Les capes de Gerber són fitxers gràfics vectorials individuals. Aquests fitxers indiquen l'aspecte que tindrà la placa de circuits impresos. Els fitxers de Gerber indiquen aspectes físics com ara traces de coure, màscares de soldadura i serigrafia. Els fabricants de PCB utilitzen aquests fitxers per controlar cada pas de producció. Podeu veure aquestes capes apilades de dalt a baix, amb les capes inferiors reflectides per a una fabricació precisa.
Fitxers individuals per a cada capa
Cada part real de la teva PCB necessita el seu propi fitxer Gerber. Per exemple, has de tenir fitxers separats per al coure superior, el coure inferior, la pintura per a les màscares de soldadura, les paraules de serigrafia blanca i les capes de pasta. Si la teva PCB és multicapa, també necessites fitxers per a les capes de coure interiors! Cada capa és un fitxer separat. Això ajuda la fàbrica a treballar en cada peça per separat.
Visualització de capes de Gerber
Quan mireu aquests fitxers amb un visor especial en línia, el programari els mostra tots apilats de dalt a baix. Això és com mirar a través d'una placa feta de vidre transparent! Aquesta vista us ajuda a comprovar si els coixinets, les vies i les traces estan alineats correctament a totes les capes. Això és molt important abans d'enviar els fitxers a la fàbrica per fabricar-los.
Imatges de capa positives vs. negatives
Les capes de Gerber utilitzen imatges positives o negatives. Les capes positives mostren la presència de coure com a zones plenes, cosa habitual en les capes de coure on les traces i els coixinets apareixen sòlids. Les capes negatives funcionen de manera oposada: les zones plenes indiquen l'absència. Capa de màscara de soldadura Els fitxers de Gerber utilitzen imatges negatives, és a dir, les regions plenes representen obertures on el coure roman exposat.
Convencions de nomenclatura de capes i extensions de fitxer
Les extensions de fitxer Gerber estàndard segueixen patrons predictibles. El coure superior generalment utilitza .GTL, el coure inferior utilitza .GBL i les màscares de soldadura utilitzen .GTS i .GBS. Diferents eines de programari utilitzen diverses convencions de nomenclatura: les capes Gerber de Kicad utilitzen un esquema mentre que les capes Gerber d'Altium en segueixen un altre. Comprendre aquestes convencions evita confusions a l'hora d'organitzar el vostre paquet de fabricació.
Capes de coure
Capa superior de coure
La capa superior de gerber de coure conté totes les característiques conductores de la superfície superior de la placa. Això inclou traces de senyal, coixinets de components, abocaments de coure i les parts superiors de les vies. Quan exporteu capes de gerber, el fitxer GTL defineix on queda el coure després del gravat.
Capa inferior de coure
La capa inferior de gerber de coure reflecteix la funció de la capa superior excepte per la part inferior de la placa. Aquesta capa apareix invertida horitzontalment quan es veu des de la perspectiva superior. Totes les traces, els coixinets i els farciments de coure de la part inferior resideixen en aquesta capa.
Capes de senyal internes
Les plaques multicapa inclouen fitxers Gerber de la capa interna entre el coure superior i inferior. Aquestes capes transporten senyals addicionals o proporcionen espai d'encaminament dedicat. Les designeu com a G1, G2, G3, etc., segons la seva posició a la pila. Cada capa de senyal interna requereix el seu propi fitxer Gerber per a la fabricació.
Potència i plans de terra
Els plans d'alimentació i de terra sovint utilitzen imatges negatives. En aquests fitxers Gerber de la capa interna, les àrees plenes representen l'eliminació de coure en lloc de la presència de coure. Aquest format negatiu descriu de manera eficient grans abocaments de coure amb espais lliures per a vies i traces.
Què contenen les capes de coure
Totes les capes de coure descriuen quatre tipus de característiques principals. Les traces són les línies estretes que connecten els components. Els coixinets proporcionen punts de muntatge per als cables dels components i les unions de soldadura. Les vies creen connexions elèctriques entre capes. Els abocaments de coure omplen àrees més grans per a la distribució d'energia, els plans de terra o la gestió tèrmica.
Capes de màscara de soldadura
Capa superior de màscara de soldadura
La capa superior de màscara de soldadura (gerber) indica la col·locació del recobriment protector a la superfície superior de la placa. El propòsit d'aquesta capa és aturar els ponts de soldadura durant el muntatge i protegir les traces de coure de l'oxidació i els danys físics.
Capa de màscara de soldadura inferior
La màscara de soldadura inferior funciona de manera idèntica a la capa superior, però protegeix la part inferior. Ambdues capes de màscara de soldadura segueixen la mateixa convenció d'imatge negativa.
Comprensió del concepte d'imatge negativa
Les capes de màscara de soldadura confonen molts dissenyadors perquè utilitzen imatges negatives. Les àrees plenes dels fitxers de màscara de soldadura Gerber indiquen obertures, és a dir, llocs on no s'aplicarà la màscara de soldadura. Aquestes obertures exposen el coure per a la fixació de components i els punts de prova.
Explicació de les obertures de la màscara de soldadura
Les obertures de la màscara de soldadura apareixen allà on la placa requereix coure exposat. Els pads dels components necessiten obertures per soldar. Els punts de prova necessiten obertures per accedir a la sonda. Els connectors de vora necessiten coure exposat per a l'acoblament. El programari de disseny genera automàticament aquestes obertures en funció de les ubicacions dels pads i les vies.
Colors i acabats de màscares de soldadura
Mentre que els fitxers Gerber defineixen les ubicacions d'obertura, els fabricants determinen el color i l'acabat per separat. El verd continua sent el color de màscara de soldadura més comú, tot i que els fabricants ofereixen vermell, blau, negre, blanc i altres opcions. L'estructura del fitxer Gerber continua sent idèntica independentment del color escollit.
Capes de serigrafia
Capa superior de serigrafia
La capa superior de serigrafia gerber conté marques impreses visibles a la placa acabada. Aquesta capa normalment apareix blanca o groga a les plaques verdes, però pot variar segons les opcions de color de la màscara de soldadura.
Capa inferior de serigrafia
La serigrafia inferior té el mateix propòsit que la serigrafia superior, però apareix a la part inferior. Molts dissenys d'una sola cara ometen completament aquesta capa, ja que no proporciona cap valor funcional.
Contingut de serigrafia
La capa de serigrafia Gerber és molt important per als tècnics de muntatge.
Aquesta capa té moltes coses, com ara:
- Els noms de les parts com R1, C2 i U3
- Les marques de polaritat per a díodes i condensadors.
- L'indicador del pin 1 dels xips principals.
- El logotip propi de l'empresa.
- I instruccions de com muntar el tauler.
Per què la serigrafia inferior apareix reflectida
Quan es visualitzen les capes de Gerber des de la perspectiva de dalt a baix, la serigrafia inferior apareix invertida horitzontalment. Aquesta rèplica garanteix que el text es llegeixi correctament quan es gira físicament el tauler.
Quan les capes de serigrafia són opcionals
Podeu fabricar PCB sense capes de serigrafia. Els dissenys simples, les plaques amb espai restringit o els productes on les marques comprometen l'estètica poden excloure completament la serigrafia. Els fabricants accepten dissenys sense serigrafia sense problemes.
Capes de pasta de soldadura
Capa superior de pasta
La màscara de pasta superior de Gerber defineix les obertures de la plantilla per a l'aplicació automatitzada de pasta de soldadura. Aquesta capa només apareix en dissenys que utilitzen l'assemblatge amb tecnologia de muntatge superficial (SMT).
Capa de pasta inferior
La capa de pasta inferior funciona de manera idèntica a la capa de pasta superior, però defineix obertures de plantilla per als components SMT del costat inferior.
Propòsit en la fabricació de plantilles
Els fabricants utilitzen llimes Gerber de màscara de pasta per fer plantilles de metall i plàstic. En el muntatge de PCB, els fabricants de PCB alineen la plantilla amb la placa. Apliquen pasta de soldadura a través de les obertures sobre els pads amb una escombreta.
Diferències de mida entre les obertures de pasta i màscara de soldadura
Les obertures de la capa de pasta solen ser lleugerament més petites que les obertures corresponents de la màscara de soldadura. Aquesta reducció controla el volum de pasta de soldadura, evitant un excés de pasta que podria causar ponts. Alguns dissenys divideixen els coixinets grans en diverses obertures de pasta més petites per reduir encara més el volum de pasta.
Aplicacions de muntatge SMT
Només les plaques que requereixen un muntatge automatitzat necessiten capes de pasta. Els dissenys només de forats passants o els prototips muntats a mà poden ometre aquestes capes. Quan creeu capes Gerber per a la producció SMT, incloeu sempre les dues capes de pasta si teniu components a banda i banda.
Perforar i encaminar capes
Llimes de perforació de forats passants xapades
Els fitxers de perforació PTH especifiquen les ubicacions i les mides dels forats xapats. Aquests forats reben un recobriment de coure durant la fabricació, creant connexions elèctriques entre capes. Els cables, les vies i els punts de prova dels components utilitzen forats xapats.
Llimes de trepant per a forats passants no xapades
Els fitxers de perforació NPTH defineixen forats que romanen sense xapar. Els forats de muntatge, els forats d'utillatge i les característiques mecàniques solen utilitzar forats sense xapar per evitar connexions elèctriques no desitjades.
Via capes de perforació
Els forats de via apareixen al fitxer de perforació PTH però tenen un propòsit específic: la interconnexió de capes en lloc del muntatge de components. Els fitxers Gerber defineixen les mides dels coixinets de via a les capes de coure, mentre que les capes de perforació especifiquen el diàmetre del forat.
Dades de perforació cegues i enterrades
Els dissenys multicapa avançats poden incloure vies cegues o vies enterrades. Aquests requereixen dades de perforació especials que especifiquin a quines capes es connecta cada via, cosa que augmenta la complexitat i el cost de la fabricació.
Llimes de perforació NC vs. llimes Gerber
La informació de perforació tradicionalment utilitza el format Excellon en lloc del format Gerber. Aquests fitxers .drl o .txt utilitzen una sintaxi diferent però tenen el mateix propòsit: indicar a les màquines de perforació on crear forats i quina mida de broca utilitzar.
Explicació del format Excellon
El format Excellon enumera les coordenades de la broca i les assignacions d'eines en text ASCII. Cada número d'eina correspon a un diàmetre específic de la broca. El format de fitxer data de les màquines de perforació NC més antigues, però continua sent l'estàndard de la indústria.
Capes mecàniques i de documentació
Capa de contorn del tauler
La capa del contorn de la placa defineix les dimensions físiques i la forma de la PCB. Sense aquesta capa, els fabricants no poden determinar on encaminar les plaques individuals des dels panells de producció. Aquest fitxer Gerber normalment porta una extensió .GKO o .GM1.
Capes mecàniques per a ranures i retalls
Les capes mecàniques descriuen característiques no elèctriques com ara ranures de muntatge, grans retalls per a pantalles o connectors i formes complexes de plaques. Aquestes s'inclouen al paquet de fabricació juntament amb les capes Gerber estàndard.
Capa de prohibició d'entrada
Les capes de bloqueig defineixen àrees restringides on no poden existir components o encaminaments. Tot i que principalment és una regla de disseny, els fabricants poden sol·licitar aquesta capa per entendre les restriccions de muntatge o els requisits de disseny del panell.
Capes de documentació
Les capes de documentació proporcionen informació llegible per humans que no s'utilitza directament en la fabricació. Aquestes poden incloure trucades de dimensions, notes o instruccions de muntatge que complementen la informació de la serigrafia.
Perforar capes de dibuix
Els dibuixos de perforació mostren les ubicacions, les mides i els tipus de forats en un format visual que els enginyers poden interpretar fàcilment. Aquesta capa complementa els fitxers de perforació llegibles per màquina, ajudant els fabricants a verificar les ubicacions dels forats abans de la producció.
Notes i instruccions de fabricació
Podeu incloure instruccions de fabricació especials com a capes de text o dibuix. Aquestes notes especifiquen materials, acabats, requisits de prova o altres detalls de fabricació que no es capturen a les capes Gerber estàndard.
Capes Gerber especialitzades
Capes d'assemblatge
Les capes d'assemblatge mostren els contorns dels components, els designadors de referència i la informació de col·locació. Tot i que són similars a la serigrafia, les capes d'assemblatge serveixen per a la fabricació en lloc del marcatge final de la placa. Normalment s'exporten per separat de les capes Gerber estàndard.
Capes de tall en V/puntuació
Les capes de tall en V defineixen on els fabricants han de marcar la placa per facilitar la separació dels panells. Aquests talls en angle permeten trencar les plaques al llarg de línies predeterminades sense haver de fer freses.
Capes de dits d'or
Els dissenys de connectors de vora requereixen capes de dits d'or que especifiquin quins coixinets reben un recobriment d'or dur. Aquest acabat especialitzat proporciona una resistència al desgast superior per a connectors acoblats repetidament.
Capes de revestiment de vores
Les capes de recobriment de vores identifiquen les vores de la placa que requereixen recobriment de coure. Aquesta tècnica crea superfícies conductores al llarg dels perímetres de la placa per a l'apantallament o la continuïtat elèctrica.
Capes de punts de prova
Les capes de punts de prova identifiquen coixinets o vies específiques designades per a proves automatitzades. Aquesta informació ajuda els fabricants a programar accessoris de prova i màquines de sonda voladora.
Nombre de capes i complexitat de PCB
Fitxers Gerber de PCB d'una sola capa
Els dissenys d'una sola capa no necessiten gaires fitxers Gerber. Per exemple, hi ha una capa de coure, una màscara de soldadura, serigrafia opcional, contorn de placa i llima de perforació. Posteriorment, les plaques simples costen menys i es poden produir més ràpidament.
Fitxers Gerber de PCB de doble capa
Les plaques de doble capa afegeixen coure inferior, màscara de soldadura inferior i serigrafia inferior opcional al conjunt de fitxers. Aquesta configuració s'adapta a la majoria de dissenys d'aficionats i comercials de baixa complexitat.
Fitxers Gerber de PCB multicapa
Ara, parlem del que passa quan la teva PCB té moltes capes!
Quan teniu més capes en una placa de circuit imprès (PCB), el paquet Gerber també augmenta. Una placa de sis capes té fitxers per al coure superior, quatre capes interiors i el coure inferior, a més dels fitxers per a la màscara de soldadura, la serigrafia i les capes de pasta. Alguns dissenys molt difícils també tenen 20 o més capes! Cadascuna necessita el seu propi fitxer Gerber.
Com afecta el nombre de capes a la capacitat de disseny
Aquestes capes addicionals us donen més espai per a l'encaminament. Això vol dir que podeu ajuntar les peces i fer circuits més complexos. Les capes interiors es poden utilitzar com a plans especials per a l'alimentació i la terra. Això millora la qualitat del senyal i ajuda a aturar el soroll elèctric.
Diferències de rendiment basades en el nombre de capes
Un nombre de capes més alt permet un enrutament d'impedància controlat, una millor distribució d'energia i una integritat del senyal millorada. Tanmateix, augmenten el cost, el temps de fabricació i la complexitat del disseny. Heu de seleccionar el nombre de capes en funció dels requisits elèctrics en lloc de les preferències arbitràries.
Extensions de fitxer de capa Gerber comunes
| Tipus de capa | Extensió | Significat |
| Top Coure | .GTL | Capa superior de Gerber |
| Coure inferior | .GBL | Capa inferior de Gerber |
| Màscara de soldadura superior | .GTS | Màscara de soldadura superior Gerber |
| Màscara de soldadura inferior | .GBS | Màscara de soldadura inferior Gerber |
| Serigrafia superior | .GTO | Gerber Top Overlay |
| Serigrafia inferior | .GBO | Superposició inferior de Gerber |
| Pasta de soldadura superior | .GTP | Pasta superior Gerber |
| Pasta de soldadura inferior | .GBP | Pasta inferior Gerber |
| Esquema del tauler | .GKO | Gerber Keep Out |
| Llima de perforació | .DRL / .TXT | Dades de perforació |
Extensions estàndard
Les extensions estàndard de la indústria indiquen la identitat de la capa. Per exemple, GTL indica el coure superior, .GBL el coure inferior, .GTS la màscara de soldadura superior, .GBS la màscara de soldadura inferior, .GTO la serigrafia superior i .GBO la serigrafia inferior. Les capes internes utilitzen .G1, .G2, .G3, etc.
Extensions de capa de KiCad
Quan exporteu capes Gerber des de KiCad, el programari utilitza extensions descriptives. Aquestes són .F.Cu per al coure frontal, .B.Cu per al coure posterior, .F.Mask per a la màscara de soldadura frontal i .B.Mask per a la màscara de soldadura posterior. Aquesta convenció de noms millora la llegibilitat però difereix dels estàndards tradicionals.
KiCad utilitza un sistema de noms molt lògic que inclou el nom de la capa directament a l'extensió.
- coure: .F.Cu, .B.Cu
- Màscara de soldadura: Màscara F, Màscara B
- Serigrafia: .F.SilkS, .B.SilkS
- Talls de vora: Talls de vora
Extensions de capa d'Altium Designer
Altium normalment segueix l'estàndard Protel però utilitza .GM1, .GM2, etc., per a les capes mecàniques . Normalment, s'utilitza .GM1 per al contorn de la placa en lloc de .GKO.
Extensions de capa Eagle
L'exportació de capes de Gerber d'Eagle utilitza .cmp per al coure superior, .sol per al coure inferior, .plc per a la serigrafia i .stc per a la màscara de soldadura. Aquestes extensions provenen de la terminologia antiga de PCB.
- Coure superior: .cmp
- Coure inferior: .sol
- Serigrafia superior: .plc
- Màscara de soldadura superior: .stc
Extensió .GBR genèrica
Alguns programes exporten totes les capes amb extensions .gbr genèriques. Es basen en noms de fitxer en lloc d'extensions per a la identificació de capes. Aquest mètode requereix una organització acurada dels fitxers i una denominació clara per evitar confusions.
A causa de la confusió causada per totes aquestes diferents extensions, la indústria va crear Gerber X2.
- L'extensió: Tots els fitxers acaben en .GBR.
- Com funciona: La informació sobre què "és" la capa s'escriu realment com a metadades dins del fitxer.
- Benefici: No cal tenir cap mena de tensió per les extensions; el programari del fabricant llegeix les etiquetes internes per identificar les capes automàticament.
Anàlisi de capes Gerber
Ús del programari Gerber Viewer
Les eines gratuïtes de visualització de capes de Gerber us permeten inspeccionar els vostres fitxers abans de la fabricació. Aquestes aplicacions mostren capes individuals o vistes combinades, cosa que us ajuda a verificar la intenció del disseny. Les opcions populars inclouen visualitzadors de fitxers Gerber en línia i aplicacions d'escriptori descarregables.
Procés d'inspecció capa per capa
Hauries d'examinar cada capa de manera independent. Per exemple, verificaràs les amplades de traça, les separacions i la col·locació de les característiques. Comprova que les capes de coure continguin el ruting previst, que les màscares de soldadura tinguin les obertures adequades i que el text de la serigrafia romangui llegible i posicionat correctament.
Comparació de capes per a l'alineació
L'alineació de les capes de Gerber és fonamental per a les plaques funcionals. Utilitzeu el visor per superposar diverses capes, comprovant que els pads s'alineïn amb les capes de coure i màscara de soldadura, que les vies connectin les capes previstes i que els forats es centrin correctament als pads.
Identificació de funcions de capa
De vegades rebeu fitxers Gerber amb noms poc clars. Un editor de capes Gerber ajuda a identificar les funcions de les capes examinant el contingut: les capes de coure contenen traces i pastilles, les màscares de soldadura mostren obertures negatives, la serigrafia mostra text i gràfics.
Visualització 2D vs. 3D
Els visualitzadors Gerber avançats ofereixen visualització en 3D, mostrant la placa tal com apareixerà quan es fabriqui. Aquesta perspectiva ajuda a identificar problemes de separació, conflictes de components i problemes estètics invisibles a les vistes 2D.
Problemes comuns relacionats amb la capa
Capes obligatòries que falten
El problema més comú és la manca de capes Gerber al paquet de fabricació. Els fabricants no poden continuar sense els fitxers de contorn de la placa. La manca de fitxers de màscara de soldadura o de perforació crea ambigüitat sobre les vostres intencions. Abans de l'enviament, verifiqueu que el paquet inclogui totes les capes essencials.
Polaritat de capa incorrecta
Els errors de polaritat de capa es produeixen quan les capes positives s'exporten com a negatives o viceversa. Aquest error normalment afecta les capes de màscara de soldadura, on la polaritat incorrecta crea plaques amb cobertura de màscara invertida: recobrint on hauria d'obrir-se i obrint-se on hauria de recobrir.
Capes desalineades
Les capes de Gerber que no coincideixen amb punts d'origen diferents provoquen una desalineació. Això passa quan algunes capes fan referència a un sistema de coordenades mentre que d'altres utilitzen orígens diferents. El resultat és que els pads de coure no es centren sota les obertures de la màscara de soldadura o que els forats no tenen els pads previstos.
Nomenclatura incorrecta de les capes
Els noms de fitxer ambigus causen confusió i possibles errors de fabricació. Quan els fabricants no poden determinar quin fitxer representa quina capa, la producció s'atura a l'espera d'aclariments. Utilitzeu convencions de nomenclatura clares i estàndard per evitar aquests retards.
Confusió entre màscara de soldadura i capa de pasta
Els dissenyadors de vegades confonen la màscara de soldadura i les capes de pasta, presentant-ne una quan els fabricants necessiten l'altra. La màscara de soldadura defineix el recobriment permanent de la placa mentre que les capes de pasta creen plantilles temporals per al muntatge. Aquestes tenen finalitats completament diferents.
Millors pràctiques per a la gestió de capes Gerber
Verificació que s'incloguin totes les capes necessàries
Abans d'enviar els fitxers, creeu una llista de comprovació de les capes necessàries. Els requisits mínims inclouen el coure superior, el contorn de la placa i una llima de perforació. Les plaques de dues capes afegeixen el coure inferior i normalment les dues màscares de soldadura. Els dissenys SMT requereixen capes de pasta. Les plaques multicapa necessiten totes les capes interiors de coure.
Ús de convencions de nomenclatura coherents
Adopteu un esquema de noms clar i apliqueu-lo de manera coherent a tots els projectes. Incloeu la funció de capa i, si és útil, el nom del projecte al nom de cada fitxer. Aquesta pràctica evita confusions quan es treballa amb diversos dissenys simultàniament.
Pautes de documentació de capes
Crea un fitxer de text senzill que enumeri totes les capes Gerber incloses amb descripcions. Aquest fitxer readme ajuda els fabricants a verificar que han rebut paquets complets i a entendre qualsevol nom no estàndard que hagis utilitzat.
Comunicació dels requisits de capa als fabricants
Poseu-vos en contacte amb el fabricant abans de finalitzar les capes Gerber per a la fabricació de PCB. Diferents instal·lacions tenen preferències variables pel que fa als formats de fitxer, la denominació i l'organització dels paquets. L'alineació amb els seus requisits evita retards en la fabricació.
Controls de qualitat abans de l'enviament
Carregueu el paquet Gerber complet en un visor i feu comprovacions exhaustives. Verifiqueu que les dimensions de la placa coincideixin amb la intenció del vostre disseny. Confirmeu que totes les capes s'alineen correctament. Comproveu que les obertures de la màscara de soldadura exposin els pads previstos. Assegureu-vos que el text de la serigrafia no se superposi als pads ni s'estengui més enllà de les vores de la placa. Reviseu els forats per verificar les mides i les col·locacions correctes. Aquestes comprovacions detecten la majoria dels problemes de les capes Gerber abans que afectin la producció.
Conclusió
Cada capa de Gerber té un propòsit específic per a la fabricació i el muntatge de PCB. Les llimes de Gerber de coure superior i inferior defineixen les vies conductores. Les capes de màscara de soldadura protegeixen el coure alhora que exposen els punts de connexió importants. Les capes de serigrafia guien el muntatge i el manteniment. Les capes de pasta permeten l'aplicació automatitzada de soldadura. Les llimes de perforació especifiquen les interconnexions entre capes. Juntes, aquestes capes de format Gerber proporcionen als fabricants instruccions completes per construir les vostres plaques.
