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了解 Gerber 文件格式和文件名

發(fā)布日期:2024-02-20

了解 PCB 布局的 Gerber 文件格式的詳細(xì)信息,包括功能、通用層、文件名、擴展名和 Gerber 標(biāo)準(zhǔn)的修訂。

因此,您已經(jīng)完成了印刷電路板設(shè)計,并準(zhǔn)備將其送去制造。晶圓廠要求提供設(shè)計的 Gerber 文件,您已經(jīng)弄清楚了如何從 EDA 包中導(dǎo)出它們。但實際上什么是 Gerber 文件?如果未正確導(dǎo)出它們怎么辦?你怎么能檢查它們?

即使您的電路板設(shè)計通過了所有設(shè)計規(guī)則檢查,并且在 EDA 工具中是完美的, 也不能保證這是您從制造商那里得到的.是制造商的錯嗎?可能不是。Gerber 文件的黑匣子可能會出很多問題,盲目地將它們發(fā)送給制造商是自找麻煩。

什么是 Gerber文件?

Gerber 文件是傳輸 PCB 數(shù)據(jù)以用于制造的事實標(biāo)準(zhǔn)。這些文件包含生產(chǎn)用于打印電路板所有層的薄膜所需的所有數(shù)據(jù)。Gerber 文件使用包含坐標(biāo)和基本逐行指令的二進(jìn)制矢量格式從字面上繪制 PCB 的層。

Gerber 文件的歷史

約瑟夫·格伯(Joseph Gerber)開發(fā)了格式和術(shù)語。Gerber 和他的公司 Gerber Scientific Instrument 開發(fā)了許多光繪機系統(tǒng),用于控制窄光源以曝光膠片上的區(qū)域(圖 1)。

Gerber文件的演進(jìn)

今天,Gerber 文件格式繼續(xù)由 Ucamco 更新和維護(hù)。有關(guān)舊版本和新版本的信息可以在他們的網(wǎng)站上找到。

Gerber 文件是 ASCII 文本文件

該格式有意保持簡單,并使用 ASCII 字符來保持其人類可讀性,以便于調(diào)試。如圖 2 所示,您可以在文本編輯器中查看 Gerber 文件。

Gerber文件實例

四個基本的 Gerber 單層命令

雖然機器已經(jīng)進(jìn)步,但想想約瑟夫·格伯(Joseph Gerber)早期的光繪機可以幫助可視化Gerber文件中的命令的含義。圖 3 提供了左側(cè)的 ASCII 代碼示例和右側(cè)的描述性注釋示例。

來自 Ucamco 最新規(guī)范的 Gerber 坐標(biāo)數(shù)據(jù)的描述

來自 Ucamco 最新規(guī)范的 Gerber 坐標(biāo)數(shù)據(jù)的描述

在圖 3 的示例中,您可以看到長 x-y 坐標(biāo)后跟一個 D0# 命令,該命令指示照相繪圖儀執(zhí)行以下操作:

  • D01:在快門打開(繪制)的情況下移動到 x-y。

  • D02:在快門關(guān)閉的情況下移動到 x-y(不繪制)。

  • D03:打開和關(guān)閉快門(閃光燈)。

絕大多數(shù) PCB 都是使用這三個基本繪圖命令繪制的。D01 用于繪制描摹和文本。D02 將把表格移動到新位置而不繪制。例如,D03 用于對焊盤或熱敏元件的孔徑進(jìn)行單次打印。

在圖 3 中,有一行只寫著“D11*”。只有字母“D”字母后跟數(shù)字的線是 D 代碼,它需要特定的光圈。光圈的大小和形狀在文件的標(biāo)題中定義。例如,D11 可以是圓形,D12 可以是正方形、橢圓形、熱形狀或其他自定義形狀。

只有 X 或 Y 的線表示只有一個坐標(biāo)值發(fā)生變化。這可用于為只有 x 坐標(biāo)可能更改的芯片創(chuàng)建芯片焊盤。當(dāng)光繪圖儀只能處理幾個字節(jié)的數(shù)據(jù)時,這些方法有助于保持 Gerber 文件的小型化。該規(guī)范的內(nèi)容比上面的介紹要多得多,但從中,我們可以看到 Gerber 文件是如何用于繪制二進(jìn)制 2D 圖形數(shù)據(jù)的指令的。

制作 PCB 需要哪些 Gerber 文件?

顯然,一層不足以定義 PCB 所需的所有銅、阻焊層、絲網(wǎng)印刷和機械數(shù)據(jù),因此典型的指令集由多個 Gerber 文件組成,每個文件代表 PCB 中的一層。制造商根據(jù)它們包含的信息分別處理這些層。當(dāng)這些層組合在一起時,它們就形成了電路板。

當(dāng)我們談?wù)?PCB Gerber 層時,我們不是在談?wù)?PCB 疊層或 FR4 基板。相反,我們指的是需要自定義打印和處理的層。這包括電路層、阻焊層、絲印層和機械層,它們描述了有關(guān)電路板尺寸和形狀的所有信息,包括內(nèi)部切口。

雙面雙層板的 Gerber 層文件示例

對于雙面兩層板,頂部和底部都將有三個獨特的圖案層:

  1. 電路

  2. 阻焊層

  3. 絲網(wǎng)印刷

因此,總共有六個文件,其中三個用于 PCB 的頂部,三個用于 PCB 的底部。此外,通常需要機械層或輪廓層來顯示 PCB 板的輪廓和任何切口。將電路板輪廓數(shù)據(jù)放置在其他層中可能會引起混淆,因此始終建議將其放置在單獨的機械層中。

最后,可能還需要鉆銼來鉆孔以連接頂層和底層。從技術(shù)上講,Drill 文件不是 Gerber 文件,但它們非常相似。坐標(biāo)標(biāo)記鉆孔命中的 x-y 位置,刀具尺寸在文件頭中定義。

鉆孔文件由 NC(數(shù)控)機床處理,因此您可能會聽到它們被稱為 NC 鉆頭或 Excellon NC 鉆頭文件,并且許多 EDA 軟件包將它們導(dǎo)出為單獨的步驟。當(dāng)您聽到人們請求“Gerber 文件”時,99% 的時間實際上是指 Gerber 鉆孔文件,即使鉆孔文件不是 Gerber。

將所有這些放在一起,對于一個典型的兩層板,我們需要 8 個 Gerber 文件,其中包含“打印”PCB 板的所有說明(圖 4)。對于多層板,任何額外的電路層都在它們自己的 Gerber 層中定義。

Gerber層

EDA軟件可以導(dǎo)出其他Gerber文件,例如用于制作模板的粘貼文件或?qū)⑵渌麛?shù)據(jù)傳達(dá)給制造商或裝配廠的文件,例如組件輪廓,安裝說明等,但這些通常不是生產(chǎn)普通PCB板所必需的。

如何識別和命名 Gerber 文件

為了確定哪個文件代表哪個圖層,EDA 工具將使用文件名和/或文件擴展名來標(biāo)記文件。這些非常重要,因為它們告訴您的制造商如何生產(chǎn) PCB.錯誤標(biāo)記的文件會使整個電路板變得無用。幸運的是,大多數(shù)現(xiàn)代 EDA 工具都遵循不言自明的命名約定。

表 1 提供了六種常用 PCB EDA 工具的默認(rèn)命名約定:

  • 普羅特爾

  • 基卡德

  • Altium Designer(阿爾泰姆設(shè)計器)

  • 電路向?qū)?/p>

我們用于創(chuàng)建這些示例的 PCB 設(shè)計被命名為“mypcb”,您可以在表中的許多 Gerber 文件名中看到它。

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請注意,有些文件名和擴展名是不言自明的,但有些則不然。許多包含 PCB 文件名,這可能很有幫助,但也可能很長。Protel 的 GT- 和 GB- 文件擴展名在業(yè)內(nèi)普遍了解,但需要您有可見的文件擴展名。PADS輸出的文件名起初有點混亂,但可以識別。Circuit Wizard 的擴展根本沒有幫助,很可能不會被制造商接受。

您可能認(rèn)為帶有層名稱的長標(biāo)簽再清楚不過了,但如果您將 Gerbers 發(fā)送給海外制造商,他們可能聽不懂您正在使用的語言(圖 5)。

你能猜出這些名字代表哪些 Gerber 文件嗎?

你能猜出這些名字代表哪些 Gerber 文件嗎?

例如,在日語中,術(shù)語“阻焊劑”比“阻焊層”使用得更多,而模板通常被稱為金屬掩模。如有疑問,請堅持使用清晰的英語。

如果您的文件命名約定與制造商的命名約定不匹配,只要名稱合乎邏輯且清晰,它幾乎總是可以的,因為工程師可能已經(jīng)看到了這些命名格式數(shù)百次。生命太短暫了,不能在每次需要構(gòu)建 PCB 時都重命名 8 個或更多文件!

更改 Gerber 文件擴展名

請注意,盡管文件擴展名不同,但文件的格式和內(nèi)容仍然相同。因此,如果您發(fā)現(xiàn)自己由于某種原因不得不更改擴展(也許您正在使用 Circuit Wizard),請不要擔(dān)心類似于圖 6 的警告消息。

更改 Gerber 文件擴展名時的警告消息示例

更改 Gerber 文件擴展名時的警告消息示例

同樣,將擴展名更改為上述縮寫不會將您的文件“轉(zhuǎn)換”為 Gerber 格式。

Gerber 文件格式變體

正如我們之前所討論的,Gerber 文件只是文本,但您可能會遇到子格式 RS-274D、RS-274x 和 X2(擴展)格式。讓我們逐一回顧一下。

標(biāo)準(zhǔn) Gerber

RS-274D 標(biāo)準(zhǔn) Gerber 已被撤銷,不再被視為 Gerber 格式。此標(biāo)準(zhǔn) Gerber 格式的文件在標(biāo)題中沒有孔徑信息。他們只有坐標(biāo)數(shù)據(jù)。因此,RS-274D 文件必須使用 aperture 文件(通常擴展名為 .apr)打開。

這是一種過時的格式,因此往往存在許多錯誤。如果您有 RS-274X 或其他更新的導(dǎo)出選項,切勿在 RS-274D 中導(dǎo)出。大多數(shù)最新的 EDA 工具甚至不再將 RS-274D 作為選項。

 

格柏 X1

RS-274X 格式被稱為 X1 Extended Gerber,在一個文件中具有孔徑和坐標(biāo)數(shù)據(jù)。RS-274X文件完全可用,可以滿足90+設(shè)計要求。它經(jīng)過反復(fù)試驗和測試,兼容性問題最少。

 

格柏 X2

X2 Extended Gerber 將額外的板信息添加到 RS-274X 文件的標(biāo)頭中,如圖 7 所示。如果得到電路板制造商的支持,這會很方便。它不會更改實際數(shù)據(jù)本身。它也被稱為“具有屬性的 Gerber”。雖然它應(yīng)該是向后兼容的,但較舊的軟件將無法識別新命令,因此可能無法讀取文件。

突出顯示屬性的 X2 Gerber 文件的標(biāo)頭

突出顯示屬性的 X2 Gerber 文件的標(biāo)頭

格柏 X3

Gerber X3 于 2020 年發(fā)布,以兩個附加組件層的形式添加了裝配信息。通過重用許多以前格式的命令,它保持了與以前 Gerber 格式的向后兼容性。

在所有這些子格式中,基本坐標(biāo)和孔徑形狀和大小數(shù)據(jù)都是相同的,對于基本的Gerber查看也是如此。只要您的軟件可以讀取您的文件,您通常不必?fù)?dān)心它們之間的細(xì)微差別,除非您遇到特定問題。不惜一切代價避免使用 RS-274D Standard Gerber。

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