiliza este software para crear los archivos Gerber que se enviarán al fabricante. Este proceso garantiza que la visión del diseñador se comunique con precisión al equipo de producción.

Formatos de archivo Gerber

El mundo de los archivos Gerber ha evolucionado con el tiempo y se han desarrollado varios formatos para satisfacer las necesidades cambiantes de la industria de las placas de circuito impreso.

RS-274-D

RS-274-D, también conocido como Standard Gerber, es uno de los formatos de archivo Gerber más antiguos. Se utilizó originalmente para máquinas de control numérico y posteriormente se adaptó para fotoplotters. Este formato era un subconjunto de la especificación RS-274-D de la Electronic Industries Association.

El Gerber estándar era un formato ASCII sencillo que consistía en comandos y coordenadas XY. Aunque cumplió su función durante muchos años, tenía limitaciones. Por ejemplo, no incluía información sobre la unidad de coordenadas ni definiciones de apertura, lo que a menudo daba lugar a confusiones y errores.

Vale la pena señalar que RS-274-D ya no es soportado por su desarrollador UCAMCO y se considera obsoleto. Si te encuentras con este formato, lo mejor es que lo conviertas a una versión más moderna.

RS-274X

RS-274X, también conocido como Extended Gerber o X-Gerber, se desarrolló para solucionar los defectos del RS-274-D. Publicado en septiembre de 1998, este formato mejoró significativamente a su predecesor.

RS-274X es un formato ASCII legible por humanos que incluye unidades incrustadas, definiciones de apertura y otra información crucial. Este formato autónomo permite estructuras de múltiples capas y rellenos de polígonos especiales, lo que minimiza los errores de fotoploteado al eliminar la introducción manual de datos.

RS-274X contiene la descripción completa de una imagen de capa de PCB sin necesidad de archivos externos. Esta naturaleza autónoma lo hace mucho más fiable y fácil de trabajar que su predecesor.

Gerber X2

Gerber X2 es el último formato de archivo Gerber, lanzado en 2014. Incluye software CAM avanzado y se basa en los puntos fuertes de RS-274X al tiempo que añade nuevas funciones.

La mejora más significativa de Gerber X2 es la incorporación de metadatos a la imagen. Esto permite a los diseñadores asignar atributos a las características dentro del archivo Gerber, proporcionando información aún más detallada sobre el diseño de la PCB.

Gerber X2 incluye información como la función de capa, las funciones de objeto y las ubicaciones de las trazas controladas por impedancia. Estos datos adicionales hacen que el proceso de fabricación sea aún más preciso y reducen las posibilidades de interpretaciones erróneas.

Los archivos X2 suelen utilizar la extensión .GBR para todos los archivos, lo que elimina la necesidad de extensiones de archivo intuitivas. La ubicación real en el apilamiento de PCB puede codificarse como parte de los datos en los archivos .GBR, lo que permite a las utilidades de visualización Gerber reconstruir el apilamiento con precisión.

ODB++

Aunque no es estrictamente un formato Gerber, merece la pena mencionar ODB++, ya que a veces se utiliza junto con o en lugar de los archivos Gerber. ODB++ es un formato de archivo autoextraíble con un formato de entrada estandarizado que lo incluye todo.

Desarrollado para abordar algunas de las limitaciones de los archivos Gerber, ODB++ ayuda a automatizar el apilado, la colocación de taladros y el etiquetado. Está diseñado para reducir los errores humanos mediante la automatización de la mayoría de los procesos.

Sin embargo, el uso de ODB++ no está tan extendido como el de los formatos Gerber. Aunque ofrece algunas ventajas, sobre todo para diseños complejos, muchos fabricantes siguen prefiriendo la sencillez y universalidad de los archivos Gerber.

Extensiones de archivo Gerber

Comprender las extensiones de los archivos Gerber es crucial para un diseño y fabricación de PCB eficaces. Estas extensiones indican la capa o función que representa cada archivo, lo que ayuda tanto a los diseñadores como a los fabricantes en la fabricación de PCB.

La extensión estándar de los archivos Gerber es .GBR o .gbr, aunque también puede encontrar extensiones como .GB, .geb o .gerber. Sin embargo, son las extensiones específicas las que proporcionan información más detallada sobre el contenido de cada archivo.

Las extensiones más comunes son:

• GTL (capa superior)
• .GBL (capa inferior)
• .GTO (Pantalla de seda superior)
• .GBO (Serigrafía inferior)
• .GTS (Máscara de soldadura superior)
• .GBS (Máscara de soldadura inferior)
• .GKO (Esquema del tablero)

Cada una de estas extensiones corresponde a una capa o función específica del diseño de la placa de circuito impreso. Por ejemplo, un archivo con la extensión .GTL contiene información sobre la capa superior de cobre de la placa de circuito impreso.

En el último formato Gerber X2, el atributo .FileFunction se ha convertido en el método estandarizado para vincular cada capa de la PCB con su correspondiente archivo Gerber en los datos de fabricación. Este atributo proporciona información aún más precisa sobre el contenido y la finalidad del archivo.

Los archivos RS-274-X utilizan extensiones en el formato "GXY" para denotar funciones específicas y asignaciones de capas. Por otro lado, los archivos X2 suelen utilizar la extensión .GBR para todos los archivos, confiando en los metadatos incrustados para distinguir entre capas.

Generación de archivos Gerber a partir de software CAD

Ahora que ya sabemos qué son los archivos Gerber y sus distintos formatos, ¿cuál es el proceso de generación de estos archivos cruciales a partir de un software CAD? Aunque los pasos exactos pueden variar en función del software específico, el proceso general sigue siendo similar en todas las plataformas.

Paso 1: Complete su diseño de PCB

Antes de generar archivos Gerber, asegúrese de que su diseño de PCB está completo y se ha comprobado minuciosamente en busca de errores. Esto incluye la verificación de todas las conexiones, la colocación de los componentes y la comprobación de las reglas de diseño.

Paso 2: Acceder a la herramienta de generación de archivos Gerber

En la mayoría de los programas de diseño de PCB, encontrará una opción para generar o exportar archivos Gerber. Puede estar en una opción de menú como "Archivo", "Exportar" o "Salidas de fabricación".

Paso 3: Seleccionar las capas a exportar

Necesitará exportar archivos Gerber para cada capa de su PCB. Esto normalmente incluye:

• Capas de cobre superior e inferior
• Máscara de soldadura superior e inferior
• Serigrafía superior e inferior
• Esquema del Consejo
• Archivos de perforación (a menudo en formato Excellon)

Asegúrese de seleccionar todas las capas necesarias para su diseño.

Paso 4: Elija el formato Gerber

Seleccione el formato Gerber adecuado. Aunque debería consultarlo con su fabricante, en general se recomienda RS-274X o Gerber X2 para la fabricación moderna de placas de circuito impreso.

Paso 5: Establezca las unidades y la precisión

Elija las unidades (pulgadas o milímetros) y establezca la precisión. Un ajuste habitual es 2:4 o 2:5, es decir, 2 dígitos antes del punto decimal y 4 o 5 después.

Paso 6: Configurar otros ajustes

Dependiendo de su software, puede que necesite configurar ajustes adicionales como aperturas, formatos de perforación y polaridades de capa. En caso de duda, consulte la documentación del software o las directrices del fabricante.

Paso 7: Generar los archivos

Una vez configurados todos los ajustes, genere los archivos Gerber. Su software creará un conjunto de archivos, cada uno representando una capa o aspecto diferente de su diseño PCB.

Paso 8: Verificar el resultado

Antes de enviar los archivos al fabricante, es fundamental verificarlos. Trataremos este proceso en la siguiente sección.

Recuerde que, aunque este proceso pueda parecer complejo, en realidad es bastante sencillo una vez que se comprenden los pasos clave. Compruebe siempre los ajustes de exportación antes de generar archivos Gerber para garantizar la precisión y evitar problemas de fabricación.

Visualización y verificación de archivos Gerber

Verificar los archivos Gerber antes de enviarlos a los fabricantes no es opcional, sino esencial. Este paso puede reducir significativamente los errores de fabricación y los retrasos. Pero, ¿cómo se visualizan y verifican exactamente estos archivos?

Paso 1: Elija un visor Gerber

Existen varios visualizadores Gerber, tanto como software local como herramientas en línea. Algunas opciones populares son:

• Gerbv (código abierto, multiplataforma)
• FlatCAM (código abierto, multiplataforma)
• ViewMate (gratuito, Windows)
• GerberLogix (gratuito, Windows)
• Visores en línea como el que ofrece el JLCPCB

Elige un visor compatible con tu sistema operativo y el formato Gerber que estés utilizando.

Paso 2: Cargue sus archivos Gerber

Abra el visor Gerber que haya elegido y cargue los archivos Gerber. La mayoría de los visores permiten arrastrar y soltar los archivos o utilizar un cuadro de diálogo de selección de archivos.

Paso 3: Comprobar el orden de las capas

Asegúrese de que todas las capas están presentes y en el orden correcto. Si su visor Gerber no entiende la extensión de formato Gerber y no puede determinar la ubicación en la pila de capas, podría mostrar las capas fuera de orden (normalmente en orden alfabético). En este caso, es posible que tenga que ordenar manualmente las capas.

Paso 4: Verificar las dimensiones de la placa

Compruebe que el contorno del tablero es correcto y que todas las capas se alinean correctamente con este contorno.

Paso 5: Inspeccionar cada capa

Examine cuidadosamente cada capa:

• Capas de cobre: Compruebe si hay trazas rotas, conexiones involuntarias o falta de almohadillas.
• Máscara de soldadura: Asegúrese de que todas las almohadillas que deben estar expuestas lo estén.
• Serigrafía: Compruebe que todo el texto es legible y no se solapa con almohadillas o vías.
• Capa de perforación: Confirme que todos los agujeros están presentes y tienen el tamaño correcto.

Paso 6: Comprobar si se infringen las normas de diseño

Algunos visualizadores Gerber pueden realizar comprobaciones básicas de las reglas de diseño. Utilice esta función si está disponible para detectar cualquier infracción de la anchura mínima de trazado, la separación, etc.

Paso 7: Comparación con el diseño original

Si es posible, compare la vista Gerber con su diseño CAD original. Esto puede ayudar a detectar cualquier discrepancia que pueda haberse producido durante el proceso de exportación.

Paso 8: Abordar cualquier problema

Si encuentra algún problema, vuelva a su software de diseño de PCB, realice las correcciones necesarias y genere nuevos archivos Gerber. A continuación, repita el proceso de verificación.

Utilización de archivos Gerber en la fabricación de placas de circuito impreso

¿Alguna vez se ha preguntado cómo un diseño digital se convierte en una placa de circuito impreso física? Aquí es donde realmente brillan los archivos Gerber. Son el vínculo fundamental entre el diseño de la placa de circuito impreso y el proceso de fabricación, ya que guían cada paso de la fabricación.

Cuando envía archivos Gerber a un fabricante de PCB, le está proporcionando un plano detallado de su placa. Cada archivo Gerber representa una capa de la placa física, como las capas de cobre, la máscara de soldadura, la leyenda o la seda. Juntos, estos archivos proporcionan una imagen completa de su diseño de PCB.

El proceso suele desarrollarse del siguiente modo:

1. Recepción y verificación de expedientes: En primer lugar, el fabricante recibe y verifica sus archivos Gerber. Comprobará si hay errores evidentes o falta información.
2. Generación de imágenes: Los archivos Gerber se utilizan para crear películas fotográficas o imágenes digitales directas para cada capa de la placa de circuito impreso. Estas imágenes guían la creación de cada capa física.
3. Creación de capas: Utilizando las imágenes generadas a partir de los archivos Gerber, el fabricante crea cada capa de la placa de circuito impreso. Para las capas de cobre, esto implica grabar el cobre no deseado, dejando sólo las trazas y almohadillas definidas en su diseño.
4. Perforación: Aunque no forman parte estrictamente de los archivos Gerber (los datos de perforación suelen estar en formato Excellon), el proceso de perforación se guía por los datos que a menudo se presentan junto con los archivos Gerber.
5. Alineación y prensado de capas: Las capas individuales se alinean cuidadosamente y se prensan entre sí para formar la placa de circuito impreso completa.
6. Aplicación de máscara de soldadura y serigrafía: Las capas de máscara de soldadura y serigrafía, definidas por sus respectivos archivos Gerber, se aplican a la placa.
7. Inspección final: La placa terminada se inspecciona para garantizar que se ajusta a las especificaciones proporcionadas en los archivos Gerber.

Los archivos Gerber son muy versátiles a la hora de guiar el proceso de fabricación de placas de circuito impreso. Proporcionan instrucciones precisas para crear cada aspecto de la placa, desde la anchura y la ubicación de las trazas hasta el tamaño y la forma de las almohadillas.

Los archivos Gerber pueden proporcionar la información más necesaria, pero los fabricantes pueden necesitar detalles adicionales para determinadas especificaciones. Por ejemplo, los archivos Gerber no suelen incluir información sobre el color de la máscara de soldadura y la serigrafía, los requisitos de panelización, el acabado de los pads, el peso del cobre y el grosor de la placa. Estos detalles suelen facilitarse por separado o se consultan con el fabricante.

Solución de problemas comunes con archivos Gerber

¿Se ha encontrado alguna vez con un misterioso error de archivo Gerber? No es el único. A pesar de su papel crucial en la fabricación de placas de circuito impreso, los archivos Gerber pueden ser a veces una fuente de frustración. Veamos algunos problemas comunes y cómo resolverlos.

Capas duplicadas

Un problema frecuente es la aparición de "capas duplicadas" al enviar archivos Gerber a un fabricante. Esto puede ocurrir si envía el archivo zip al mismo directorio que los Gerbers, o debido a una configuración incorrecta en su software CAD.

Solución: Compruebe siempre el contenido de su archivo zip antes de enviarlo. Asegúrese de que no hay archivos duplicados y de que la asignación de capas es correcta. Si utiliza KiCad, tenga cuidado de no marcar ninguna casilla en "Plot on All Layers" a menos que sea necesario.

Formatos de archivo incorrectos

El uso de un formato de archivo obsoleto como Gerber 274D puede causar problemas con los procesos de fabricación modernos.

Solución: Utilice Gerber X2 o al menos Gerber 274X. Consulte a su fabricante para confirmar su formato preferido.

Esquemas del tablero que faltan

La ausencia de un esquema de placa definido puede ser un problema importante a la hora de fabricar su placa de circuito impreso.

Solución: Asegúrese de incluir un esquema de la placa en sus archivos Gerber. Puede ser un archivo independiente o incluirse en cada capa del conjunto de datos.

Etiquetas de archivos confusas

Una nomenclatura de archivos poco clara o incoherente puede dar lugar a errores en el proceso de fabricación.

Solución: Utilice convenciones de nomenclatura claras y coherentes para sus archivos Gerber. Cada nombre de archivo debe reflejar la capa de la placa que representa y ser fácilmente interpretable.

Formatos incorrectos de archivos de perforación

Los problemas con los formatos de los archivos de perforación pueden causar problemas al importar el archivo para su fabricación.

Solución: Utilice el formato de archivo NC Drill, que es el estándar del sector. Asegúrese de que la cabecera del archivo indica claramente el formato.

Desalineación de capas

Cuando las capas no están bien alineadas, puede ser necesaria una alineación manual por parte del fabricante, lo que introduce posibles errores.

Solución: Cuando sea posible, haga que sus archivos Gerber se registren en un punto de datos común. Esto ayuda a garantizar la correcta alineación de todas las capas.

Rellenos vectoriales para capas planas

El uso de rellenos vectoriales para capas planas o capas con áreas de escudo puede dar lugar a archivos Gerber de gran tamaño y requerir un procesamiento adicional.

Solución: Para las áreas a rellenar, utilice datos "raster" o "contorno" en lugar de rellenos vectoriales.

Capas compuestas

Algunos programas de diseño de PCB utilizan capas compuestas para crear una capa, lo que puede causar confusión.

Solución: Combina todas las capas compuestas y las emite como una única capa Gerber.

Almohadillas vectorizadas

Los pads compuestos por muchos vectores pequeños pueden requerir un tiempo de procesamiento adicional.

Solución: Utilice almohadillas flash en lugar de almohadillas vectorizadas siempre que sea posible.

Datos Gerber vacíos o dañados

Esto puede deberse a una configuración incorrecta del software CAD.

Solución: Verifique siempre sus archivos Gerber utilizando un visor Gerber antes de enviarlos. Compruebe cuidadosamente la configuración de su software CAD.

Archivos Gerber frente a otros formatos de archivos PCB

Con tantos formatos de archivo PCB disponibles, ¿por qué los archivos Gerber siguen siendo el estándar del sector? Para responder a esta pregunta, comparemos los archivos Gerber con otros formatos de PCB y conozcamos sus puntos fuertes y débiles.

Gerber contra ODB

ODB++ es uno de los principales competidores del formato Gerber. Desarrollado en 1992, ODB++ pretende solventar algunas de las limitaciones de Gerber.

Gerber:

• Ampliamente aceptada y respaldada
• Sencillo y fácil de interpretar
• Contiene sólo datos de imagen

ODB++:

• Contiene información más completa (datos eléctricos, especificaciones de materiales)
• Apoya la automatización del proceso de fabricación
• Puede reducir el número de archivos necesarios

Aunque ODB++ ofrece algunas ventajas, sobre todo para diseños complejos, los archivos Gerber siguen siendo más utilizados debido a su sencillez y aceptación universal.

Gerber frente a IPC-2581

IPC-2581 es una norma de código abierto que, al igual que ODB++, pretende ofrecer datos de PCB más completos.

Gerber:

• Estándar industrial con amplio apoyo
• Formato más sencillo
• Requiere archivos separados para los distintos aspectos del diseño

IPC-2581:

• Formato de archivo único que contiene todos los datos de PCB
• Incluye información sobre apilamiento y propiedades de los materiales
• Norma abierta, no controlada por ninguna empresa

Aunque IPC-2581 ofrece algunas funciones atractivas, aún no ha logrado la adopción generalizada de los archivos Gerber.

Otros formatos

Otros formatos de PCB son:

• IPC-D-350 C
• DXF
• PDF
• EDIF
• GenCAM (IPC-2511A e IPC-2511B)
• PASO AP210

Cada uno de estos formatos tiene sus propios puntos fuertes y casos de uso, pero ninguno ha desplazado a Gerber como estándar de facto para la fabricación de placas de circuito impreso.

Por qué Gerber sigue siendo dominante

Los archivos Gerber son notablemente resistentes frente a formatos más nuevos y complejos. Esto se debe a varios factores:

1. Apoyo universal: Prácticamente todos los fabricantes de PCB admiten archivos Gerber, lo que los convierte en una opción segura para los diseñadores.
2. Simplicidad: La relativa simplicidad de los archivos Gerber facilita su generación, lectura y resolución de problemas.
3. Historia: Como estándar de la industria desde hace mucho tiempo, hay una gran cantidad de conocimientos y herramientas disponibles para trabajar con archivos Gerber.
4. Mejora continua: El formato Gerber no se ha quedado quieto. Actualizaciones como Gerber X2 han añadido funciones para abordar algunas de las limitaciones del formato.

Una buena regla general es guiarse por los formatos admitidos por el fabricante. Si aceptan archivos Gerber (como la mayoría), no suele haber motivo para complicar el proceso utilizando un formato diferente.

Limas Excellon para perforación de placas de circuito impreso

¿Alguna vez se ha preguntado cómo saben exactamente los fabricantes de placas de circuito impreso dónde perforar los orificios de su placa? Archivos Excellon. Aunque no forman parte estrictamente del formato Gerber, los archivos Excellon son compañeros cruciales de los archivos Gerber en el proceso de fabricación de placas de circuito impreso.

Los archivos Excellon se utilizan habitualmente para describir los orificios de una placa de circuito impreso, proporcionando instrucciones de CNC (control numérico por ordenador) para las máquinas de taladrado. Suelen proporcionarse a los fabricantes de PCB junto con un conjunto de archivos Gerber, completando así la información necesaria para la fabricación de la placa.

El formato más utilizado es Enhanced Excellon (o Excellon versión 2). Este formato está diseñado para manejar máquinas de taladrado y fresado CNC con eficacia y precisión.

Entre los componentes clave de los archivos Excellon se incluyen:

1. Definiciones de herramientas: Especifican los tamaños de las brocas que deben utilizarse.
2. Coordenadas del agujero: Coordenadas X e Y precisas para cada orificio a perforar.
3. Agujeros chapados frente a no chapados: Información sobre los orificios que deben atravesarse y los que no.

Al generar archivos Excellon, los ajustes clave a tener en cuenta incluyen:

• Capas: Especifique qué capas contienen información de taladros (por ejemplo, Taladros, Agujeros, Vías chapadas, Vías sin chapar).
• Tamaños de herramientas: Asegúrese de que se incluyen todos los tamaños de herramienta necesarios.
• Supresión cero: Normalmente debe estar desactivado.
• Origen: Normalmente se establece en "absoluto" para mantener la coherencia con los archivos Gerber.

Los archivos Excellon garantizan un taladrado preciso de las placas de circuito impreso. Funcionan en tándem con los archivos Gerber para proporcionar un conjunto completo de instrucciones para la fabricación de PCB. Mientras que los archivos Gerber definen las trazas de cobre, la máscara de soldadura y otra información sobre las capas, los archivos Excellon garantizan que los orificios para las vías, los componentes pasantes y el montaje se coloquen exactamente donde se necesitan.