Что такое файлы Gerber и как их использовать для изготовления печатных плат

Что такое файлы Gerber и почему они так важны в мире проектирования и производства печатных плат? Эти файлы сокращают разрыв между проектированием и производством, выступая в качестве важного звена, которое превращает цифровую концепцию в физический продукт. В этой статье мы рассмотрим различные форматы файлов Gerber, способы их использования и причины, по которым они так важны при изготовлении печатных плат.

Что такое файлы Gerber

Файлы Gerber - это жизненная сила производства печатных плат. Это де-факто стандартный формат файлов, используемый в индустрии печатных плат для описания изображений печатных плат. Эти открытые файлы векторного формата ASCII содержат подробную информацию о каждом физическом слое платы вашего проекта печатной платы, такую как слои меди, паяльная маска, легенда, данные сверления и многое другое.

Считайте, что файлы Gerber - это эквивалент PDF в мире электроники. Так же как PDF сохраняет точный макет и форматирование документа, файлы Gerber сохраняют точный дизайн печатной платы. Они рассматриваются как файлы изображений, представляющие каждый производственный слой печатной платы, что гарантирует, что производитель сможет точно воспроизвести ваш дизайн.

Каждый файл Gerber обычно представляет один слой печатной платы. Например, один файл может содержать информацию о верхнем медном слое, а другой описывает нижнюю паяльную маску. Такой многослойный подход позволяет создавать невероятно подробные и точные проекты печатных плат.

Производители печатных плат используют эти файлы для преобразования сложных деталей дизайна в физические свойства печатной платы. Данные, содержащиеся в файлах Gerber, направляют машины на всех этапах производственного процесса, от создания медных трасс до нанесения паяльной маски.

Файлы Gerber обычно создаются с помощью программного обеспечения для проектирования печатных плат (CAD). После того как инженер закончил разработку схемы, он использует это программное обеспечение для создания файлов Gerber, которые будут отправлены производителю. Этот процесс обеспечивает точную передачу замысла дизайнера производственной команде.

Форматы файлов Gerber

Мир файлов Gerber развивался с течением времени, и было разработано несколько форматов для удовлетворения меняющихся потребностей индустрии печатных плат.

RS-274-D

RS-274-D, также известный как Standard Gerber, - один из старейших форматов файлов Gerber. Изначально он использовался для станков с числовым программным управлением, а затем был адаптирован для фотоплоттеров. Этот формат был подмножеством спецификации RS-274-D Ассоциации электронной промышленности.

Стандартный Gerber представлял собой простой формат ASCII, состоящий из команд и координат XY. Хотя он служил своей цели в течение многих лет, у него были ограничения. Например, он не содержал информации о единицах координат и определении апертуры, что часто приводило к путанице и ошибкам.

Стоит отметить, что RS-274-D больше не поддерживается его разработчиком UCAMCO и считается устаревшим. Если вы столкнулись с этим форматом, лучше всего конвертировать его в более современную версию.

RS-274X

RS-274X, также известный как Extended Gerber или X-Gerber, был разработан для устранения недостатков RS-274-D. Выпущенный в сентябре 1998 года, этот формат значительно улучшил свой предшественник.

RS-274X - это человекочитаемый формат ASCII, включающий встроенные единицы измерения, определения апертуры и другую важную информацию. Этот самодостаточный формат позволяет создавать многослойные структуры и специальные полигонные заливки, сводя к минимуму ошибки фотопланирования за счет исключения ручного ввода данных.

RS-274X содержит полное описание изображения слоя печатной платы, не требуя никаких внешних файлов. Такая автономность делает его гораздо более надежным и удобным в работе, чем его предшественник.

Gerber X2

Gerber X2 - это новейший формат файлов Gerber, выпущенный в 2014 году. Он включает в себя передовое программное обеспечение CAM и опирается на сильные стороны RS-274X, добавляя новые функции.

Самым значительным улучшением в Gerber X2 является добавление метаданных к изображению. Это позволяет разработчикам присваивать атрибуты элементам в файле Gerber, предоставляя еще более подробную информацию о конструкции печатной платы.

Gerber X2 включает в себя такую информацию, как функции слоев, функции объектов и расположение трасс с контролем импеданса. Эти дополнительные данные делают процесс производства еще более точным и снижают вероятность неправильной интерпретации.

Файлы X2 обычно используют расширение .GBR для всех файлов, что устраняет необходимость в интуитивно понятных расширениях файлов. Фактическое местоположение в стеке печатной платы может быть закодировано как часть данных в файлах .GBR, что позволяет утилитам просмотра Gerber точно восстановить стек.

ODB++

Хотя ODB++ не является форматом Gerber, он заслуживает упоминания, поскольку иногда используется наряду с Gerber или вместо него. ODB++ - это самораспаковывающийся формат файлов с универсальным стандартизированным входным форматом.

Разработанный для устранения некоторых недостатков файлов Gerber, ODB++ помогает автоматизировать укладку, размещение сверл и маркировку. Он призван сократить количество человеческих ошибок за счет автоматизации большинства процессов.

Однако ODB++ не так широко используется, как форматы Gerber. Хотя он имеет некоторые преимущества, особенно для сложных конструкций, многие производители по-прежнему предпочитают простоту и универсальность файлов Gerber.

Расширения файлов Gerber

Понимание расширений файлов Gerber очень важно для эффективного проектирования и производства печатных плат. Эти расширения указывают на слой или функцию, которую представляет каждый файл, что помогает как разработчикам, так и производителям в изготовлении печатных плат.

Стандартное расширение файлов Gerber - .GBR или .gbr, но вы также можете встретить такие расширения, как .GB, .geb или .gerber. Однако именно конкретные расширения предоставляют более подробную информацию о содержимом каждого файла.

К распространенным расширениям относятся:

• .GTL (верхний слой)
• .GBL (нижний слой)
• .GTO (верхняя шелкография)
• .GBO (нижняя шелкография)
• .GTS (верхняя паяльная маска)
• .GBS (нижняя паяльная маска)
• .GKO (контур доски)

Каждое из этих расширений соответствует определенному слою или функции в конструкции печатной платы. Например, файл с расширением .GTL содержит информацию о верхнем медном слое печатной платы.

В новейшем формате Gerber X2 атрибут .FileFunction стал стандартным методом связи каждого слоя печатной платы с соответствующим файлом Gerber в данных об изготовлении. Этот атрибут предоставляет еще более точную информацию о содержании и назначении файла.

Файлы RS-274-X используют расширения в формате "GXY" для обозначения конкретных функций и назначений слоев. С другой стороны, файлы X2 обычно используют расширение .GBR для всех файлов, полагаясь на встроенные метаданные для различения слоев.

Генерация файлов Gerber из программного обеспечения CAD

Теперь, когда мы поняли, что такое файлы Gerber и их различные форматы, каков процесс создания этих важнейших файлов в CAD-программах? Хотя точные шаги могут отличаться в зависимости от конкретного программного обеспечения, общий процесс остается схожим для всех платформ.

Шаг 1: Завершите проектирование печатной платы

Перед созданием Gerber-файлов убедитесь, что конструкция печатной платы завершена и тщательно проверена на наличие ошибок. Это включает проверку всех соединений, размещения компонентов и проверку правил проектирования.

Шаг 2: Зайдите в инструмент создания файлов Gerber

В большинстве программ для проектирования печатных плат вы найдете опцию для создания или экспорта файлов Gerber. Это может быть пункт меню "Файл", "Экспорт" или "Выходные данные производства".

Шаг 3: Выберите слои для экспорта

Вам необходимо экспортировать файлы Gerber для каждого слоя печатной платы. Обычно это включает в себя:

• Верхний и нижний медные слои
• Верхняя и нижняя паяльная маска
• Шелкография сверху и снизу
• Конспект совета директоров
• Файлы бурения (часто в формате Excellon)

Убедитесь, что вы выбрали все необходимые слои для вашего дизайна.

Шаг 4: Выберите формат Gerber

Выберите подходящий формат Gerber. Хотя вам следует уточнить у производителя, для современного производства печатных плат обычно рекомендуются RS-274X или Gerber X2.

Шаг 5: Установите единицы измерения и точность

Выберите единицы измерения (дюймы или миллиметры) и задайте точность. Обычно используется значение 2:4 или 2:5, то есть 2 цифры перед десятичной точкой и 4 или 5 после.

Шаг 6: Настройте другие параметры

В зависимости от программного обеспечения вам может потребоваться настройка дополнительных параметров, таких как апертура, формат сверла и полярность слоя. В случае сомнений обратитесь к документации по программному обеспечению или руководству производителя.

Шаг 7: Создайте файлы

После того как все параметры настроены, создайте файлы Gerber. Ваше программное обеспечение создаст набор файлов, каждый из которых будет представлять отдельный слой или аспект вашей конструкции печатной платы.

Шаг 8: Проверка вывода

Прежде чем отправлять файлы производителю, их необходимо проверить. Мы рассмотрим этот процесс в следующем разделе.

Помните, что, хотя этот процесс может показаться сложным, на самом деле он довольно прост, если вы поймете основные шаги. Всегда перепроверяйте настройки экспорта перед созданием файлов Gerber, чтобы обеспечить точность и предотвратить производственные проблемы.

Просмотр и проверка файлов Gerber

Проверка Gerber-файлов перед отправкой их на производство не является чем-то необязательным - она необходима. Этот шаг может значительно сократить количество ошибок и задержек в производстве. Но как именно нужно просматривать и проверять эти файлы?

Шаг 1: Выберите программу просмотра Gerber

Существует несколько программ для просмотра Gerber, как в виде локального программного обеспечения, так и в виде онлайн-инструментов. Некоторые популярные варианты включают:

• Gerbv (с открытым исходным кодом, мультиплатформенный)
• FlatCAM (с открытым исходным кодом, мультиплатформенный)
• ViewMate (бесплатно, Windows)
• GerberLogix (бесплатно, Windows)
• Онлайн-просмотры, подобные тому, который предоставляет JLCPCB.

Выберите программу просмотра, совместимую с вашей операционной системой и используемым форматом Gerber.

Шаг 2: Загрузите файлы Gerber

Откройте выбранный вами просмотрщик Gerber и загрузите в него файлы Gerber. Большинство программ просмотра позволяют перетаскивать файлы или использовать диалог выбора файлов.

Шаг 3: Проверьте порядок расположения слоев

Убедитесь, что все слои присутствуют и расположены в правильном порядке. Если программа просмотра Gerber не понимает расширение формата Gerber и не может определить расположение в стеке слоев, она может отобразить слои не по порядку (обычно в алфавитном порядке). В этом случае вам может потребоваться вручную расположить слои.

Шаг 4: Проверьте размеры платы

Убедитесь, что контур платы правильный и что все слои правильно выровнены по этому контуру.

Шаг 5: Осмотрите каждый слой

Внимательно изучите каждый слой:

• Медные слои: Проверьте, нет ли оборванных дорожек, непреднамеренных соединений или отсутствующих площадок.
• Паяльная маска: Убедитесь, что все площадки, которые должны быть открыты, действительно открыты.
• Шелкография: Убедитесь, что весь текст хорошо читается и не перекрывается площадками или отверстиями.
• Просверлите слой: Убедитесь, что все отверстия присутствуют и имеют правильный размер.

Шаг 6: Проверка нарушений правил проектирования

Некоторые программы просмотра Gerber могут выполнять проверку основных правил проектирования. Используйте эту функцию, если она доступна, чтобы выявить любые нарушения минимальной ширины трассы, зазоров и т. д.

Шаг 7: Сравните с вашим оригинальным дизайном

Если возможно, сравните вид Gerber с исходным проектом CAD. Это поможет выявить любые несоответствия, которые могли возникнуть в процессе экспорта.

Шаг 8: Решите все проблемы

Если вы обнаружили какие-либо проблемы, вернитесь в программное обеспечение для проектирования печатных плат, внесите необходимые исправления и сгенерируйте новые файлы Gerber. Затем повторите процесс проверки.

Использование файлов Gerber при изготовлении печатных плат

Вы когда-нибудь задумывались, как цифровой дизайн превращается в физическую печатную плату? Именно в этом случае файлы Gerber становятся по-настоящему сильными. Они являются важнейшим связующим звеном между дизайном печатной платы и производственным процессом, направляя каждый шаг изготовления.

Отправляя файлы Gerber производителю печатных плат, вы предоставляете ему подробный чертеж вашей платы. Каждый файл Gerber представляет один слой на физической плате, например медные слои, паяльную маску, легенду или шелк. Вместе эти файлы дают полное представление о конструкции вашей печатной платы.

Как правило, процесс разворачивается следующим образом:

1. Прием и проверка файлов: Сначала производитель получает и проверяет ваши файлы Gerber. Они проверяют наличие явных ошибок или недостающей информации.
2. Генерация изображений: Файлы Gerber используются для создания фотопленок или прямых цифровых изображений для каждого слоя печатной платы. Эти изображения служат руководством при создании каждого физического слоя.
3. Создание слоев: Используя изображения, полученные из файлов Gerber, производитель создает каждый слой печатной платы. Для медных слоев это включает в себя травление ненужной меди, оставляя только трассы и площадки, определенные в вашем проекте.
4. Бурение: Не являясь в строгом смысле частью файлов Gerber (данные бурения обычно представлены в формате Excellon), процесс бурения осуществляется на основе данных, часто представляемых вместе с файлами Gerber.
5. Выравнивание и прессование слоев: Отдельные слои тщательно выравниваются и спрессовываются вместе, образуя готовую печатную плату.
6. Нанесение паяльной маски и шелкографии: На плату наносятся слои паяльной маски и шелкографии, определенные в соответствующих Gerber-файлах.
7. Окончательная проверка: Готовая плата проверяется на соответствие спецификациям, указанным в Gerber-файлах.

Файлы Gerber обладают удивительной универсальностью в управлении процессом изготовления печатных плат. Они содержат точные инструкции по созданию каждого аспекта платы, от ширины и расположения трасс до размера и формы площадок.

Файлы Gerber могут содержать самую необходимую информацию, но производителям могут потребоваться дополнительные детали для определенных спецификаций. Например, файлы Gerber обычно не включают информацию о цвете паяльной маски и шелкографии, требованиях к панелям, отделке площадок, весе меди и толщине платы. Эти сведения обычно предоставляются отдельно или обсуждаются с производителем.

Устранение распространенных проблем с файлами Gerber

Вы когда-нибудь сталкивались с загадочной ошибкой файла Gerber? Вы не одиноки. Несмотря на свою важнейшую роль в изготовлении печатных плат, файлы Gerber иногда могут стать источником разочарования. Давайте рассмотрим некоторые распространенные проблемы и способы их решения.

Дублированные слои

Одна из частых проблем - появление "дублированных слоев" при отправке Gerber-файлов производителю. Это может произойти, если вы выводите zip-файл в ту же директорию, что и герберы, или из-за неправильных настроек в программе CAD.

Решение: Всегда проверяйте содержимое вашего zip-файла перед отправкой. Убедитесь, что в нем нет дубликатов файлов и что назначение слоев правильное. Если вы используете KiCad, будьте внимательны и не ставьте галочку в пункте "Plot on All Layers", если это не требуется.

Неправильные форматы файлов

Использование устаревшего формата файлов, например Gerber 274D, может вызвать проблемы с современными производственными процессами.

Решение: Используйте Gerber X2 или, по крайней мере, Gerber 274X. Уточните у производителя предпочтительный формат.

Отсутствующие конспекты заседаний

Отсутствие определенного контура платы может стать серьезной проблемой при изготовлении печатной платы.

Решение: Убедитесь, что вы включили контур платы в свои файлы Gerber. Это может быть отдельный независимый файл или включаться в каждый слой в наборе данных.

Запутанные ярлыки файлов

Нечеткое или непоследовательное именование файлов может привести к ошибкам в процессе производства.

Решение: Используйте четкие, последовательные соглашения об именах для ваших Gerber-файлов. Имя каждого файла должно отражать слой платы, который он представляет, и быть легко интерпретируемым.

Неправильные форматы файлов сверла

Проблемы с форматами файлов сверл могут вызвать проблемы при импорте файла для производства.

Решение: Используйте формат файла NC Drill, который является отраслевым стандартом. Убедитесь, что в заголовке файла четко указан формат.

Несоответствие слоев

Если слои не выровнены должным образом, производителю может потребоваться ручное выравнивание, что может привести к потенциальным ошибкам.

Решение: По возможности регистрируйте файлы Gerber в общей точке данных. Это поможет обеспечить правильное выравнивание всех слоев.

Векторные заливки для плоских слоев

Использование векторных заливок для плоских слоев или слоев с экранными областями может привести к большим размерам файлов Gerber и потребовать дополнительной обработки.

Решение: Для заливки областей используйте "растровые" или "контурные" данные вместо векторных заливок.

Композитные слои

Некоторые программы для проектирования печатных плат используют составные слои для создания одного слоя, что может привести к путанице.

Решение: Объедините все составные слои и выведите их в виде одного слоя Gerber.

Векторизированные колодки

Пады, состоящие из множества маленьких векторов, могут потребовать дополнительного времени на обработку.

Решение: По возможности используйте флэш-пады вместо векторных падов.

Пустые или поврежденные данные Gerber

Это может быть следствием неправильных настроек в программном обеспечении CAD.

Решение: Перед отправкой всегда проверяйте файлы Gerber с помощью программы просмотра Gerber. Тщательно проверяйте настройки программного обеспечения CAD.

Файлы Gerber в сравнении с другими форматами файлов печатных плат

При наличии стольких форматов файлов печатных плат, почему файлы Gerber остаются отраслевым стандартом? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте сравним файлы Gerber с другими форматами файлов печатных плат и поймем их относительные достоинства и недостатки.

Гербер против ОДБ++

ODB++ является одним из основных конкурентов формата Gerber. Разработанный в 1992 году, ODB++ призван устранить некоторые из ограничений Gerber.

Гербер:

• Широко признаны и поддерживаются
• Простота и легкость интерпретации
• Содержит только данные изображения

ODB++:

• Содержит более полную информацию (электрические данные, спецификации материалов)
• Поддерживает автоматизацию производственного процесса
• Можно уменьшить количество необходимых файлов

Хотя ODB++ имеет некоторые преимущества, особенно для сложных конструкций, файлы Gerber остаются более распространенными благодаря своей простоте и всеобщему признанию.

Gerber против IPC-2581

IPC-2581 - это стандарт с открытым исходным кодом, который, как и ODB++, направлен на предоставление более полных данных о печатных платах.

Гербер:

• Промышленный стандарт с широкой поддержкой
• Более простой формат
• Требуются отдельные файлы для разных аспектов дизайна

IPC-2581:

• Единый формат файла, содержащий все данные печатной платы
• Включает информацию о штабеле и свойствах материала
• Открытый стандарт, не контролируемый ни одной компанией

Несмотря на то, что IPC-2581 предлагает ряд интересных функций, он еще не получил широкого распространения, как файлы Gerber.

Другие форматы

Другие форматы печатных плат включают:

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

У каждого из этих форматов есть свои преимущества и варианты использования, но ни один из них не вытеснил Gerber в качестве стандарта де-факто для производства печатных плат.

Почему Gerber остается лидером

Файлы Gerber удивительно устойчивы перед лицом новых, более сложных форматов. Это объясняется несколькими факторами:

1. Универсальная поддержка: Практически все производители печатных плат поддерживают файлы Gerber, что делает их безопасным выбором для дизайнеров.
2. Простота: Относительная простота файлов Gerber делает их легкими для создания, чтения и устранения неполадок.
3. История: Как давний промышленный стандарт, существует множество знаний и инструментов для работы с файлами Gerber.
4. Непрерывное совершенствование: Формат Gerber не стоит на месте. Обновления, такие как Gerber X2, добавили функции для устранения некоторых ограничений формата.

Хорошее эмпирическое правило - ориентироваться на поддерживаемые форматы предпочитаемой вами фирмы-производителя. Если они принимают файлы Gerber (а большинство из них принимают), то зачастую нет смысла усложнять процесс, используя другой формат.

Файлы Excellon для сверления печатных плат

Вы когда-нибудь задумывались, как производители печатных плат узнают, где именно нужно сверлить отверстия в вашей плате? Файлы Excellon. Не являясь в строгом смысле частью формата Gerber, файлы Excellon являются важнейшими спутниками файлов Gerber в процессе изготовления печатных плат.

Файлы Excellon обычно используются для описания отверстий на печатной плате, предоставляя инструкции для сверлильных станков с ЧПУ (Computer Numerical Control). Обычно они предоставляются производителям печатных плат вместе с набором файлов Gerber, дополняя информацию, необходимую для изготовления платы.

Чаще всего используется формат Enhanced Excellon (или Excellon Version 2). Этот формат разработан для эффективного и точного управления сверлильными и фрезерными станками с ЧПУ.

Основные компоненты файлов Excellon включают:

1. Определения инструментов: Здесь указываются размеры используемых сверл.
2. Координаты отверстия: Точные координаты X и Y для каждого отверстия, которое необходимо просверлить.
3. Плакированные и неплакированные отверстия: Информация о том, через какие отверстия следует наносить покрытие, а через какие - нет.

При создании файлов Excellon необходимо учитывать следующие ключевые параметры:

• Слои: Укажите, какие слои содержат информацию о сверлениях (например, Drills, Holes, Plated Vias, Unplated Vias).
• Размеры инструментов: Убедитесь, что в комплект входят все необходимые размеры инструментов.
• Нулевое подавление: Обычно это значение должно быть установлено на "off".
• Происхождение: Обычно устанавливается на "absolute" для согласованности с файлами Gerber.

Файлы Excellon обеспечивают точное сверление печатных плат. Они работают в тандеме с файлами Gerber, обеспечивая полный набор инструкций для изготовления печатной платы. В то время как файлы Gerber определяют медные трассы, паяльную маску и другую информацию о слоях, файлы Excellon гарантируют, что отверстия для межслойных отверстий, сквозных компонентов и монтажа будут размещены именно там, где это необходимо.