Che cos'è un file Gerber e come viene utilizzato nei PCB

L'obiettivo della progettazione di circuiti va oltre la semplice concettualizzazione e la progettazione di schemi di circuiti. La sua essenza sta nel trasformare la creatività in prodotti tangibili e fabbricabili. Tuttavia, al termine della progettazione, il semplice invio dei file di progetto al produttore di PCB non è sufficiente. Oltre ai file di progetto, è necessario fornire informazioni chiave, come i file BoM e i file di File Gerber è anche necessario. In questo articolo, FS Tech sfrutterà la sua esperienza professionale per fornire una spiegazione completa del concetto di file Gerber, delucidando il loro ruolo cruciale nei progetti di produzione di PCB.

Che cos'è Gerber in PCB

Un file Gerber è un formato fondamentale per la produzione di schede PCB, in quanto funziona come una cianografia digitale che racchiude tutti i dati essenziali per la realizzazione di schede PCB in linea con i criteri specificati. Coniato dal nome del suo creatore, Gerber Scientific, che è stato il pioniere di questo formato negli anni '60, il file Gerber è un assemblaggio di File di testo ASCIIognuno dei quali corrisponde a uno strato distinto del progetto della scheda. Questi strati comprendono una serie di elementi, tra cui le tracce di rame, maschera di saldatura rappresentazioni, coordinate dei fori di trivellazione e abbellimenti serigrafici. Ogni strato è caratterizzato da dati distinti, che comprendono forme geometriche, coordinate, larghezze di linea e specifiche di spazio. Questi file sono realizzati utilizzando diversi Software di progettazione di PCB applicazioni.

I file Gerber assumono un ruolo fondamentale come direttive per i produttori di PCBA, che guidano i loro impianti di produzione fornendo istruzioni precise sul posizionamento delle tracce di rame, sulla posizione dei fori e sull'applicazione della maschera di saldatura e della grafica serigrafica. Questa precisione meticolosa è fondamentale per garantire che la scheda finale sia esattamente conforme alle specifiche desiderate.

Suggerimenti per la denominazione dei file Gerber dei PCB

La nomenclatura del file Gerber è un parametro fondamentale nel processo di produzione delle schede, in quanto facilita la configurazione e l'identificazione precisa dei diversi strati e componenti del progetto. Uno standard di denominazione ben elaborato non solo garantisce chiarezza e coerenza, ma accelera anche una comunicazione efficace tra progettisti e produttori.

Identificazione dello strato: Ogni file Gerber è intrinsecamente legato a uno strato specifico del progetto della scheda, sia esso lo strato di rame superiore, lo strato di rame inferiore, la maschera di saldatura o la serigrafia. Per distinguere questi strati, sono indispensabili nomi dettagliati e lucidi. Ad esempio:

  • Utilizzare "Upper_Copper.gbr" per indicare lo strato superiore.
  • "Lower_Copper.gbr" designa lo strato inferiore.
  • "Solder_Mask_Top.gbr" indica il livello della maschera di saldatura.

Estensione del file: Le estensioni standard dei file servono a chiarire la funzione di un file Gerber. ".gbr" indica un file Gerber autentico, ".drl" indica i file di foratura e ".gko" indica il profilo della scheda.

Controllo della versione: L'integrazione dei numeri di versione o degli identificatori di revisione nei nomi dei file è una pratica diffusa. Questa pratica facilita la tracciabilità e garantisce che i produttori lavorino con l'ultima iterazione del progetto. Ad esempio:

  • "Nome_progetto_v1.0_Upper_Copper.gbr"

Data e orario: L'inserimento di una data e di un timestamp nei nomi dei file contribuisce a migliorare il controllo delle versioni e la tracciabilità. Ciò si rivela particolarmente utile per i progetti di ampio respiro con aggiornamenti frequenti.

Informazioni sul progetto o sul cliente: Per evitare confusione quando si gestiscono progetti diversi o clienti diversi, si consiglia di integrare nei nomi dei file dettagli specifici del progetto o specificati dall'utente. Ad esempio:

  • "Progetto_utente_v2.1_Lower_Copper.gbr"

Strato del piano di alimentazione: Per i livelli specifici del piano di potenza, adottare nomi di file espliciti come "Power_Plane.gbr".

Identificazione del componente o della funzione: I file assegnati a componenti o funzioni specifiche devono essere denominati in modo appropriato per facilitarne l'identificazione. Ad esempio:

  • "Component_Outlines.gbr" per i contorni di posizionamento dei componenti.

File di montaggio: Se si incorporano disegni o file di assemblaggio, è fondamentale garantire nomi ben definiti per indicare il loro scopo:

  • Utilizzare "Assembly_Drawing.pdf" per i disegni di assieme.
  • "Pick_and_Place.csv" indica i file pick-and-place.

Evitare caratteri speciali e spazi: Per garantire la compatibilità con diversi software e sistemi, evitate di usare caratteri speciali e spazi nei nomi dei file. Scegliete invece caratteri alfanumerici e trattini bassi.

Tipi di formato di file Gerber per PCB

RS-274-D

RS-274-D, noto anche come Gerber esteso, è nato negli anni '80 come versione precedente del formato di file Gerber. Comprende una serie di file di testo ASCII che delineano ogni strato di un progetto di scheda. Tuttavia, presenta limitazioni nella rappresentazione di alcune caratteristiche avanzate della scheda, come i versamenti poligonali e le aperture complesse. Questo formato è supportato principalmente dai vecchi strumenti e software di produzione delle schede. La sua semplicità consente la lettura manuale e le regolazioni necessarie. Tuttavia, l'RS-274-D non è compatibile con i nuovi elementi di progettazione, come i micro vias e le maschere di saldatura complesse. A causa di queste limitazioni, risulta meno efficace per i progetti di schede complesse rispetto ai formati più moderni.

Esempio di RS-274-D
RS-274-D esempio 2

RS-274X

RS-274X, noto anche come Extended Gerber X Format, è una progressiva iterazione di RS-274-D. Questa versione è stata sviluppata per risolvere i limiti del suo predecessore. RS-274X è dotato di capacità migliorate e supporta funzioni avanzate, tra cui versamenti poligonali, aperture complesse e comandi flash. In particolare, offre una maggiore precisione e accuratezza nella rappresentazione di progetti di schede complesse. Questo formato è compatibile con i moderni software di progettazione di schede e con le apparecchiature di produzione, il che lo rende una scelta preferenziale. Tuttavia, è importante notare che l'RS-274X non dispone di alcune funzioni avanzate supportate da formati più recenti.

Esempio di RS-274X

ODB++

ODB++ è il formato moderno e completo utilizzato nella produzione di schede. Supera il vecchio formato Gerber, comprendendo tutte le Progettazione e produzione di PCB all'interno di un unico file strutturato. Questo formato non comprende solo le rappresentazioni grafiche dei livelli della scheda, ma incorpora anche le configurazioni dei componenti, le informazioni sulla netlist, la distinta base e altri dettagli pertinenti. Il suo punto di forza consiste nel facilitare la collaborazione tra i progettisti e i produttori, offrendo un layout standardizzato che riduce al minimo gli errori di traduzione dei dati tra software e strumenti diversi. Tuttavia, vale la pena di notare che l'adozione di ODB++ può richiedere l'uso di nuovi strumenti software e processi modificati. Inoltre, a causa della sua natura completa, i file ODB++ tendono ad avere dimensioni maggiori.

Gerber X2

Gerber X2 rappresenta l'ultima iterazione del tradizionale formato Gerber, appositamente studiato per migliorare la comunicazione tra progettisti e produttori, superando al contempo le limitazioni delle versioni precedenti. Introduce metadati aggiuntivi per fornire un contesto e una chiarezza per ogni livello e le sue applicazioni previste. Questo formato è in grado di gestire componenti di progetto complessi e caratteristiche avanzate dei layer, come le specifiche dei materiali, i parametri di stack-up e i valori di impedenza. L'integrazione di questi miglioramenti porta a una migliore comunicazione, a uno scambio di dati semplificato e a una riduzione degli errori di produzione. Tuttavia, è importante notare che l'utilizzo di Gerber X2 richiede l'accesso a software e strumenti che supportino questo formato, che potrebbero non essere facilmente disponibili.

Utilizzo dei file Gerber nella fabbricazione dei PCB

Da PCB a Gerber

  • Fase iniziale: Il processo di progettazione di un circuito stampato inizia con l'utilizzo da parte di ingegneri e progettisti di software avanzati di progettazione di PCB per creare una rappresentazione digitale del circuito. Questo progetto comprende vari strati, ognuno dei quali indica parametri distinti come le tracce di rame e le maschere di saldatura.
  • Generazione di file Gerber: Una volta completata la progettazione della scheda, il software di progettazione genera i file Gerber. Ogni file Gerber corrisponde a uno specifico layer della scheda e contiene informazioni essenziali sul layout e sulle caratteristiche.

Rappresentazione del livello

  • Strati di rame: I file Gerber per gli strati di rame definiscono meticolosamente le posizioni, le larghezze e le forme precise di tracce, pad e componenti della scheda. Questi file sono fondamentali per incidere con precisione lo strato di rame.
  • Strati della maschera di saldatura: Questi file indicano i punti in cui devono essere applicate le maschere di saldatura per la protezione, garantendo la corretta applicazione della saldatura durante l'assemblaggio dei componenti.
  • Strati serigrafici: I dettagli serigrafici comprendono le etichette, i contorni dei componenti e i numeri di parte. Queste informazioni semplificano il posizionamento e l'identificazione dei componenti.
  • File di perforazione: I file di foratura, derivati dai dati Gerber, forniscono coordinate precise per tutti i fori e i vias sulla scheda, facilitando il processo di foratura.

Fotoplottaggio

  • Conversione in immagini: I file Gerber servono come input per i fotoplotter, macchine che traducono i dati Gerber basati su testo ASCII in immagini ad alta risoluzione. Queste immagini servono come rappresentazione fotografica di ogni strato della scheda.
  • Creazione di film: Le immagini generate durante la fotoplottatura vengono utilizzate per creare pellicole o maschere per le varie fasi di produzione delle schede. Ad esempio, le pellicole dello strato di rame guidano il processo di incisione, mentre le pellicole della maschera di saldatura indicano il punto in cui deve essere applicato lo strato protettivo.

Processi di produzione

  • Acquaforte: I file Gerber guidano il processo di incisione chimica, garantendo la rimozione precisa del rame indesiderato e il mantenimento delle tracce di rame necessarie.
  • Perforazione: Le macchine di perforazione precise sono dirette dai file Gerber per creare fori e vias nei punti designati della scheda.
  • Applicazione della maschera di saldatura: Queste informazioni garantiscono la corretta applicazione della maschera di saldatura a scopo protettivo.
  • Serigrafia: I dettagli della serigrafia forniscono istruzioni per il processo di serigrafia, aiutando a posizionare le etichette e altri dettagli.
  • Controllo qualità: Durante la produzione vengono eseguite ispezioni di controllo qualità e la scheda prodotta viene confrontata con i file Gerber per garantire l'accuratezza richiesta.

Allineamento e registrazione

  • Sovrapposizione accurata: L'allineamento e la registrazione precisi dei diversi strati sono fondamentali per un corretto impilamento. I file Gerber incorporano segni di allineamento e punti di riferimento che consentono una sovrapposizione e un allineamento precisi durante la produzione.

Coerenza di produzione

  • Standard del settore: Questi file aderiscono a un formato standard industriale per la produzione di pannelli, garantendo la compatibilità e la coerenza tra le varie caratteristiche e tecniche di produzione.
  • Efficienza: L'utilizzo dei file Gerber semplifica la transizione dalla progettazione alla produzione, riducendo il rischio di errori e di comunicazione errata tra progettisti e ingegneri.

Caratteristiche avanzate

  • Supporto per elementi di design avanzati: I moderni formati di file Gerber, come Gerber X2, supportano componenti di progettazione avanzati come informazioni sui materiali, profili di impedenza e aperture complesse. In questo modo i produttori possono disporre di dettagli più specializzati per le schede avanzate.

Documenti relativi a Gerber

  • Distinta dei materiali: Serve come elenco completo dei componenti, essenziale per la progettazione delle schede. Include informazioni cruciali come i numeri di parte, le specifiche dei componenti, i tipi di imballaggio e i dettagli di confezionamento dei componenti. Questo documento si rivela prezioso per approvvigionamento dei componenti scopi e gestione efficiente dell'inventario.
  • Disegni di montaggio: Rappresentare visivamente l'esatta disposizione dei componenti sulla scheda. Questi disegni offrono chiare indicazioni sull'orientamento e la posizione dei componenti e sui designatori di riferimento (ad esempio, Rx, RY, ecc.).
  • File Pick-and-Place (PnP): Documenti leggibili a macchina che definiscono coordinate precise e orientamenti dei componenti sulla scheda. Le macchine di assemblaggio automatizzate utilizzano questi file per garantire connessioni precise e prive di errori.
  • Diagrammi schematici: Illustrare le interconnessioni elettriche e la disposizione dei componenti sulla scheda. Questi schemi forniscono informazioni sul funzionamento dei circuiti.
  • Elenco di rete: Delinea gli intricati dettagli di connettività tra i componenti e le tracce sulla scheda. Questo file consente agli ingegneri di verificare e valutare facilmente le connessioni elettriche.
  • Documentazione dei file di perforazione: Per i progetti che prevedono fori e vias, è essenziale una documentazione completa dei file di foratura. Questa documentazione specifica lo scopo, le dimensioni e le caratteristiche di ciascun tipo di foro, aiutando a scegliere le punte più adatte.
  • Note di progettazione: L'inserimento di note o commenti sulla progettazione fornisce ulteriori informazioni sulle scelte progettuali, sulle considerazioni e sui potenziali problemi. Tali note sono vantaggiose sia per i produttori che per gli utenti.

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