Gerber
Gerber Systems Corporation
Gerber — файловый формат, представляющий собой способ описания проекта печатной платы для изготовления фотошаблонов на самом разнообразном оборудовании. Практически все современные системы автоматизации проектных работ позволяют генерировать выходные файлы в формате Gerber. С другой стороны почти всё современное оборудование позволяет считывать данные в этом формате.
По сути Gerber файл представляет собой текстовое описание последовательности команд, направленных на прорисовку различных элементов топологии (контактных площадок, переходных отверстий, линий, дуг, текстовых надписей) с помощью графопостроителя. Фактически данные в формате Gerber представляют собой программный код, управляющий выбором инструмента рисования, перемещением его в точку с заданными координатами и выполнением самой операции рисования. При изготовлении фотошаблонов, рисование на светочувствительной плёнке производится световым пятном заданной формы — апертурой.
Обычный формат Gerber является подмножеством форматов семейства EIA Standard RS-274D. Расширенный формат Gerber, иначе называемый RS-274X, включает в себя ряд дополнительных возможностей, таких как заливка полигонов, комбинирование негативных и позитивных изображений, задание пользовательских апертур. Кроме того, файл в формате RS-274X содержит в своём заголовке список используемых апертур, что даёт пользователям возможность обмениваться данными без необходимости отдельного описания используемых инструментов.
Формат RS-274X является надмножеством формата EIA Standard RS-274D. Он поддерживает как коды параметрических данных (G-коды) и коды апертур (D-коды), так и массивы параметров. Массивы параметров представляют собой наборы данных, описывающих или проект целиком, или его части, называемые слоями, что значительно расширяет возможности стандартного формата Gerber. Отметим также, что формат RS-274X был изначально разработан корпорацией Gerber Systems, признанным производителем CAD/CAM систем, устройств широкоформатной печати и оборудования прецизионной резки.
Типы данных
Файл в формате RS-274X может содержать типы данных, располагающихся в следующем порядке:
Создание производственных Gerber файлов для изготовления платы
Автор: Игорь Зырин, кандидат технических наук, технический специалист компании Altium, автор в Altium Universe
Существует много форматов файлов, по которым выполняется производство платы, но самые основные это Gerber RS-274X, Gerber X2, NC Drill, IPC-2581 и ODB++. Самым популярным форматом, который используется по умолчанию во всех САПР проектирования печатных плат является формат Gerber RS-274X. Этот формат полностью описывает изображение топологического рисунка который стал отраслевым стандартом и используется для изготовления подавляющего большинства (порядка 90%) печатных плат, разработанных во всем мире. Altium Designer позволяет выполнять экспорт файлов во всех вышеописанных форматах.
История формата RS-274
Формат файлов Gerber был разработан корпорацией Gerber Systems (сегодня Ucamco) в 1960-х годах. Формат был основан на подмножестве цифрового стандарта, известного как EIA RS-274-D. В 1980 году Gerber Systems опубликовала спецификацию под названием «Gerber Format: подмножество EIA RS-274-D; справочник по формату данных». Этот формат, широко известный как Gerber RS-274D, или Standard Gerber, вскоре получил широкое распространение и стал де-факто стандартным форматом для векторных фотоплоттеров. В 1998 году Gerber Systems была приобретена Barco и включена в их подразделение PCB, Barco ETS, которое сегодня известно как Ucamco. Для поддержки новых растровых плоттеров Barco собрал все варианты из коллекции форматов Gerber в единый стандартный формат изображений, известный как Extended Gerber, или GerberX. Данное руководство обрисовало в общих чертах формат Gerber RS-274X, который мы используем сегодня.
Хронология развития формата GerberX
Экспорт файлов в Altium Desinger
По завершению проектирования печатной платы необходимо сформировать производственные файлы. Для этого можно воспользоваться средством пакетного формирования выходной документации OutputJob (*.OutJob) и включить вывод Gerber файлов в него. Либо в документе платы выбрать соответствующую команду через главное меню File » Fabrication Outputs » Gerber Files. После чего, необходимо выполнить настройки экспорта Gerber-файлов в соответствующем диалоговом окне Gerber Setup.
Запуск экспорта Gerber файлов
В открывшемся окне Gerber Setup необходимо задать конфигурацию Gerber-файлов. На первой вкладке General задать единицы измерения и формат вывода Gerber-файлов:
Область №1 Units – единицы измерения – дюймы или миллиметры. При одновременном присутствии в проекте компонентов с миллиметровым и дюймовым шагом, выбор единиц измерения зависит только от эстетического восприятия.
Область №2 Format – формат вывода – количество цифр в координатах элементов печатной платы (площадок, линий и т.п.) до и после десятичной запятой.
Рекомендуем использовать форматы вывода данных для дюймов: 2:4 или 2:5; для миллиметров: 4:4. При использовании второй цифры (кол-во знаков после запятой) менее 4-х, возможно уменьшение зазоров в топологии.
Далее переходим к вкладке Layers, в которой необходимо сконфигурировать набор слоев, необходимых для изготовления печатной платы.
Для того, чтобы выбрать слой для передачи его на изготовление необходимо установить «флажки» в столбце Plot в списке слоев Layers To Plot.
В столбце Extension указано расширение файла в соответствии со стандартом Gerber-RS-274X. Для каждого слоя формируется отдельный файл со своим расширением.
Устанавливать «флажки» в столбце Plot в списке слоев Mechanical Layers(s) To All To All Plots не нужно, т.к. это приведет к копированию слоя во все выгружаемые слои.
Для многослойных печатных плат для того, чтобы в переходных отверстиях на всех внутренних слоях присутствовала площадка, необходимо включить параметр Include unconnected mid-layer pads. Это увеличивает надежность переходных отверстий, но при этом увеличивает и стоимость изготовления печатной платы. Компания Резонит рекомендует его включать.
Столбец Mirror необходимо оставить пустым, т. к. для дальнейшей проверки на технологичность изготовления печатной платы требуется такое же ее представление, как и в проекте, а уже при выводе фотошаблонов производитель отразит зеркально требуемые слои самостоятельно, в зависимости от типа фотоплоттера.
Вкладка Drill Drawing необходима для установления соответствия диаметрам отверстий соответствующих символов для формирования графических карт сверления. Ее мы пропускаем, т. к. на современных производствах сверление выполняется на станках с ЧПУ и в картах сверления нет необходимости.
На вкладке Apertures необходимо включить параметр Embedded apertures (RS274X).
В результате список используемых апертур (набор примитивов) для формирования рисунка печатной платы будет располагаться в начале каждого Gerber-файла.
Закончить конфигурирование Gerber-файлов необходимо в вкладке Advanced
Для формирования файла с программой сверления в документе платы запускаем команду File » Fabrication Outputs » NC Drill Files
Запуск экспорта NC Drill файлов
В открывшемся диалоговом окне конфигурации программы сверления NC Drill Setup необходимо выполнить ряд настроек.
Единицы измерения (область Units) и Формат вывода (область Format) выбираются аналогично настройкам вывода Gerber файлов.
Включить параметр Generate separate NC Drill files for plated & non-plated holes. Это позволит сформировать отдельные файлы для металлизированных и не металлизированных отверстий
Файлы с программой сверления имеют расширение txt для сквозных металлизированных и не металлизированных отверстий.
Окно NC Drill Setup
Настройка пути вывода файлов осуществляется в настройках проекта печатной платы, в диалоговом окне Project Options (Project » Project Options) на вкладке Options. В поле Output Path указан путь, по которому формируются все выходные файлы.
Если включить параметр Use separate folder for each output type, то для Gerber-файлов будет создана отдельная подпапка с названием Gerber Output.
Настройка пути вывода Gerber-файлов
В результате выполненных действий в папке Output сформируются все необходимые файлы для производства печатной платы и файлы отчетов:
Name.EXTREP – отчет о наборе Gerber-файлов;
Name.DRR – отчет о программе сверления.
Описание перечня формируемых файлов Gerber
В комплекте сформированных Gerber файлов все файлы будут иметь различное расширение в зависимости от назначенных им слоям:
| Расширение | Назначенный слой | |||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Раздел | Устройство | Имя файла | Слой |
|---|---|---|---|
| copper_top | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.copper_top.cmp | Top, Pads, Vias |
| soldermask_top | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.mask_top.stc | tStop |
| silkscreen_top | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.silk_top.plc | tPlace, tNames |
| copper_bottom | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.copper_bot.sol | Bottom, Pads, Vias |
| soldermask_bottom | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.mask_bot.sts | bStop |
| silkscreen_bottom | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.silk_bot.pls | bPlace, bNames |
| drill | EXCELLON_24 | %P/RS274X/%N.drill.drd | Drills, Holes |
| outline | GERBER_RS274X | %P/RS274X/%N.outline.gml | Dimension |
Папка RS274X для выгрузки gerber файлов создаётся внутри папки проекта вручную.
Макрос %P подставляет в имя gerber файла полный путь к папке проекта.
Макрос %N подставляет в имя gerber файла имя файла проекта печатной платы, откуда производится выгрузка.
Далее в имя gerber файла подставляется понятное нам описание слоя.
Расширения gerber файлов выбраны стандартными для файлов этих слоёв в CAD Eagle 7.7.0.
Оставшиеся восемь файлов содержат данные о слоях печатной платы в формате Gerber RS274X и данные об отверстиях в формате Excellon. Online Gerber Viewer на сайте изготовителя принимает эти файлы и распределяет по слоям без всяких дополнительных настроек.
Убеждаемся, что gerber файлы читаются верно, упаковываем эти восемь файлов в zip-архив. На этом подготовка проекта печатной платы к производству завершается.
И ещё: перед выгрузкой из проекта печатной платы gerber файлов не мешает проверить соответствие этого проекта технологическим требованиям изготовителя.
Настройка технологических требований в проекте
Для успешного изготовления проект печатной платы должен соответствовать технологическим требованиям изготовителя. Технологические требования в Eagle 7.7.0 содержит присоединённый к проекту печатной платы файл *.dru.
Открываем проект печатной платы lpf.brd из примера и через меню Инструменты – DRC… переходим к просмотру и редактированию содержимого файла pcbgogo.dru:
Из неочевидного: задание двухслойной платы толщиной 1 мм со слоем меди 1 Oz выглядит так:
Из совсем неочевидного: параметр Limit задаёт максимальный диаметр отверстий, покрытых паяльной маской по умолчанию:
Также следует помнить, что 6 mil не совсем равно 0,15 мм, и поэтому технологические требования изготовителя следует заносить в тех единицах, в которых они указаны на сайте. Например:
Какое значение указать в каком параметре, на остальных вкладках понятно из подсказок и данных на вкладке «PCB Instant Quote» сайта.
Подсказка: файлы pcbgogo.dru и rs274x.cam можно потом без переделок использовать в других проектах для задания технологических требований и выгрузки gerber файлов.
Проект фильтра низких частот для любительского радиопередатчика, использованный автором публикации в качестве примера, находится здесь.
Краткие итоги
В данной публикации разобран на личном примере: процесс подготовки проекта печатной платы к производству; процесс заказа на изготовление печатной платы в КНР.
Чтобы заказать изготовление несложной печатной платы прототипа на китайской фабрике с минимальными затратами времени и денег нужно:
Очень надеюсь, что изложенный в публикации мой личный опыт, поможет читателям в организации технического творчества. И ещё очень надеюсь, что любая оценка статьи будет сопровождаться комментарием.
Создание производственных Gerber-файлов для изготовления плат из проектов Altium Designer
В данной статье рассказано, что такое файлы Gerber, их история и назначение для производства печатных плат и рассмотрено получение файлов Gerber из проектов плат Altium Designer.
Подробно рассмотрены настройки экспорта файлов Gerber и рекомендации по их выбору.
В процессе разработки печатной платы каждый сталкивается с тем, что в результате проектирования необходимо передать комплект производственных Gerber-файлов для последующего изготовления платы.
Формирование Gerber-файлов, это ответственная операция, в результате которой необходимо обращать внимание на требования изготовителя плат. Чтобы помочь в работе с созданием Gerber-файлов, Altium Designer включает в себя возможности управления процессом создания, о котором пойдет речь в данной статье.
Существует много форматов файлов, по которым выполняется производство платы, но самые основные это Gerber RS-274X, Gerber X2, NC Drill, IPC-2581 и ODB++. Самым популярным форматом, который используется по умолчанию во всех САПР проектирования печатных плат является формат Gerber RS-274X.
Этот формат полностью описывает изображение топологического рисунка который стал отраслевым стандартом и используется для изготовления подавляющего большинства (порядка 90%) печатных плат, разработанных во всем мире. Altium Designer позволяет выполнять экспорт файлов во всех вышеописанных форматах.
История формата RS-274
Формат файлов Gerber был разработан корпорацией Gerber Systems (сегодня Ucamco) в 1960-х годах. Формат был основан на подмножестве цифрового стандарта, известного как EIA RS-274-D. В 1980 году Gerber Systems опубликовала спецификацию под названием «Gerber Format: подмножество EIA RS-274-D; справочник по формату данных».
Этот формат, широко известный как Gerber RS-274D, или Standard Gerber, вскоре получил широкое распространение и стал де-факто стандартным форматом для векторных фотоплоттеров. В 1998 году Gerber Systems была приобретена Barco и включена в их подразделение PCB, Barco ETS, которое сегодня известно как Ucamco. Для поддержки новых растровых плоттеров Barco собрал все варианты из коллекции форматов Gerber в единый стандартный формат изображений, известный как Extended Gerber, или GerberX. Данное руководство обрисовало в общих чертах формат Gerber RS-274X, который мы используем сегодня.
Хронология развития формата GerberX
Экспорт файлов в Altium Desinger
По завершению проектирования печатной платы необходимо сформировать производственные файлы. Для этого можно воспользоваться средством пакетного формирования выходной документации OutputJob (*.OutJob) и включить вывод Gerber-файлов в него. Либо в документе платы выбрать соответствующую команду через главное меню File » Fabrication Outputs » Gerber Files. После чего, необходимо выполнить настройки экспорта Gerber-файлов в соответствующем диалоговом окне Gerber Setup.
Запуск экспорта Gerber-файлов
В открывшемся окне Gerber Setup необходимо задать конфигурацию Gerber-файлов. На первой вкладке General задать единицы измерения и формат вывода Gerber-файлов:
Область №1 Units – единицы измерения – дюймы или миллиметры. При одновременном присутствии в проекте компонентов с миллиметровым и дюймовым шагом, выбор единиц измерения зависит только от эстетического восприятия.
Область №2 Format – формат вывода – количество цифр в координатах элементов печатной платы (площадок, линий и т.п.) до и после десятичной запятой.
Рекомендуем использовать форматы вывода данных для дюймов: 2:4 или 2:5; для миллиметров: 4:4. При использовании второй цифры (кол-во знаков после запятой) менее 4-х, возможно уменьшение зазоров в топологии.
Окно Gerber Setup — вкладка General
Далее переходим к вкладке Layers, в которой необходимо сконфигурировать набор слоев, необходимых для изготовления печатной платы.
Для того, чтобы выбрать слой для передачи его на изготовление необходимо установить «флажки» в столбце Plot в списке слоев Layers To Plot.
В столбце Extension указано расширение файла в соответствии со стандартом Gerber-RS-274X. Для каждого слоя формируется отдельный файл со своим расширением.
Устанавливать «флажки» в столбце Plot в списке слоев Mechanical Layers(s) To All To All Plots не нужно, т.к. это приведет к копированию слоя во все выгружаемые слои.
Для многослойных печатных плат для того, чтобы в переходных отверстиях на всех внутренних слоях присутствовала площадка, необходимо включить параметр Include unconnected mid-layer pads. Это увеличивает надежность переходных отверстий, но при этом увеличивает и стоимость изготовления печатной платы. Компания Резонит рекомендует его включать.
Окно Gerber Setup — вкладка Layers
Столбец Mirror необходимо оставить пустым, т. к. для дальнейшей проверки на технологичность изготовления печатной платы требуется такое же ее представление, как и в проекте, а уже при выводе фотошаблонов производитель отразит зеркально требуемые слои самостоятельно, в зависимости от типа фотоплоттера.
Вкладка Drill Drawing необходима для установления соответствия диаметрам отверстий соответствующих символов для формирования графических карт сверления. Ее мы пропускаем, т. к. на современных производствах сверление выполняется на станках с ЧПУ и в картах сверления нет необходимости.
На вкладке Apertures необходимо включить параметр Embedded apertures (RS274X).
В результате список используемых апертур (набор примитивов) для формирования рисунка печатной платы будет располагаться в начале каждого Gerber-файла.
Окно Gerber Setup — вкладка Apertures
Закончить конфигурирование Gerber-файлов необходимо в вкладке Advanced
Окно Gerber Setup — вкладка Advanced
Для формирования файла с программой сверления в документе платы запускаем команду File » Fabrication Outputs » NC Drill Files
Запуск экспорта NC Drill файлов
В открывшемся диалоговом окне конфигурации программы сверления NC Drill Setup необходимо выполнить ряд настроек.
Единицы измерения (область Units) и Формат вывода (область Format) выбираются аналогично настройкам вывода Gerber-файлов.
Включить параметр Generate separate NC Drill files for plated & non-plated holes. Это позволит сформировать отдельные файлы для металлизированных и не металлизированных отверстий
Файлы с программой сверления имеют расширение txt для сквозных металлизированных и не металлизированных отверстий.
Окно NC Drill Setup
Настройка пути вывода файлов осуществляется в настройках проекта печатной платы, в диалоговом окне Project Options (Project » Project Options) на вкладке Options. В поле Output Path указан путь, по которому формируются все выходные файлы.
Если включить параметр Use separate folder for each output type, то для Gerber-файлов будет создана отдельная подпапка с названием Gerber Output.
Настройка пути вывода Gerber-файлов
В результате выполненных действий в папке Output сформируются все необходимые файлы для производства печатной платы и файлы отчетов:
Name.EXTREP – отчет о наборе Gerber-файлов;
Name.DRR – отчет о программе сверления.
Описание перечня формируемых файлов Gerber
В комплекте сформированных Gerber-файлов все файлы будут иметь различное расширение в зависимости от назначенных им слоям:
G1, G2, etc.
Mid-layer 1, 2, etc.
Описание назначения слоёв:
TopLayer / BottomLayer – слои топологии на верхней и нижней стороне печатной платы.
MidLayer – внутренние сигнальные слои топологии.
Internal Plane Layer – внутренние негативные слои топологии (слои питания).
TopOverlay / BottomOverlay – слои маркировки. Выводить их нужно, если на изготовленной печатной плате требуется соответствующая маркировка на верхней или нижней стороне соответственно.
TopPaste / BottomPaste – слои паяльной пасты для монтируемых на поверхность элементов. Для изготовления печатной платы эти слои не нужны. Если требуется изготовление трафарета для последующего нанесения пасты, согласуйте с производителем необходимость предоставления этого файла, т. к. чаще всего при производстве трафаретов используются слои топологии.
Keep-Out Layer – слой ограничения размещения топологии на поле печатной плате. Для изготовления печатной платы этот слой не нужен (не нужно его выводить).
Mechanical Layer – слои для работы с конструктивом печатной платы – внешний контур, пазы, пропилы, границы установки компонентов и т. д.
Top / Bottom Pad Master – слои, определенные стандартом файлов Gerber-RS-274X и содержащие в себе информацию только о контактных площадках на монтажных слоях. Для изготовления печатной платы эти слои не нужны (не нужно их выводить).
Для структурирования механических слоев в проекте печатной платы рекомендуем назначать механические слои согласно их типа. Подробнее о типах механических слоев в Altium Designer в документации.
