什么是 Gerber 文件以及如何将其用于 PCB 制作

究竟什么是 Gerber 文件，为什么它们在印刷电路板设计和制造领域如此重要？这些文件是设计与制造之间的桥梁，是将数字概念转化为实物产品的重要环节。本文将探讨 Gerber 文件的不同格式、使用方法以及它们在印刷电路板制造中如此重要的原因。

什么是格柏文件

Gerber 文件是印刷电路板制造的命脉。它们是 PCB 行业用于描述印刷电路板图像的事实上的标准文件格式。这些开放的 ASCII 矢量格式文件包含 PCB 设计中每个物理板层的详细信息，如铜层、阻焊层、图例、钻孔数据等。

将 Gerber 文件视为电子世界中的 PDF。正如 PDF 文件保留了文档的精确布局和格式一样，Gerber 文件也保留了 PCB 的精确设计。它们被视为代表 PCB 各制造层的图像文件，确保制造商能准确复制您的设计。

每个 Gerber 文件通常代表 PCB 的一个层。例如，一个文件可能包含顶部铜层的信息，而另一个文件则描述底部阻焊层的信息。这种分层方法可以实现非常详细和精确的 PCB 设计。

PCB 制造商使用这些文件将设计的复杂细节转化为 PCB 的物理特性。Gerber 文件中的数据可指导机器完成从创建铜线到涂抹阻焊层等生产流程的每个阶段。

Gerber 文件通常由 PCB 设计软件 (CAD) 生成。工程师完成电路设计后，使用该软件创建 Gerber 文件并发送给制造商。这一过程可确保将设计者的设想准确传达给生产团队。

格柏文件格式

随着时间的推移，Gerber 文件的世界也在不断发展，开发了多种格式以满足 PCB 行业不断变化的需求。

RS-274-D

RS-274-D 也称为标准格柏，是最古老的格柏文件格式之一。它最初用于数控机床，后来改用于照相绘图仪。该格式是电子工业协会 RS-274-D 规范的子集。

标准格柏是一种简单的 ASCII 格式，由命令和 XY 坐标组成。虽然这种格式多年来一直发挥着作用，但也有其局限性。例如，它不包括有关坐标单位或孔径定义的信息，这经常导致混淆和错误。

值得注意的是，RS-274-D 已不再受其开发商 UCAMCO 的支持，并被视为过时的格式。如果遇到这种格式，最好将其转换为更现代的版本。

RS-274X

RS-274X 又称扩展 Gerber 或 X-Gerber，是针对 RS-274-D 的缺陷而开发的。该格式于 1998 年 9 月发布，在其前身的基础上进行了重大改进。

RS-274X 是一种人类可读的 ASCII 格式，包括嵌入式单位、孔径定义和其他重要信息。这种自包含格式允许多层结构和特殊多边形填充，通过消除手动数据输入，最大限度地减少照片绘图错误。

RS-274X 包含对 PCB 层图像的完整描述，无需任何外部文件。这种自成一体的特性使其比上一代产品更可靠、更易于使用。

格柏 X2

格柏 X2 是 2014 年发布的最新格柏文件格式。它涉及先进的 CAM 软件，在 RS-274X 的基础上增加了新功能。

Gerber X2 的最大改进是在图像中增加了元数据。这使得设计人员可以为 Gerber 文件中的特征分配属性，从而提供有关 PCB 设计的更详细信息。

Gerber X2 包括层功能、对象功能和阻抗控制线位置等信息。这些附加数据使制造过程更加精确，并减少了误解的可能性。

X2 文件通常对所有文件使用 .GBR 扩展名，无需使用直观的文件扩展名。PCB 叠加板中的实际位置可作为 .GBR 文件中数据的一部分进行编码，从而使 Gerber 查看器实用程序能准确地重建叠加板。

ODB++

ODB++ 并非严格意义上的 Gerber 格式，但值得一提，因为它有时与 Gerber 文件并用或替代 Gerber 文件。ODB++ 是一种自解压文件格式，具有包罗万象的标准化输入格式。

ODB++ 是为解决 Gerber 文件的一些局限性而开发的，有助于实现堆叠、钻孔位置和标签的自动化。其设计目的是通过自动化大多数流程来减少人为错误。

然而，ODB++ 并不像 Gerber 格式那样被广泛使用。虽然 ODB++ 具有一些优势，特别是在复杂设计方面，但许多制造商仍然更喜欢简单通用的 Gerber 文件。

格柏文件扩展名

了解 Gerber 文件扩展名对于有效设计和制造 PCB 至关重要。这些扩展名表示每个文件所代表的层或功能，有助于设计人员和制造商进行 PCB 制作。

Gerber 文件的标准扩展名是 .GBR 或 .gbr，不过您也可能遇到类似 .GB、.geb 或 .gerber 这样的扩展名。不过，特定的扩展名可以提供有关每个文件内容的更详细信息。

常见的扩展功能包括

• .GTL（顶层）
• .GBL（底层）
• .GTO（顶部丝网印刷）
• .GBO（底部丝网印刷）
• .GTS（顶部焊接掩模）
• .GBS（底部焊接掩模）
• .GKO（电路板大纲）

每个扩展名都与 PCB 设计中的特定层或功能相对应。例如，扩展名为 .GTL 的文件包含有关 PCB 顶部铜层的信息。

在最新的 Gerber X2 格式中，.FileFunction 属性已成为将 PCB 中的每一层与其制造数据中相应的 Gerber 文件联系起来的标准化方法。该属性提供了有关文件内容和用途的更精确信息。

RS-274-X 文件使用格式为 "GXY "的扩展名来表示特定功能和层分配。另一方面，X2 文件通常对所有文件使用 .GBR 扩展名，依靠嵌入的元数据来区分层。

从 CAD 软件生成 Gerber 文件

既然我们已经了解了什么是 Gerber 文件及其各种格式，那么从 CAD 软件生成这些重要文件的过程是怎样的呢？虽然具体步骤可能因具体软件而异，但不同平台的一般流程是相似的。

步骤 1：完成 PCB 设计

在生成 Gerber 文件之前，请确保您的 PCB 设计完整，并彻底检查无误。这包括验证所有连接、元件位置和设计规则检查。

第 2 步：访问 Gerber 文件生成工具

在大多数 PCB 设计软件中，都有生成或导出 Gerber 文件的选项。它可能位于 "文件"、"导出 "或 "制造输出 "等菜单项下。

第 3 步：选择要导出的图层

您需要为 PCB 的每一层导出 Gerber 文件。这通常包括

• 顶部和底部铜层
• 顶部和底部阻焊层
• 顶部和底部丝网印刷
• 董事会概要
• 钻孔文件（通常为 Excellon 格式）

确保选择了设计所需的所有图层。

第 4 步：选择格柏格式

选择合适的 Gerber 格式。虽然您应向制造商咨询，但现代 PCB 制作通常推荐使用 RS-274X 或 Gerber X2 格式。

步骤 5：设置单位和精度

选择单位（英寸或毫米）并设置精度。常见的设置是 2:4 或 2:5，即小数点前 2 位，小数点后 4 或 5 位。

步骤 6：配置其他设置

根据软件的不同，您可能需要配置其他设置，如孔径、钻孔格式和图层极性。如有疑问，请查阅软件文档或制造商指南。

第 7 步：生成文件

配置好所有设置后，即可生成 Gerber 文件。软件将创建一组文件，每个文件代表 PCB 设计的不同层或方面。

步骤 8：验证输出

在将文件发送给制造商之前，验证文件至关重要。我们将在下一节介绍这一过程。

请记住，虽然这一过程看似复杂，但只要了解了关键步骤，其实非常简单。在生成 Gerber 文件之前，请务必仔细检查您的导出设置，以确保准确性并防止出现制造问题。

查看和验证 Gerber 文件

在将 Gerber 文件发送给制造商之前对其进行验证并非可有可无，而是必不可少的。这一步骤可以大大减少制造错误和延误。但究竟该如何查看和验证这些文件呢？

第 1 步：选择格柏浏览器

有多种 Gerber 浏览器可供选择，既可以是本地软件，也可以是在线工具。一些常用的选项包括

• Gerbv（开源、多平台）
• FlatCAM（开源、多平台）
• ViewMate（免费，Windows）
• GerberLogix（免费，Windows）
• 在线观众，如 JLCPCB 提供的在线观众

选择与您的操作系统和使用的 Gerber 格式兼容的查看器。

第 2 步：加载 Gerber 文件

打开所选的 Gerber 查看器并加载 Gerber 文件。大多数查看器允许您拖放文件或使用文件选择对话框。

步骤 3：检查图层排序

确保所有图层都已存在，且顺序正确。如果您的 Gerber 查看器不理解 Gerber 格式扩展名，也无法确定图层堆栈中的位置，那么它可能会不按顺序（通常是按字母顺序）提示图层。在这种情况下，您可能需要手动排列图层。

步骤 4：验证电路板尺寸

检查电路板轮廓是否正确，所有图层是否与轮廓正确对齐。

步骤 5：检查每一层

仔细检查每一层：

• 铜层：检查是否有断线、意外连接或焊盘缺失。
• 阻焊：确保所有需要曝光的焊盘都已曝光。
• 丝网印刷：检查所有文字是否可读，是否与焊盘或通孔重叠。
• 钻孔层：确认所有孔都已存在，且尺寸正确。

步骤 6：检查是否违反设计规则

某些 Gerber 查看器可以执行基本的设计规则检查。如果有的话，请使用此功能来检查是否违反了最小轨迹宽度、间隙等规定。

第 7 步：与原始设计进行比较

如果可能，将 Gerber 视图与原始 CAD 设计进行比较。这有助于发现导出过程中可能出现的任何差异。

步骤 8：解决任何问题

如果发现任何问题，请返回 PCB 设计软件，进行必要的修正，并生成新的 Gerber 文件。然后重复验证过程。

在 PCB 制作中使用 Gerber 文件

您是否曾想过数字设计是如何变成物理 PCB 的？这就是 Gerber 文件的真正魅力所在。它们是 PCB 设计与制造工艺之间的关键纽带，指导着制造的每一个步骤。

当您向 PCB 制造商发送 Gerber 文件时，就是在向他们提供电路板的详细蓝图。每个 Gerber 文件代表物理电路板中的一层，如铜层、阻焊层、图例或丝线。这些文件组合在一起，就构成了电路板设计的完整图景。

过程通常如下：

1. 文件接收和验证:制造商首先接收并验证您的 Gerber 文件。他们会检查是否有明显的错误或丢失的信息。
2. 图像生成:Gerber 文件用于为 PCB 的每一层创建照相胶片或直接数字图像。这些图像为创建每个物理层提供指导。
3. 创建图层:制造商利用从 Gerber 文件生成的图像，制作 PCB 的每一层。对于铜层，需要蚀刻掉不需要的铜，只留下设计中定义的迹线和焊盘。
4. 钻孔:虽然严格来说不是 Gerber 文件的一部分（钻孔数据通常为 Excellon 格式），但钻孔过程通常由与 Gerber 文件一起提交的数据指导。
5. 图层对齐和压制:将各层电路板仔细对齐并压制在一起，形成完整的印刷电路板。
6. 阻焊和丝网印刷应用:在电路板上应用由各自 Gerber 文件定义的阻焊层和丝印层。
7. 最终检查:检查完成的电路板，确保其符合 Gerber 文件中提供的规格。

Gerber 文件在指导印刷电路板制作过程方面具有显著的多功能性。它们为制作电路板的各个方面提供精确的指导，从线路的宽度和位置到焊盘的尺寸和形状。

Gerber 文件可以提供最必要的信息，但制造商可能需要某些规格的额外详细信息。例如，Gerber 文件通常不包括阻焊层和丝印的颜色、面板化要求、焊盘表面处理、铜重和电路板厚度等信息。这些细节通常需要单独提供或与制造商讨论。

常见 Gerber 文件问题的故障排除

遇到过神秘的 Gerber 文件错误吗？你并不孤单。尽管 Gerber 文件在 PCB 制作中起着至关重要的作用，但有时也会让人感到沮丧。让我们来探讨一些常见问题及解决方法。

重复图层

一个经常出现的问题是在向制造商提交 Gerber 文件时出现 "重复图层"。如果您将 zip 文件输出到与 Gerber 文件相同的目录，或者由于 CAD 软件中的设置不正确，就会出现这种情况。

解决方案:提交前务必检查压缩文件的内容。确保没有重复文件，图层分配正确无误。如果使用 KiCad，请注意除非必要，否则不要勾选 "在所有图层上绘图 "下的任何方框。

不正确的文件格式

使用过时的文件格式（如 Gerber 274D）会给现代制造流程带来问题。

解决方案:使用 Gerber X2 或至少 Gerber 274X。请与您的制造商联系，确认其首选格式。

缺失的电路板大纲

在制造印刷电路板时，没有明确的电路板轮廓可能是一个很大的问题。

解决方案:确保在 Gerber 文件中包含电路板大纲。这可以是一个独立的文件，也可以包含在数据集中的每一层中。

令人困惑的文件标签

文件命名不清晰或不一致会导致生产过程中出现错误。

解决方案:对 Gerber 文件使用清晰、一致的命名约定。每个文件名都应反映所代表的电路板层，并易于解释。

不正确的钻孔文件格式

钻孔文件格式的问题会在导入文件进行生产时造成问题。

解决方案:使用行业标准 NC Drill 文件格式。确保文件头清楚注明格式。

层间错位

如果图层没有正确对齐，可能需要制造商手动对齐，从而带来潜在的错误。

解决方案:在可能的情况下，将您的 Gerber 文件注册到一个共同的数据点。这有助于确保所有图层的正确对齐。

平面图层的矢量填充

在平面图层或有屏蔽区域的图层中使用矢量填充，会导致 Gerber 文件大小变大，并需要额外的处理。

解决方案:对于需要填充的区域，使用 "栅格 "或 "等高线 "数据而不是矢量填充。

复合层

有些 PCB 设计软件使用复合层来创建一个层，这可能会造成混淆。

解决方案:将所有合成图层合并并输出为一个 Gerber 图层。

矢量化护垫

由许多小矢量组成的印版可能需要额外的处理时间。

解决方案:在可能的情况下，使用闪存垫而不是矢量化垫。

空的或损坏的 Gerber 数据

这可能是 CAD 软件设置不正确造成的。

解决方案:在提交之前，请务必使用 Gerber 查看器验证您的 Gerber 文件。仔细检查 CAD 软件的设置。

Gerber 文件与其他 PCB 文件格式的比较

有这么多 PCB 文件格式可供选择，为什么 Gerber 文件仍然是行业标准？要回答这个问题，让我们比较一下 Gerber 文件和其他 PCB 文件格式，了解它们的相对优缺点。

格柏与 ODB++

ODB++ 是 Gerber 格式的主要竞争对手之一。ODB++ 开发于 1992 年，旨在解决 Gerber 的一些局限性。

格柏

• 得到广泛接受和支持
• 简单易懂
• 只包含图像数据

ODB++：

• 包含更全面的信息（电气数据、材料规格）
• 支持生产过程自动化
• 可减少所需的文件数量

虽然 ODB++ 具有一些优势，特别是在复杂设计方面，但 Gerber 文件因其简单性和普遍接受性，仍被更广泛地使用。

格柏与 IPC-2581

IPC-2581 是一种开源标准，与 ODB++ 一样，旨在提供更全面的 PCB 数据。

格柏

• 广泛支持的行业标准
• 更简单的格式
• 设计的不同方面需要单独的文件

IPC-2581：

• 包含所有 PCB 数据的单一文件格式
• 包括堆叠信息和材料属性
• 开放式标准，不受任何一家公司控制

虽然 IPC-2581 提供了一些令人信服的功能，但尚未像 Gerber 文件那样得到广泛采用。

其他格式

其他印刷电路板格式包括

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

这些格式各有各的优势和用例，但都没有取代 Gerber 成为印刷电路板制造的实际标准。

格柏保持主导地位的原因

面对更新、更复杂的格式，Gerber 文件的适应能力非常强。这有几个原因：

1. 通用支持:几乎所有的 PCB 制造商都支持 Gerber 文件，使其成为设计人员的安全选择。
2. 简约:Gerber 文件相对简单，易于生成、读取和排除故障。
3. 历史:作为历史悠久的行业标准，有大量的知识和工具可用于处理 Gerber 文件。
4. 持续改进:格柏格式并没有停滞不前。格柏 X2 等更新版本增加了一些功能，解决了格式的一些局限性。

一个好的经验法则是根据您首选的加工厂所支持的格式。如果他们接受 Gerber 文件（大多数都接受），通常就没有必要使用不同的格式来使流程复杂化。

用于 PCB 钻孔的 Excellon 文件

是否想过 PCB 制造商如何准确知道在电路板上钻孔的位置？Excellon 文件。虽然 Excellon 文件严格来说不是 Gerber 格式的一部分，但它却是 PCB 制作过程中 Gerber 文件的重要伙伴。

Excellon 文件通常用于描述 PCB 上的孔，为钻孔机提供 CNC（计算机数控）指令。这些文件通常与一套 Gerber 文件一起提供给 PCB 制造商，以完善电路板制造所需的信息。

最常用的格式是增强型 Excellon（或 Excellon 第 2 版）。这种格式旨在高效、准确地驱动数控钻孔机和镂铣机。

Excellon 文件的主要组成部分包括

1. 工具定义:规定了所用钻头的尺寸。
2. 孔坐标:每个待钻孔的精确 X 和 Y 坐标。
3. 电镀孔与非电镀孔:关于哪些孔应电镀，哪些孔不应电镀的信息。

生成 Excellon 文件时，需要考虑的关键设置包括

• 层数:指定哪些图层包含钻孔信息（如钻孔、孔、镀层通孔、非镀层通孔）。
• 工具尺寸:确保包含所有必要的工具尺寸。
• 零压制:通常应设置为 "关闭"。
• 起源:通常设置为 "绝对"，以便与 Gerber 文件保持一致。

Excellon 文件可确保 PCB 钻孔准确无误。它们与 Gerber 文件协同工作，为 PCB 制作提供一整套指导。Gerber 文件定义了铜线、阻焊层和其他层信息，而 Excellon 文件则确保孔、通孔元件和安装孔精确地放置在需要的位置。