Was ist eine Gerber-Datei und wie wird sie auf der Leiterplatte verwendet?

Das Ziel des Schaltkreisdesigns geht über die bloße Konzeptualisierung und den Entwurf von Schaltplänen hinaus. Sein Wesen besteht darin, Kreativität in greifbare, herstellbare Produkte zu verwandeln. Nach Abschluss des Designs reicht es jedoch nicht aus, die Designdateien einfach an den Leiterplattenhersteller zu schicken. Neben den Designdateien müssen auch wichtige Informationen wie BoM-Dateien und Gerber-Dateien ist ebenfalls erforderlich. In diesem Artikel wird FS Tech sein Fachwissen nutzen, um Ihnen eine umfassende Erklärung des Konzepts der Gerber-Dateien zu geben und ihre entscheidende Rolle in Leiterplattenherstellungsprojekten zu erläutern.

Was ist Gerber in PCB

Eine Gerber-Datei ist ein wichtiges Format für die Produktion von Leiterplatten. Sie dient als digitale Blaupause, die alle wichtigen Daten für die Herstellung von Leiterplatten nach bestimmten Kriterien enthält. Die Gerber-Datei, benannt nach ihrem Erfinder Gerber Scientific, der in den 1960er Jahren Pionierarbeit für dieses Format geleistet hat, ist eine Zusammenstellung von ASCII-Textdateien, die jeweils einer bestimmten Schicht des Platinenentwurfs entsprechen. Diese Schichten umfassen eine Reihe von Elementen, einschließlich Kupferbahnen, Lötmaske Darstellungen, Bohrlochkoordinaten und Siebdruckverzierungen. Jede Ebene ist durch bestimmte Daten gekennzeichnet, die geometrische Formen, Koordinaten, Linienbreiten und Abstandsangaben umfassen. Diese Dateien werden mit verschiedenen PCB-Design-Software Anwendungen.

Gerberdateien spielen eine zentrale Rolle als Richtlinien für PCBA-Hersteller. Sie steuern deren Produktionsanlagen, indem sie präzise Anweisungen für die Platzierung von Leiterbahnen, die Position von Bohrlöchern und das Aufbringen von Lötmasken und Siebdruckgrafiken liefern. Diese akribische Präzision ist ein wesentlicher Faktor, um zu gewährleisten, dass die endgültige Leiterplatte genau den gewünschten Spezifikationen entspricht.

PCB Gerber File Naming Tips

Die Nomenklatur der Gerber-Datei ist ein entscheidender Parameter im Herstellungsprozess der Leiterplatte, da sie die präzise Konfiguration und Identifizierung der einzelnen Schichten und Komponenten im Design erleichtert. Ein gut ausgearbeiteter Benennungsstandard sorgt nicht nur für Klarheit und Konsistenz, sondern beschleunigt auch die effektive Kommunikation zwischen Designern und Herstellern.

Layer-Identifikation: Jede Gerberdatei ist untrennbar mit einer bestimmten Schicht des Platinenentwurfs verbunden - sei es die obere Kupferschicht, die untere Kupferschicht, die Lötmaske oder der Siebdruck. Um diese Schichten zu unterscheiden, sind detaillierte und eindeutige Namen unerlässlich. Zum Beispiel:

  • Verwenden Sie "Upper_Copper.gbr", um die obere Schicht zu bezeichnen.
  • "Lower_Copper.gbr" bezeichnet die untere Schicht.
  • "Solder_Mask_Top.gbr" steht für die Lötmaskenschicht.

Dateierweiterung: Um die Funktion einer Gerber-Datei zu verdeutlichen, werden Standard-Dateierweiterungen verwendet. ".gbr" bezeichnet eine echte Gerber-Datei, ".drl" bezeichnet Bohrdateien und ".gko" steht für die Platinenumrandung.

Versionskontrolle: Die Integration von Versionsnummern oder Revisionskennungen in Dateinamen ist eine weit verbreitete Praxis. Diese Praxis erleichtert die Nachverfolgung und stellt sicher, dass die Hersteller mit der neuesten Design-Iteration arbeiten. Zum Beispiel:

  • "Projekt_Name_v1.0_Oberer_Kupfer.gbr"

Datum und Zeitstempel: Die Aufnahme eines Datums und Zeitstempels in den Dateinamen trägt zu einer verbesserten Versionskontrolle und Rückverfolgbarkeit bei. Dies erweist sich als besonders wertvoll für umfangreiche Projekte mit häufigen Aktualisierungen.

Projekt- oder Kundeninformationen: Um Verwechslungen bei der Bearbeitung verschiedener Projekte oder Kunden zu vermeiden, sollten Sie projektspezifische oder benutzerspezifische Details in die Dateinamen integrieren. Zum Beispiel:

  • "Benutzer_Projekt_v2.1_Unteres_Kupfer.gbr"

Power Plane Schicht: Nehmen Sie für bestimmte Netzebenen eindeutige Dateinamen wie "Power_Plane.gbr" an.

Identifizierung der Komponente oder Funktion: Dateien, die bestimmten Komponenten oder Funktionen zugewiesen sind, sollten zur eindeutigen Identifizierung einen passenden Namen erhalten. Zum Beispiel:

  • "Component_Outlines.gbr" für die Umrisse der Komponentenplatzierung.

Montage-Dateien: Wenn Baugruppenzeichnungen oder -dateien eingebunden werden, ist es wichtig, dass diese mit eindeutigen Namen versehen werden, um ihren Zweck zu kennzeichnen:

  • Verwenden Sie "Assembly_Drawing.pdf" für Baugruppenzeichnungen.
  • "Pick_and_Place.csv" steht für Pick-and-Place-Dateien.

Vermeiden Sie Sonderzeichen und Leerzeichen: Um die Kompatibilität mit verschiedenen Programmen und Systemen zu gewährleisten, sollten Sie keine Sonderzeichen und Leerzeichen in Dateinamen verwenden. Verwenden Sie stattdessen alphanumerische Zeichen und Unterstriche.

PCB Gerber File Format Types

RS-274-D

RS-274-D, auch bekannt als Extended Gerber, entstand in den 1980er Jahren als eine frühere Version des Gerber-Dateiformats. Es besteht aus einer Reihe von ASCII-Textdateien, in denen jede Ebene eines Platinenentwurfs beschrieben wird. Es weist jedoch Einschränkungen bei der Darstellung bestimmter fortgeschrittener Platinenmerkmale wie Polygonausgüsse und komplizierte Öffnungen auf. Dieses Format wird in erster Linie von älteren Werkzeugen und Software für die Leiterplattenherstellung unterstützt. Aufgrund seiner Einfachheit kann es bei Bedarf manuell gelesen und angepasst werden. Dennoch fehlt es dem RS-274-D an Kompatibilität mit neuen Designelementen wie Micro-Vias und komplexen Lötmasken. Aufgrund dieser Einschränkungen erweist es sich im Vergleich zu moderneren Formaten als weniger effektiv für komplizierte Leiterplattendesigns.

RS-274-D Beispiel
RS-274-D Beispiel 2

RS-274X

RS-274X, auch bekannt als Extended Gerber X Format, ist eine Weiterentwicklung von RS-274-D. Diese Version wurde entwickelt, um die Einschränkungen seines Vorgängers zu beseitigen. RS-274X verfügt über erweiterte Fähigkeiten und unterstützt fortschrittliche Funktionen, einschließlich Polygonausgüsse, komplizierte Blenden und Flash-Befehle. Vor allem bietet es eine verbesserte Präzision und Genauigkeit bei der Darstellung komplexer Leiterplattendesigns. Dieses Format ist mit moderner Software für das Leiterplattendesign und modernen Fertigungsanlagen kompatibel und wird daher bevorzugt eingesetzt. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass RS-274X einige der fortschrittlichen Funktionen, die auch von neueren Formaten unterstützt werden, nicht bietet.

RS-274X Beispiel

ODB++

ODB++ ist das moderne und umfassende Format, das bei der Herstellung von Leiterplatten verwendet wird. Es übertrifft das ältere Gerber-Format, denn es umfasst alle PCB Design und Herstellung Daten in einer einzigen, strukturierten Datei. Dieses Format enthält nicht nur grafische Darstellungen der Leiterplattenebenen, sondern auch Bauteilkonfigurationen, Netzlisteninformationen, Stücklisten und andere relevante Details. Seine Hauptstärke liegt in der Erleichterung der Zusammenarbeit zwischen Design- und Fertigungsingenieuren, da es ein standardisiertes Layout bietet, das Fehler bei der Datenübersetzung in verschiedene Software und Tools minimiert. Es ist jedoch anzumerken, dass die Einführung von ODB++ den Einsatz neuer Softwaretools und veränderter Prozesse erforderlich machen kann. Außerdem sind die ODB++-Dateien aufgrund ihres umfassenden Charakters in der Regel größer.

Gerber X2

Gerber X2 ist die neueste Version des traditionellen Gerber-Formats, die speziell darauf zugeschnitten ist, die Kommunikation zwischen Designern und Herstellern zu verbessern und gleichzeitig die Beschränkungen der vorherigen Versionen zu überwinden. Es führt zusätzliche Metadaten ein, um Kontext und Klarheit für jede Ebene und ihre beabsichtigten Anwendungen zu schaffen. Dieses Format eignet sich für komplizierte Designkomponenten und fortgeschrittene Layer-Funktionen, wie z.B. Materialspezifikationen, Stack-up-Parameter und Impedanzwerte. Die Integration dieser Verbesserungen führt zu einer verbesserten Kommunikation, einem rationalisierten Datenaustausch und einer Reduzierung von Fertigungsfehlern. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass die Verwendung von Gerber X2 den Zugang zu Software und Tools erfordert, die dieses Format unterstützen, was nicht immer der Fall ist.

Verwendung von Gerber-Dateien in der PCB-Fertigung

PCB zu Gerber

  • Anfangsphase: Der Prozess des Designs einer Leiterplatte beginnt damit, dass Ingenieure und Designer eine fortschrittliche PCB-Designsoftware verwenden, um eine digitale Darstellung der Schaltung zu erstellen. Dieser Entwurf besteht aus verschiedenen Schichten, die jeweils unterschiedliche Parameter wie Kupferbahnen und Lötmasken enthalten.
  • Gerber File Generation: Sobald das Board-Design abgeschlossen ist, erzeugt die Design-Software Gerber-Dateien. Jede Gerber-Datei entspricht einer bestimmten Platinenlage und enthält wichtige Layout- und Funktionsinformationen.

Darstellung der Ebene

  • Kupferschichten: In Gerber-Dateien für Kupferschichten sind die genauen Positionen, Breiten und Formen von Leiterbahnen, Pads und Leiterplattenkomponenten genau definiert. Diese Dateien sind entscheidend für das genaue Ätzen der Kupferschicht.
  • Lötmaske Lagen: Diese Dateien zeigen, wo Lötmasken zum Schutz angebracht werden müssen, damit das Lot bei der Montage der Komponenten richtig aufgetragen werden kann.
  • Siebdrucke Schichten: Die Siebdruckdetails umfassen Etiketten, Komponentenkonturen und Teilenummern. Diese Informationen vereinfachen die Platzierung und Identifizierung von Komponenten.
  • Drill Files: Bohrdateien, die aus Gerberdaten abgeleitet werden, liefern präzise Koordinaten für alle Löcher und Durchkontaktierungen auf der Platine und erleichtern so den Bohrprozess.

Fotoplotting

  • In Bilder konvertieren: Gerber-Dateien dienen als Eingabe für Fotoplotter, Maschinen, die ASCII-Text-basierte Gerber-Daten in hochauflösende Bilder übersetzen. Diese Bilder dienen als fotografische Darstellungen der einzelnen Leiterplattenebenen.
  • Filmerstellung: Die beim Fotoplotten erzeugten Bilder werden zur Erstellung von Filmen oder Masken für verschiedene Schritte der Leiterplattenherstellung verwendet. So leiten beispielsweise Kupferschichtfilme den Ätzprozess an, während Lötmaskenfilme angeben, wo die Schutzschicht aufgebracht werden soll.

Herstellungsprozesse

  • Radierung: Gerber-Dateien leiten den chemischen Ätzprozess und gewährleisten die präzise Entfernung von unerwünschtem Kupfer und die Beibehaltung der erforderlichen Kupferspuren.
  • Bohren: Präzise Bohrmaschinen werden durch Gerber-Dateien angewiesen, Löcher und Durchkontaktierungen an bestimmten Punkten auf der Platine zu erstellen.
  • Lötmaske Anwendung: Diese Informationen stellen sicher, dass die Lötmaske zum Schutz korrekt aufgetragen wird.
  • Siebdruck: Details zum Siebdruck bieten Anweisungen für den Siebdruckprozess und helfen bei der Platzierung von Etiketten und anderen Details.
  • Qualitätskontrolle: Während der Herstellung werden Qualitätskontrollen durchgeführt, wobei die gefertigte Platine mit den Gerber-Dateien verglichen wird, um die erforderliche Genauigkeit sicherzustellen.

Ausrichtung und Registrierung

  • Genaue Überlagerung: Die genaue Ausrichtung und Registrierung der verschiedenen Ebenen ist entscheidend für die richtige Stapelung. Gerber-Dateien enthalten Ausrichtungsmarkierungen und Referenzpunkte, die eine genaue Überlagerung und Ausrichtung während der gesamten Fertigung ermöglichen.

Konsistenz in der Fertigung

  • Industrieller Standard: Diese Dateien entsprechen einem industriellen Standardformat für die Kartonproduktion, das Kompatibilität und Konsistenz bei verschiedenen Produktionsmerkmalen und -techniken gewährleistet.
  • Effizienz: Die Verwendung von Gerber-Dateien rationalisiert den Übergang vom Design zur Fertigung und verringert das Risiko von Fehlern und Missverständnissen zwischen Designern und Ingenieuren.

Erweiterte Funktionen

  • Unterstützung für erweiterte Designelemente: Moderne Gerber-Dateiformate, wie z.B. Gerber X2, unterstützen erweiterte Designkomponenten wie Materialinformationen, Impedanzprofile und komplexe Aperturen. Dadurch erhalten Hersteller mehr spezialisierte Details für fortschrittliche Leiterplatten.

Gerber-bezogene Dokumente

  • Stückliste: Dient als umfassende Komponentenliste, die für das Design von Leiterplatten unerlässlich ist. Sie enthält wichtige Informationen wie Teilenummern, Komponentenspezifikationen, Verpackungsarten und Details zur Verpackung der Komponenten. Dieses Dokument erweist sich als wertvoll für Komponentenbeschaffung Zwecke und eine effiziente Bestandsverwaltung.
  • Montage-Zeichnungen: Stellen Sie die genaue Anordnung der Komponenten auf der Platine visuell dar. Diese Zeichnungen bieten klare Hinweise auf die Ausrichtung der Komponenten, ihre Position und die Referenzbezeichner (z.B. Rx, RY, etc.).
  • Pick-and-Place (PnP) Dateien: Maschinenlesbare Dokumente, die die genauen Koordinaten und Komponentenausrichtungen auf der Platine. Automatisierte Bestückungsautomaten verwenden diese Dateien, um präzise und fehlerfreie Verbindungen zu gewährleisten.
  • Schematische Diagramme: Veranschaulichen Sie die elektrischen Verbindungen und die Anordnung der Komponenten auf der Platine. Diese Diagramme geben einen Einblick in die Funktionsweise von Schaltkreisen.
  • Netzliste: Zeigt die komplizierten Details der Verbindungen zwischen den Komponenten und Leiterbahnen auf der Platine. Diese Datei sorgt dafür, dass Ingenieure die elektrischen Verbindungen leicht überprüfen und beurteilen können.
  • Drill File Dokumentation: Für Entwürfe, die Löcher und Durchkontaktierungen beinhalten, ist eine umfassende Dokumentation der Bohrdateien unerlässlich. In dieser Dokumentation werden der Zweck, die Abmessungen und die Eigenschaften der einzelnen Bohrungstypen angegeben, was die Auswahl der geeigneten Bohrer erleichtert.
  • Anmerkungen zum Design: Das Einfügen von Anmerkungen oder Kommentaren zum Design liefert zusätzliche Informationen zu Designentscheidungen, Überlegungen und möglichen Problemen. Solche Hinweise sind sowohl für die Hersteller als auch für die Benutzer von Vorteil.

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