O que é um ficheiro Gerber e como é utilizado na PCB

O objetivo do design de circuitos vai além da mera concetualização e da conceção de esquemas de circuitos. A sua essência reside na transformação da criatividade em produtos tangíveis e fabricáveis. No entanto, após a conclusão do desenho, o simples envio dos ficheiros de desenho para o fabricante de PCB não é suficiente. Juntamente com os ficheiros de design, as informações essenciais, como os ficheiros BoM e Ficheiros Gerber também é necessário. Neste artigo, a FS Tech vai aproveitar a sua experiência profissional para lhe fornecer uma explicação abrangente do conceito de ficheiros Gerber, elucidando o seu papel crucial em projectos de fabrico de PCB.

O que é Gerber em PCB

Um ficheiro Gerber é um formato vital para a produção de placas PCB, funcionando como uma planta digital que encapsula todos os dados essenciais para a criação de placas PCB em conformidade com os critérios especificados. Criado em homenagem ao seu criador, a Gerber Scientific, que foi pioneira neste formato nos anos 60, o ficheiro Gerber é um conjunto de Ficheiros de texto ASCIIcada uma correspondendo a uma camada distinta do desenho da placa. Estas camadas englobam uma série de elementos, incluindo traços de cobre, máscara de solda representações, coordenadas de furos de sondagem e adornos serigráficos. Cada camada é caracterizada por dados distintos, abrangendo formas geométricas, coordenadas, larguras de linha e especificações de folga. Estes ficheiros são criados utilizando vários Software de conceção de PCB aplicações.

Os ficheiros Gerber assumem um papel fundamental como directivas para os fabricantes de PCBA, orientando o seu equipamento de produção ao fornecer instruções precisas relativamente à colocação de traços de cobre, posições de furos e aplicação de máscaras de soldadura e gráficos serigráficos. Esta precisão meticulosa é essencial para garantir que a placa final esteja exatamente em conformidade com as especificações desejadas.

Dicas de nomeação de ficheiros Gerber PCB

A nomenclatura do ficheiro Gerber é um parâmetro fundamental no processo de fabrico de placas, uma vez que facilita a configuração e identificação precisas de camadas e componentes distintos no desenho. Uma norma de nomenclatura bem elaborada não só garante clareza e consistência, como também acelera a comunicação efectiva entre designers e fabricantes.

Identificação da camada: Cada ficheiro Gerber está intrinsecamente ligado a uma camada específica do desenho da placa - seja a camada superior de cobre, a camada inferior de cobre, a máscara de solda ou a serigrafia. Para distinguir estas camadas, é imperativo dar-lhes nomes detalhados e lúcidos. Por exemplo:

  • Empregar "Upper_Copper.gbr" para denotar a camada superior.
  • "Lower_Copper.gbr" designa a camada inferior.
  • "Solder_Mask_Top.gbr" significa a camada de máscara de solda.

Extensão de ficheiro: As extensões de ficheiros padrão são utilizadas para elucidar a função de um ficheiro Gerber. ".gbr" designa um ficheiro Gerber autêntico, ".drl" designa ficheiros de perfuração e ".gko" significa o esboço da placa.

Controlo de versões: A integração de números de versão ou identificadores de revisão nos nomes dos ficheiros é uma prática corrente. Esta prática facilita o rastreio e garante que os fabricantes estão a trabalhar com a última iteração de design. Por exemplo:

  • "Nome_do_projecto_v1.0_Upper_Copper.gbr"

Data e carimbo de data/hora: A incorporação de uma data e de um carimbo de data/hora nos nomes dos ficheiros contribui para um melhor controlo e rastreabilidade da versão. Isto revela-se especialmente valioso para projectos extensos com actualizações frequentes.

Informações sobre o projeto ou o cliente: Para evitar qualquer confusão ao lidar com projectos distintos ou clientes diversos, é aconselhável integrar detalhes específicos do projeto ou especificados pelo utilizador nos nomes dos ficheiros. Por exemplo:

  • "Projecto_do_Utilizador_v2.1_Mais_baixo_do_Cobre.gbr"

Camada do plano de potência: Para camadas específicas do plano de potência, adotar nomes de ficheiros explícitos como "Power_Plane.gbr".

Identificação do componente ou da função: Os ficheiros atribuídos a componentes ou funções específicas devem ser designados de forma adequada para facilitar a sua identificação. Por exemplo:

  • "Component_Outlines.gbr" para contornos de colocação de componentes.

Ficheiros de montagem: Se forem incorporados desenhos ou ficheiros de montagem, é crucial garantir nomes bem definidos para indicar a sua finalidade:

  • Utilizar "Assembly_Drawing.pdf" para os desenhos de montagem.
  • "Pick_and_Place.csv" significa ficheiros pick-and-place.

Evitar caracteres especiais e espaços: Para garantir a compatibilidade com vários softwares e sistemas, evite utilizar caracteres especiais e espaços nos nomes dos ficheiros. Em vez disso, opte por caracteres alfanuméricos e sublinhados.

Tipos de formato de ficheiro Gerber PCB

RS-274-D

O RS-274-D, também conhecido como Extended Gerber, teve origem nos anos 80 como uma versão anterior do formato de ficheiro Gerber. Inclui um conjunto de ficheiros de texto ASCII que delineiam cada camada de um desenho de placa. No entanto, tem limitações na representação de certas características avançadas da placa, como polígonos e aberturas complexas. Este formato é suportado principalmente por ferramentas e software mais antigos de fabrico de placas. A sua simplicidade permite a leitura manual e ajustes, se necessário. No entanto, o RS-274-D não é compatível com os novos elementos de design, como as microvias e as máscaras de soldadura complexas. Devido a estas limitações, revela-se menos eficaz para desenhos de placas complexas, quando comparado com formatos mais modernos.

Exemplo RS-274-D
RS-274-D exemplo 2

RS-274X

O RS-274X, também conhecido como Extended Gerber X Format, é uma iteração progressiva do RS-274-D. Esta versão foi desenvolvida para resolver as limitações da sua antecessora. O RS-274X vem com capacidades melhoradas e suporta funcionalidades avançadas, incluindo derrames de polígonos, aberturas complexas e comandos flash. Nomeadamente, oferece maior precisão e exatidão na representação de desenhos de placas complexos. Este formato é compatível com software de design de placas e equipamento de fabrico modernos, o que o torna uma escolha preferencial. No entanto, é importante notar que o RS-274X não possui algumas das funcionalidades avançadas suportadas por formatos ainda mais recentes.

Exemplo RS-274X

ODB++

O ODB++ é o formato moderno e abrangente utilizado no fabrico de placas. Ultrapassa o antigo formato Gerber ao englobar todos os Conceção e fabrico de PCB dados num único ficheiro estruturado. Este formato não só inclui representações gráficas das camadas da placa, como também incorpora configurações de componentes, informações de netlist, BOM e outros pormenores pertinentes. A sua principal vantagem reside no facto de facilitar a colaboração entre os engenheiros de conceção e fabrico, oferecendo uma apresentação normalizada que minimiza os erros de tradução de dados em diversos softwares e ferramentas. No entanto, vale a pena notar que a adoção do ODB++ pode exigir a utilização de novas ferramentas de software e processos modificados. Além disso, devido à sua natureza abrangente, os ficheiros ODB++ tendem a ser maiores.

Gerber X2

O Gerber X2 representa a mais recente iteração do formato Gerber tradicional, especificamente concebido para melhorar a comunicação entre projectistas e fabricantes, ultrapassando simultaneamente as limitações das versões anteriores. Introduz metadados adicionais para fornecer contexto e clareza para cada camada e as suas aplicações pretendidas. Este formato acomoda componentes de design complexos e características avançadas de camadas, tais como especificações de materiais, parâmetros de empilhamento e valores de impedância. A integração destas melhorias conduz a uma melhor comunicação, a uma troca de dados simplificada e a uma redução dos erros de fabrico. No entanto, é importante notar que a utilização do Gerber X2 requer acesso a software e ferramentas que suportem este formato, o que pode não estar prontamente disponível.

Utilização de ficheiros Gerber no fabrico de PCB

PCB para Gerber

  • Fase inicial: O processo de conceção de uma placa de circuitos começa com engenheiros e designers que utilizam software avançado de conceção de PCB para criar uma representação digital do circuito. Este desenho inclui várias camadas, cada uma denotando parâmetros distintos, tais como traços de cobre e máscaras de soldadura.
  • Geração de ficheiros Gerber: Uma vez concluído o desenho da placa, o software de desenho gera ficheiros Gerber. Cada ficheiro Gerber corresponde a uma camada específica da placa e contém informações essenciais sobre a disposição e as características.

Representação de camadas

  • Camadas de cobre: Os ficheiros Gerber para camadas de cobre definem meticulosamente as localizações, larguras e formas precisas dos traços, almofadas e componentes da placa. Estes ficheiros são cruciais para gravar com precisão a camada de cobre.
  • Camadas de máscara de solda: Estes ficheiros descrevem onde as máscaras de solda devem ser aplicadas para proteção, assegurando a aplicação correcta da solda durante a montagem dos componentes.
  • Serigrafia Camadas: Os detalhes da serigrafia incluem etiquetas, contornos de componentes e números de peças. Estas informações simplificam a colocação e a identificação dos componentes.
  • Limas de perfuração: Os ficheiros de perfuração, derivados de dados Gerber, fornecem coordenadas precisas para todos os orifícios e vias na placa, facilitando o processo de perfuração.

Fotoplotagem

  • Conversão para imagens: Os ficheiros Gerber servem de entrada para os fotoplotadores, máquinas que traduzem os dados Gerber baseados em texto ASCII em imagens de alta resolução. Estas imagens servem como representações fotográficas de cada camada da placa.
  • Criação de filmes: As imagens geradas durante a fotoplotagem são utilizadas para criar películas ou máscaras para várias etapas do fabrico de placas. Por exemplo, as películas de camada de cobre orientam o processo de gravação, enquanto as películas de máscara de solda indicam onde a camada protetora deve ser aplicada.

Processos de fabrico

  • Gravura: Os ficheiros Gerber orientam o processo de gravação química, assegurando a remoção precisa do cobre indesejado e a retenção dos traços de cobre necessários.
  • Perfuração: Máquinas de perfuração precisas são orientadas por ficheiros Gerber para criar orifícios e vias em pontos designados da placa.
  • Máscara de soldadura Aplicação: Esta informação garante a aplicação correcta da máscara de solda para fins de proteção.
  • Impressão em serigrafia: Os detalhes da serigrafia fornecem instruções para o processo de serigrafia, ajudando na colocação de etiquetas e outros detalhes.
  • Controlo de qualidade: Durante o fabrico, são realizadas inspecções de controlo de qualidade, sendo a placa fabricada comparada com os ficheiros Gerber para garantir a precisão necessária.

Alinhamento e registo

  • Sobreposição exacta: O alinhamento e o registo precisos de diferentes camadas são cruciais para um empilhamento adequado. Os ficheiros Gerber incorporam marcas de alinhamento e pontos de referência que permitem uma sobreposição e alinhamento precisos durante o fabrico.

Consistência de fabrico

  • Norma do sector: Estes ficheiros obedecem a um formato industrial normalizado para a produção de placas, garantindo a compatibilidade e a coerência entre várias características e técnicas de produção.
  • Eficiência: A utilização de ficheiros Gerber simplifica a transição do design para o fabrico, reduzindo o risco de erros e de falhas de comunicação entre designers e engenheiros.

Funcionalidades avançadas

  • Suporte para elementos de design avançados: Os formatos de ficheiro Gerber modernos, como o Gerber X2, suportam componentes de design avançados, como informações sobre materiais, perfis de impedância e aberturas complexas. Isto fornece aos fabricantes detalhes mais especializados para placas avançadas.

Documentos relacionados com a Gerber

  • Lista de Materiais: Serve como uma lista abrangente de componentes essenciais para o design da placa. Inclui informações cruciais, como números de peça, especificações de componentes, tipos de embalagem e detalhes de embalagem de componentes. Este documento é valioso para aquisição de componentes objectivos e gestão eficaz do inventário.
  • Desenhos de montagem: Representar visualmente a disposição exacta dos componentes na placa. Estes desenhos oferecem indicações claras da orientação, posição e designadores de referência dos componentes (por exemplo, Rx, RY, etc.).
  • Ficheiros Pick-and-Place (PnP): Documentos legíveis por máquina que definem coordenadas exactas e orientações dos componentes na placa. As máquinas de montagem automatizadas utilizam estes ficheiros para garantir ligações precisas e sem erros.
  • Diagramas esquemáticos: Ilustrar as interligações eléctricas e a disposição dos componentes na placa. Estes diagramas fornecem informações sobre o funcionamento dos circuitos.
  • Lista de rede: Descreve os pormenores intrincados da conetividade entre componentes e traços na placa. Este ficheiro assegura que os engenheiros podem facilmente verificar e avaliar as ligações eléctricas.
  • Documentação do ficheiro de perfuração: Para projectos que envolvam orifícios e vias, é essencial uma documentação completa do ficheiro de perfuração. Esta documentação especifica a finalidade, as dimensões e as características de cada tipo de furo, ajudando na seleção das brocas adequadas.
  • Notas de conceção: A incorporação de notas ou comentários sobre a conceção fornece informações adicionais sobre as opções de conceção, considerações e eventuais problemas. Estas notas beneficiam tanto os produtores como os utilizadores de quadros.

Gostaríamos muito de ouvir a sua opinião