Was ist Gerber in PCB?
Gerber ist ein Dateiformat, das seit den 1980er Jahren für den Datenaustausch zwischen Leiterplattenherstellern und Zulieferern verwendet wird. Es wurde von Gerber Systems, Inc. entwickelt, einem Unternehmen, das auch die erste CNC-Maschine für die Leiterplattenherstellung hergestellt hat. Der Begriff „Gerber” bezieht sich auf die Grafikantwort-Balkenkodierungsreferenz, ein ASCII-basiertes Dateiformat zur Dokumentation von Daten zur Herstellung von Leiterplatten.
Eine nicht-digitale Datei einer Leiterplatte enthält viele Informationen über ihre Konstruktionsmerkmale sowie ihre Fertigungsanforderungen und andere relevante Details. Jede Leiterplatte besteht aus mehreren Schichten, und jede Schicht enthält spezifische Informationen über sich selbst – ihren Typ, die Kupferdicke, Bohrdaten, Bauteilkonstruktionen, Positionen von Löchern oder Durchkontaktierungen (Durchgangslöchern) usw.
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Warum benötigen wir Gerber-Dateien für die Leiterplattenherstellung?
Ein Leiterplattenentwurf wird mit Hilfe einer CAD-Software (Computer-Aided Design) erstellt. Mit der CAD-Software werden das Layout der Leiterplatte und eine Liste der darauf zu platzierenden Komponenten erstellt. Dieses Layout und die Komponentenliste werden dann als Layoutdatei entweder im Gerber- oder im Extended-Format exportiert. Diese Datei muss anschließend an einen Leiterplattenhersteller gesendet werden, um die Leiterplatte herzustellen. Die Layoutdatei im Gerber-Format wird an einen Leiterplattenhersteller gesendet und später zur Herstellung der Leiterplatte verwendet, indem der Schichtstapel hergestellt, das Kupfer geätzt, die Leiterplatte plattiert, die Löcher gebohrt und die Komponenten auf die Leiterplatte gelötet werden.
Arten von Gerber-Dateien für Leiterplatten
Es gibt vier verschiedene Arten von Gerber-Dateien für die Leiterplattenherstellung:
– Erweiterte Datei: Eine erweiterte Datei ist das gängigste Dateiformat für Leiterplattendaten. Es handelt sich um ein ASCII-Format, das von jeder CAD-Software oder jedem Leiterplattenhersteller gelesen werden kann.
– Standard-Gerber-Datei: Standard-Gerber-Dateien können zusätzliche Informationen wie die Dicke der Kupferschichten und die Gesamtdicke des Stapels anzeigen. Standard-Gerber-Dateien können auch verwendet werden, um die Daten in Schwarz-Weiß anzuzeigen.
– ILO-Datei: Eine ILO-Datei kann verwendet werden, um die Daten der Schichten in Farbe zu senden. Sie kann jedoch nur von der Software gelesen werden, mit der sie erstellt wurde.
– G-Code-Datei: Eine G-Code-Datei kann nur von dem Gerät gelesen werden, mit dem sie erstellt wurde. Sie kann nur mit CAM-Software erstellt werden.
Ein Beispiel für eine Gerber-Datei im ASCII-Format:
G04 Film Name：paste_top*
G04 Origin Date：Thu Sep 20 15:54:22 2007*
G04 Layer：PIN/PASTEMASK_TOP*
%FSLAX26Y26*MOIN*%
%IPPOS*%
%ADD28R，.11X.043*%
%ADD39O，.07X.022*%
%AMACRO19*
21，1，.0512，.0512，0.0，0.0，45.*%
%ADD19MACRO19*%
%LPD*%
G75*
D10*
X1762513Y1175000D03*
Y1374634D03*
Y1637506D03*
D39*
X4962513Y1425000D02*
Y1375000D01*
Y1325000D01*
Y1275000D01*
M02*
Funktionen von Gerber in der Leiterplattenherstellung
Die Gerber-Datei ist eine maschinenlesbare Datei, die Daten zum Leiterplattendesign enthält, wie z. B. den Schichtstapel, die Kupferdicke, Bohrdaten, Bauteildesigns, Positionen von Löchern oder Durchkontaktierungen usw. Die Daten werden in sequenzieller Form gespeichert, wodurch sie für die Maschinen leicht zu lesen und zu verstehen sind. Die Maschinen verwenden diese Informationen, um die Schichten der Leiterplatte herzustellen.
Die Daten in der Datei können nur gelesen werden, wenn das PCB-Design vollständig fertiggestellt ist, d. h. wenn alle Teile gelötet, die Leiterplatte geätzt und plattiert wurde usw. Die Daten können dann zur Erstellung des fertigen PCB-Designs im Extended-Format verwendet werden.
Einschränkungen von Gerber in der Leiterplattenherstellung
Der größte Nachteil der Gerber-Datei besteht darin, dass sie nach ihrer Erstellung nicht mehr bearbeitet oder geändert werden kann. Wenn Änderungen am PCB-Design vorgenommen werden müssen, muss eine neue Datei erstellt, an den PCB-Hersteller gesendet und dann zur Erstellung des neuen PCB-Designs verwendet werden.
Ein weiterer Nachteil der Gerber-Datei besteht darin, dass sie für Menschen nicht lesbar ist. Das bedeutet, dass es bei einem Problem mit den Daten schwierig ist, den Fehler zu lokalisieren. Da die Daten maschinenlesbar sind, kann der Fehler leicht von Maschinen erkannt und korrigiert werden. Die Daten in der Datei müssen korrekt sein, da es sonst zu Problemen mit dem Leiterplatten-Design kommen kann. Wenn beispielsweise die Daten keine Angaben zur Dicke der Schichten oder zur Art der Oberflächenbeschaffenheit enthalten, kann die Leiterplattenherstellung möglicherweise nicht korrekt durchgeführt werden.
Wie erstellt man PCB-Gerber-Dateien?
Nachdem das Design oder Reverse Engineering der Leiterplatte (PCB) abgeschlossen ist, müssen die Designer die entsprechenden Designdateien zur Produktion an den Hersteller übergeben. Aus Gründen der Vertraulichkeit oder aus anderen Gründen müssen wir jedoch manchmal die PCB-Datei in eine Gerber-Datei konvertieren und diese dann dem Hersteller zur Produktion zur Verfügung stellen.
Ein Beispiel für die Konvertierung einer PCB-Datei in eine Gerber-Datei mit Aulitum Designer 20:
Wie in der Abbildung unten gezeigt, sind die 2D-Ansicht und die 3D-Ansicht der PCB-Datei, für die Gerber-Daten generiert werden müssen, jeweils.
Damit der Hersteller eine vollständige Datei mit Informationen zur Leiterplatte erhält, müssen wir vier Schritte durchführen:
1. Gerber-Datei ausgeben
2. Bohrdatei ausgeben
3. IPC-Netzmarkierung ausgeben
4. Patch-Koordinatendatei ausgeben
Zum Schluss packen Sie alle in diesen vier Schritten ausgegebenen Dateien zusammen und senden sie zur Produktion an den Hersteller. Fertig!
Die vier konkreten Schritte werden im Folgenden beschrieben:
1. Gerber-Datei ausgeben
Führen Sie in der interaktiven PCB-Oberfläche den Befehl „Datei – Fertigungsausgaben – Gerber-Dateien“ aus, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Nach Ausführung dieses Befehls wird die Gerber-Einstellungsschnittstelle angezeigt. In dieser Schnittstelle müssen 5 Spalten eingestellt werden.
(1) Die Einstellungen der Spalte „Allgemein“ sind in der folgenden Abbildung dargestellt:
(2) Die Spalte „Layers“ (Schichten) wird wie in der Abbildung unten gezeigt eingestellt. Es ist zu beachten, dass „Plot Layers“ (Schichten plotten) als „UsedOn“ (Verwendet) ausgewählt werden sollte, „MirrorLayers“ (Spiegelschichten) als „All Off“ (Alle aus) ausgewählt werden sollte und „Include Unconnected mid-layer pads“ (Nicht verbundene Pads der mittleren Schicht einbeziehen) ebenfalls aktiviert werden sollte.
(3) Die Spalte „Bohrzeichnung“ ist wie unten gezeigt eingestellt. Aktivieren Sie einfach die oberen und unteren Kontrollkästchen auf der linken Seite:
(4) Die Einstellungen in der Spalte „Blendenöffnungen“ entsprechen denen in der folgenden Abbildung. Behalten Sie die Standardeinstellungen bei:
Nach der Einstellung klicken Sie auf „OK“, und die Gerber-Datei wird in dem Ordner erstellt, in dem sich die Leiterplatte befindet, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
2. Ausgabe Bohrdatei
Wir müssen auch die Informationen zu den Befestigungslöchern und Durchkontaktierungen auf der Leiterplatte ausgeben. Zu diesem Zeitpunkt müssen wir die Bohrdatei ausgeben. Führen Sie in der interaktiven PCB-Oberfläche den Befehl „Datei – Fertigungsausgaben – NC-Bohrdateien“ aus, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Die folgende Abbildung zeigt die Schnittstelle für die Einstellung der Bohrparameter. Behalten Sie die Standardeinstellungen bei und klicken Sie auf „OK“. Ebenso werden die mit dem Bohren verbundenen Datendateien in dem Ordner erstellt, in dem sich die Leiterplatte befindet.
3. IPC-Netzmarke ausgeben
Bei der Übermittlung der Gerber-Datei an den Hersteller und der Erstellung der IPC-Netzliste zur Überprüfung durch den Hersteller können einige herkömmliche Probleme mit offenen Stromkreisen und Kurzschlüssen überprüft werden, um Verluste zu vermeiden. Führen Sie in der interaktiven PCB-Oberfläche den Befehl „Datei – Baugruppenausgaben – Testpunktbericht“ aus, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Die Ausgabeeinstellungen der IPC-Netzliste werden in der folgenden Abbildung angezeigt. Klicken Sie auf „OK“, und die zugehörigen Dateien werden ebenfalls in dem Ordner erstellt, in dem sich die Leiterplatte befindet:
4. Koordinatendatei ausgeben
Nachdem die Platine fertiggestellt ist, müssen die Komponenten gelötet und gepatcht werden. An dieser Stelle müssen wir die Koordinateninformationen der einzelnen Komponenten verwenden. AD gibt Koordinatendateien normalerweise im txt-Format aus. Führen Sie in der interaktiven PCB-Oberfläche den Befehl „Datei – Baugruppenausgaben – Pick-and-Place-Dateien generieren“ aus, wie in der folgenden Abbildung gezeigt:
Die Ausgabeeinstellungen der Patch-Koordinatendatei sind in der folgenden Abbildung dargestellt. Sie können die Standardeinstellungen beibehalten:
Zu diesem Zeitpunkt wurden alle Gerber-Dateien ausgegeben. Sie können alle generierten Gerber-Dateien in dem Verzeichnis, in dem sich die Leiterplatte befindet, zusammenfassen und zur Produktion an den Hersteller senden.
Fazit
Die Gerber-Datei ist ein ASCII-basiertes Dateiformat zur Dokumentation von Daten zur Herstellung von Leiterplatten. Sie wird zum Austausch von Daten zwischen Leiterplattenherstellern und Zulieferern verwendet. Die Daten in der Datei können nur gelesen werden, wenn das Leiterplattendesign vollständig fertiggestellt ist, d. h. wenn alle Teile gelötet, die Leiterplatte geätzt und plattiert wurde usw. Die Daten können dann zur Erstellung des fertigen Leiterplattendesigns im Excellon-Format verwendet werden. Der größte Nachteil der Gerber-Datei besteht darin, dass sie nach ihrer Erstellung nicht mehr bearbeitet oder geändert werden kann. Wenn Änderungen am Leiterplattenentwurf vorgenommen werden müssen, muss eine neue Datei erstellt, an den Leiterplattenhersteller gesendet und dann zur Erstellung des neuen Leiterplattenentwurfs verwendet werden. Ein weiterer Nachteil der Gerber-Datei besteht darin, dass sie für Menschen nicht lesbar ist.
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