I livelli Gerber sono singoli file grafici vettoriali. Questi file descrivono l'aspetto del circuito stampato. I file Gerber descrivono aspetti fisici come tracce di rame, maschere di saldatura e serigrafia. I produttori di PCB utilizzano questi file per controllare ogni fase della produzione. Questi livelli vengono visualizzati dall'alto verso il basso, con gli strati inferiori speculari per una fabbricazione accurata.
File individuali per ogni livello
Ogni componente reale del PCB necessita del proprio file Gerber. Ad esempio, è necessario disporre di file separati per il rame superiore, quello inferiore, la vernice per le maschere di saldatura, le scritte bianche serigrafate e gli strati di pasta. Se il PCB è multistrato, sono necessari anche i file per gli strati di rame interni! Ogni singolo strato è un file separato. Questo aiuta la fabbrica a lavorare su ogni componente singolarmente.
Visualizzazione dei livelli Gerber
Quando si visualizzano questi file utilizzando uno speciale visualizzatore online, il software li mostra tutti impilati dall'alto verso il basso. È come guardare attraverso una lastra di vetro trasparente! Questa visualizzazione aiuta a verificare se i pad, i via e le tracce sono allineati correttamente su tutti i livelli. Questo è molto importante prima di inviare i file in fabbrica per la produzione.
Immagini a strati positivi e negativi
I livelli Gerber utilizzano immagini positive o negative. I livelli positivi mostrano la presenza di rame come aree riempite, un fenomeno comune per i livelli di rame in cui tracce e piazzole appaiono solide. I livelli negativi funzionano in modo opposto: le aree riempite indicano l'assenza. I file Gerber dello strato della maschera di saldatura utilizzano immagini negative, il che significa che le aree riempite rappresentano aperture in cui il rame rimane esposto.
Convenzioni di denominazione dei livelli ed estensioni dei file
Le estensioni standard dei file Gerber seguono schemi prevedibili. Il rame superiore utilizza generalmente .GTL, quello inferiore .GBL e le maschere di saldatura .GTS e .GBS. Diversi strumenti software utilizzano diverse convenzioni di denominazione: i livelli Gerber di Kicad utilizzano uno schema, mentre i livelli Gerber di Altium ne seguono un altro. Comprendere queste convenzioni evita confusione nell'organizzazione del pacchetto di fabbricazione.
Strati di rame
Strato superiore di rame
Lo strato superiore del Gerber in rame contiene tutte le caratteristiche conduttive della superficie superiore della scheda. Tra queste rientrano le tracce dei segnali, i pad dei componenti, le colate di rame e le porzioni superiori dei fori di via. Quando si esportano gli strati Gerber, il file GTL definisce dove rimane il rame dopo l'incisione.
Strato inferiore di rame
Lo strato inferiore in rame Gerber rispecchia la funzione dello strato superiore, ma per la parte inferiore della scheda. Questo strato appare capovolto orizzontalmente se visto dall'alto. Tutte le tracce, i pad e i riempimenti in rame della parte inferiore risiedono in questo strato.
Strati del segnale interno
Le schede multistrato includono file Gerber per lo strato interno, tra il rame superiore e quello inferiore. Questi strati trasportano segnali aggiuntivi o forniscono uno spazio di routing dedicato. Vengono designati come G1, G2, G3 e così via, in base alla loro posizione nello stack. Ogni strato di segnale interno richiede il proprio file Gerber per la fabbricazione.
Potenza e piani di massa
I piani di alimentazione e di massa utilizzano spesso immagini negative. In questi file Gerber dello strato interno, le aree riempite rappresentano la rimozione del rame piuttosto che la sua presenza. Questo formato negativo descrive in modo efficiente ampie colate di rame con spazi per via e tracce.
Cosa contengono gli strati di rame
Tutti gli strati di rame presentano quattro tipi principali di caratteristiche. Le tracce sono le linee sottili che collegano i componenti. I pad forniscono punti di montaggio per i terminali dei componenti e i giunti di saldatura. I via creano connessioni elettriche tra gli strati. Le colate di rame riempiono aree più ampie per la distribuzione dell'alimentazione, i piani di massa o la gestione termica.
Strati della maschera di saldatura
Strato superiore della maschera di saldatura
Lo strato superiore della maschera di saldatura Gerber descrive il rivestimento protettivo posizionato sulla superficie superiore della scheda. Lo scopo di questo strato è quello di impedire la formazione di ponti di saldatura durante l'assemblaggio e proteggere le tracce di rame dall'ossidazione e dai danni fisici.
Strato inferiore della maschera di saldatura
La maschera di saldatura inferiore funziona in modo identico allo strato superiore, ma protegge la parte inferiore. Entrambi gli strati della maschera di saldatura seguono la stessa convenzione di imaging negativo.
Comprensione del concetto di immagine negativa
Gli strati della maschera di saldatura confondono molti progettisti perché utilizzano immagini negative. Le aree colorate nei file Gerber indicano aperture, ovvero punti in cui la maschera di saldatura non verrà applicata. Queste aperture espongono il rame per il fissaggio dei componenti e i punti di prova.
Spiegazione delle aperture della maschera di saldatura
Le aperture della maschera di saldatura compaiono ovunque la scheda richieda rame esposto. I pad dei componenti necessitano di aperture per la saldatura. I punti di prova richiedono aperture per l'accesso alle sonde. I connettori di bordo necessitano di rame esposto per l'accoppiamento. Il software di progettazione genera automaticamente queste aperture in base alla posizione dei pad e dei fori di via.
Colori e finiture della maschera di saldatura
Mentre i file Gerber definiscono le posizioni di apertura, i produttori determinano separatamente colore e finitura. Il verde rimane il colore più comune per le maschere di saldatura, sebbene i produttori offrano opzioni come rosso, blu, nero, bianco e altre. La struttura del file Gerber rimane identica indipendentemente dalla scelta del colore.
Strati serigrafici
Strato superiore serigrafico
Lo strato superiore del Gerber serigrafico contiene le marcature stampate visibili sulla scheda finita. Questo strato appare in genere bianco o giallo sulle schede verdi, ma può variare in base al colore della maschera di saldatura.
Strato inferiore serigrafico
La serigrafia inferiore ha la stessa funzione della serigrafia superiore, ma appare sul lato inferiore. Molti progetti monofacciali omettono completamente questo strato, poiché non offre alcun valore funzionale.
Contenuto serigrafico
Il livello Gerber della serigrafia è molto importante per i tecnici di assemblaggio.
Questo strato contiene molte cose, come:
- I nomi delle parti come R1, C2 e U3
- Marcature di polarità per diodi e condensatori.
- L'indicatore del pin 1 per i chip principali.
- Il logo dell'azienda.
- E istruzioni su come assemblare la tavola.
Perché la serigrafia inferiore appare specchiata
Osservando i livelli Gerber dall'alto verso il basso, la serigrafia inferiore appare capovolta orizzontalmente. Questa specularità garantisce la corretta lettura del testo quando si capovolge fisicamente la scheda.
Quando gli strati serigrafici sono facoltativi
È possibile realizzare PCB senza strati di serigrafia. Progetti semplici, schede con vincoli di spazio o prodotti in cui le marcature compromettono l'estetica possono escludere completamente la serigrafia. I produttori accettano senza problemi progetti senza serigrafia.
Strati di pasta saldante
Strato di pasta superiore
La maschera di pasta superiore Gerber definisce le aperture dello stencil per l'applicazione automatizzata della pasta saldante. Questo strato è presente solo nei progetti che utilizzano la tecnologia di montaggio superficiale (SMT).
Strato di pasta inferiore
Lo strato di pasta inferiore funziona in modo identico allo strato di pasta superiore, ma definisce le aperture dello stencil per i componenti SMT del lato inferiore.
Scopo nella produzione di stencil
I produttori utilizzano file Gerber con maschera di pasta per realizzare stencil in metallo e plastica. Nell'assemblaggio di PCB, i produttori di PCB allineano lo stencil alla scheda. Applicano la pasta saldante attraverso le aperture sui pad.
Differenze di dimensioni tra le aperture della maschera di pasta e di saldatura
Le aperture degli strati di pasta sono in genere leggermente più piccole delle corrispondenti aperture della maschera di saldatura. Questa riduzione controlla il volume della pasta saldante, prevenendone un eccesso che potrebbe causare ponti. Alcuni progetti suddividono le piazzole di grandi dimensioni in più aperture più piccole per ridurre ulteriormente il volume della pasta.
Applicazioni di assemblaggio SMT
Solo le schede che richiedono un assemblaggio automatizzato necessitano di strati di pasta. I progetti solo through-hole o i prototipi assemblati a mano possono omettere questi strati. Quando si creano strati Gerber per la produzione SMT, includere sempre entrambi gli strati di pasta se si hanno componenti su entrambi i lati.
Livelli di perforazione e instradamento
Lime per fori passanti placcate
I file di foratura PTH specificano la posizione e le dimensioni dei fori placcati. Questi fori vengono placcati in rame durante la fabbricazione, creando connessioni elettriche tra gli strati. I cavi dei componenti, i fori via e i punti di prova utilizzano fori placcati.
Lime per fori passanti non placcate
Le lime per foratura NPTH definiscono fori che rimangono non placcati. I fori di montaggio, i fori per utensili e le caratteristiche meccaniche in genere utilizzano fori non placcati per evitare connessioni elettriche indesiderate.
Tramite strati di perforazione
I fori di via sono presenti nel file di foratura PTH, ma hanno uno scopo specifico: l'interconnessione degli strati piuttosto che il montaggio dei componenti. I file Gerber definiscono le dimensioni dei pad di via sugli strati di rame, mentre gli strati di foratura specificano il diametro del foro.
Cieco e sepolto tramite dati di perforazione
I progetti multistrato avanzati possono includere vie cieche o interrate. Queste richiedono dati di foratura speciali che specificano a quali strati deve essere collegata ciascuna via, aumentando la complessità e i costi di produzione.
File di perforazione NC vs. file Gerber
Le informazioni di perforazione tradizionalmente utilizzano il formato Excellon anziché il formato Gerber. Questi file .drl o .txt utilizzano una sintassi diversa ma hanno lo stesso scopo: indicare alle trapani dove praticare i fori e quale dimensione di punta utilizzare.
Formato Excellon spiegato
Il formato Excellon elenca le coordinate di foratura e le assegnazioni degli utensili in formato ASCII. Ogni numero di utensile corrisponde a uno specifico diametro della punta. Il formato file risale alle vecchie macchine per foratura a controllo numerico, ma rimane lo standard del settore.
Livelli meccanici e di documentazione
Livello di contorno della scheda
Il livello di contorno della scheda definisce le dimensioni fisiche e la forma del PCB. Senza questo livello, i produttori non possono determinare dove instradare le singole schede dai pannelli di produzione. Questo file Gerber ha in genere un'estensione .GKO o .GM1.
Strati meccanici per fessure e ritagli
I livelli meccanici descrivono caratteristiche non elettriche come slot di montaggio, grandi aperture per display o connettori e forme complesse della scheda. Questi elementi vanno inclusi nel pacchetto di fabbricazione insieme ai livelli Gerber standard.
Strato di protezione
I livelli di esclusione definiscono aree limitate in cui non possono essere presenti componenti o percorsi. Sebbene si tratti principalmente di una regola di progettazione, i produttori potrebbero richiedere questo livello per comprendere i vincoli di assemblaggio o i requisiti di layout dei pannelli.
Livelli di documentazione
I livelli di documentazione forniscono informazioni comprensibili all'uomo, non utilizzate direttamente nella fabbricazione. Possono includere didascalie dimensionali, note o istruzioni di montaggio che integrano le informazioni serigrafiche.
Livelli di disegno del trapano
I disegni di foratura mostrano la posizione, le dimensioni e la tipologia dei fori in un formato visivo facilmente interpretabile dagli ingegneri. Questo livello integra i file di foratura leggibili a macchina, aiutando i produttori a verificare il posizionamento dei fori prima della produzione.
Note e istruzioni di fabbricazione
È possibile includere istruzioni di fabbricazione speciali come testo o livelli di disegno. Queste note specificano materiali, finiture, requisiti di collaudo o altri dettagli di produzione non inclusi nei livelli Gerber standard.
Livelli Gerber specializzati
Livelli di assemblaggio
I livelli di assemblaggio mostrano i contorni dei componenti, i designatori di riferimento e le informazioni sul posizionamento. Sebbene simili alla serigrafia, i livelli di assemblaggio servono alla produzione piuttosto che alla marcatura finale della scheda. In genere vengono esportati separatamente dai livelli Gerber standard.
Strati di taglio a V/incisione
Gli strati tagliati a V definiscono i punti in cui i produttori devono incidere il pannello per facilitarne la separazione dai pannelli. Questi tagli angolati consentono di tagliare i pannelli lungo linee predeterminate senza dover ricorrere alla fresatura.
Strati di dita d'oro
I connettori di bordo richiedono strati di placcatura in oro che specificano quali piazzole devono essere placcate in oro duro. Questa finitura specializzata offre una resistenza all'usura superiore per i connettori accoppiati ripetutamente.
Strati di placcatura dei bordi
Gli strati di placcatura dei bordi identificano i bordi della scheda che necessitano di essere placcati in rame. Questa tecnica crea superfici conduttive lungo i perimetri della scheda per la schermatura o la continuità elettrica.
Livelli di punti di prova
Gli strati dei punti di test identificano piazzole o via specifiche destinate ai test automatizzati. Queste informazioni aiutano i produttori a programmare i dispositivi di prova e le macchine a sonda mobile.
Numero di strati e complessità del PCB
File Gerber per PCB a strato singolo
I progetti a strato singolo non richiedono molti file Gerber. Ad esempio, sono necessari uno strato di rame, una maschera di saldatura, la serigrafia opzionale, il contorno della scheda e una lima per foratura. Di conseguenza, le schede semplici costano meno e possono essere prodotte più velocemente.
File Gerber per PCB a doppio strato
Le schede a doppio strato aggiungono rame inferiore, maschera di saldatura inferiore e serigrafia inferiore opzionale al set di file. Questa configurazione si adatta alla maggior parte dei progetti hobbistici e commerciali a bassa complessità.
File Gerber per PCB multistrato
Ora parliamo di cosa succede quando il PCB ha molti strati!
Quando un PCB ha più strati, anche il pacchetto Gerber aumenta. Una scheda a sei strati ha i file per il rame superiore, i quattro strati interni e il rame inferiore, oltre ai file per la maschera di saldatura, la serigrafia e gli strati di pasta. Alcuni progetti molto complessi hanno anche 20 o più strati! Ognuno ha bisogno del proprio file Gerber.
Come il conteggio degli strati influisce sulla capacità di progettazione
Questi strati aggiuntivi offrono più spazio per il routing. Ciò significa che è possibile avvicinare i componenti e realizzare circuiti più complessi. Gli strati interni possono essere utilizzati come piani speciali per l'alimentazione e la massa. Questo migliora la qualità del segnale e contribuisce a bloccare il rumore elettrico.
Differenze di prestazioni in base al numero di livelli
Un numero maggiore di strati consente un routing a impedenza controllata, una migliore distribuzione dell'alimentazione e una migliore integrità del segnale. Tuttavia, aumentano i costi, i tempi di produzione e la complessità di progettazione. È consigliabile selezionare il numero di strati in base ai requisiti elettrici piuttosto che a preferenze arbitrarie.
Estensioni comuni dei file Gerber Layer
| Tipo di strato | Estensione | Significato |
| Rame superiore | .GTL | Strato superiore Gerber |
| Fondo Rame | .GBL | Strato inferiore Gerber |
| Maschera di saldatura superiore | .GTS | Maschera di saldatura Gerber Top |
| Maschera di saldatura inferiore | .GBS | Maschera di saldatura inferiore Gerber |
| Serigrafia superiore | .GTO | Sovrapposizione superiore Gerber |
| Serigrafia inferiore | .GBO | Sovrapposizione inferiore Gerber |
| Pasta saldante superiore | .GTP | Pasta Gerber Top |
| Pasta saldante inferiore | .STERLINA INGLESE | Pasta per fondo Gerber |
| Profilo della scheda | .GKO | Gerber Keep-Out |
| File di trapano | .DRL / .TXT | Dati di perforazione |
Estensioni standard
Le estensioni standard del settore indicano l'identità del layer. Ad esempio, GTL indica il rame superiore, .GBL il rame inferiore, .GTS la maschera di saldatura superiore, .GBS la maschera di saldatura inferiore, .GTO la serigrafia superiore e .GBO la serigrafia inferiore. I layer interni utilizzano .G1, .G2, .G3 e così via.
Estensioni dei livelli KiCad
Quando si esportano livelli Gerber da KiCad, il software utilizza estensioni descrittive. Queste sono .F.Cu per il rame anteriore, .B.Cu per il rame posteriore, .F.Mask per la maschera di saldatura anteriore e .B.Mask per la maschera di saldatura posteriore. Questa convenzione di denominazione migliora la leggibilità, ma differisce dagli standard tradizionali.
KiCad utilizza un sistema di denominazione molto logico che include il nome del livello direttamente nell'estensione.
- Rame: .F.Cu, .B.Cu
- Maschera per saldatura: .F.Maschera, .B.Maschera
- Serigrafia: .F.Seta, .B.Seta
- Tagli di bordo: .Tagli.di.bordo
Estensioni dei livelli di Altium Designer
Altium segue solitamente lo standard Protel ma utilizza .GM1, .GM2, ecc., per Strati meccaniciDi solito, per il contorno della scacchiera si usa .GM1 invece di .GKO.
Estensioni Eagle Layer
L'esportazione dei livelli Gerber di Eagle utilizza .cmp per il rame superiore, .sol per il rame inferiore, .plc per la serigrafia e .stc per la maschera di saldatura. Queste estensioni derivano dalla vecchia terminologia dei PCB.
- Rame superiore: cmp
- Rame inferiore: .sole
- Serigrafia superiore: .plc
- Maschera di saldatura superiore: .stc
Estensione generica .GBR
Alcuni software esportano tutti i livelli con estensioni generiche .gbr. Si basano sui nomi dei file piuttosto che sulle estensioni per l'identificazione dei livelli. Questo approccio richiede un'attenta organizzazione dei file e una denominazione chiara per evitare confusione.
A causa della confusione causata da tutte queste diverse estensioni, l'industria ha creato GerberX2.
- L'estensione: Ogni singolo file termina con .GBR.
- Come funziona: Le informazioni su cosa "è" il livello sono in realtà scritte come metadati all'interno del file.
- Vantaggio: Non c'è bisogno di preoccuparsi delle estensioni: il software del produttore legge i tag interni per identificare automaticamente i livelli.
Analisi dei livelli Gerber
Utilizzo del software Gerber Viewer
Gli strumenti gratuiti per la visualizzazione dei livelli Gerber consentono di ispezionare i file prima della fabbricazione. Queste applicazioni visualizzano singoli livelli o viste combinate, aiutandoti a verificare l'intento progettuale. Tra le opzioni più diffuse ci sono visualizzatori di file Gerber online e applicazioni desktop scaricabili.
Processo di ispezione strato per strato
Dovresti esaminare ogni strato in modo indipendente. Ad esempio, verificherai la larghezza delle tracce, le distanze e il posizionamento delle caratteristiche. Controlla che gli strati di rame contengano i percorsi previsti, che le maschere di saldatura abbiano aperture appropriate e che il testo serigrafico rimanga leggibile e posizionato correttamente.
Confronto dei livelli per l'allineamento
L'allineamento dei livelli Gerber è fondamentale per le schede funzionali. Utilizza il visualizzatore per sovrapporre più livelli, verificando che i pad siano allineati tra gli strati di rame e la maschera di saldatura, che i fori di via colleghino i livelli desiderati e che i fori siano centrati correttamente sui pad.
Identificazione delle funzioni di livello
A volte si ricevono file Gerber con nomi poco chiari. Un editor di livelli Gerber aiuta a identificare le funzioni dei livelli esaminandone il contenuto: i livelli in rame contengono tracce e piazzole, le maschere di saldatura mostrano aperture negative, la serigrafia visualizza testo e grafica.
Visualizzazione 2D vs. 3D
I visualizzatori Gerber avanzati offrono una visualizzazione 3D, mostrando la scheda come apparirà una volta prodotta. Questa prospettiva aiuta a identificare problemi di spazio, conflitti tra componenti e problemi estetici invisibili nelle viste 2D.
Problemi comuni relativi ai livelli
Livelli richiesti mancanti
Il problema più comune è la mancanza di livelli Gerber nel pacchetto di fabbricazione. I produttori non possono procedere senza i file di contorno della scheda. La mancanza di file di maschera di saldatura o di foratura crea ambiguità sulle vostre intenzioni. Prima dell'invio, verificate che il pacchetto includa tutti i livelli essenziali.
Polarità errata dello strato
Errori di polarità degli strati si verificano quando gli strati positivi vengono esportati come negativi o viceversa. Questo errore colpisce in genere gli strati della maschera di saldatura, dove una polarità errata crea schede con copertura della maschera invertita, con rivestimento dove dovrebbe aprirsi e apertura dove dovrebbe rivestirsi.
Livelli disallineati
I livelli Gerber che non corrispondono a punti di origine diversi causano disallineamenti. Questo accade quando alcuni livelli fanno riferimento a un sistema di coordinate mentre altri utilizzano origini diverse. Il risultato è che i pad di rame non sono centrati sotto le aperture della maschera di saldatura o che i fori non hanno i pad previsti.
Denominazione impropria dei livelli
Nomi di file ambigui causano confusione e potenziali errori di fabbricazione. Quando i produttori non riescono a determinare quale file rappresenti quale livello, la produzione si interrompe in attesa di chiarimenti. Utilizzare convenzioni di denominazione chiare e standard per evitare questi ritardi.
Confusione tra maschera di saldatura e strato di pasta
A volte i progettisti confondono la maschera di saldatura e gli strati di pasta, utilizzandone una quando i produttori hanno bisogno dell'altra. La maschera di saldatura definisce il rivestimento permanente della scheda, mentre gli strati di pasta creano stencil temporanei per l'assemblaggio. Questi hanno scopi completamente diversi.
Best Practice per la gestione dei livelli Gerber
Verifica che tutti i livelli necessari siano inclusi
Prima di inviare i file, create una checklist degli strati richiesti. I requisiti minimi includono il rame superiore, il contorno della scheda e la lima per foratura. Le schede a due strati aggiungono il rame inferiore e in genere entrambe le maschere di saldatura. I progetti SMT richiedono strati di pasta. Le schede multistrato necessitano di tutti gli strati di rame interni.
Utilizzo di convenzioni di denominazione coerenti
Adotta uno schema di denominazione chiaro e applicalo in modo coerente a tutti i progetti. Includi la funzione del livello e, se utile, il nome del progetto in ogni nome file. Questa pratica evita confusione quando si lavora con più progetti contemporaneamente.
Linee guida per la documentazione dei livelli
Crea un semplice file di testo che elenchi tutti i livelli Gerber inclusi, con relative descrizioni. Questo file readme aiuta i produttori a verificare di aver ricevuto pacchetti completi e a comprendere eventuali nomi non standard utilizzati.
Comunicazione dei requisiti di livello ai produttori
Contatta il produttore prima di finalizzare i livelli Gerber per la fabbricazione di PCB. Ogni stabilimento ha preferenze diverse per quanto riguarda i formati dei file, la denominazione e l'organizzazione dei pacchetti. L'allineamento con i loro requisiti previene ritardi nella produzione.
Controlli di qualità prima dell'invio
Carica il pacchetto Gerber completo in un visualizzatore ed esegui controlli approfonditi. Verifica che le dimensioni della scheda corrispondano all'intento progettuale. Verifica che tutti i livelli siano allineati correttamente. Controlla che le aperture della maschera di saldatura espongano i pad desiderati. Assicurati che il testo serigrafico non si sovrapponga ai pad o non si estenda oltre i bordi della scheda. Controlla i fori per verificarne le dimensioni e il posizionamento corretti. Questi controlli individuano la maggior parte dei problemi relativi ai livelli Gerber prima che influiscano sulla produzione.
Conclusione
Ogni strato Gerber ha uno scopo specifico per la produzione e l'assemblaggio di PCB. I file Gerber in rame superiore e inferiore definiscono i percorsi conduttivi. Gli strati di maschera di saldatura proteggono il rame esponendo i punti di connessione importanti. Gli strati di serigrafia guidano l'assemblaggio e la manutenzione. Gli strati di pasta consentono l'applicazione automatizzata della saldatura. I file di foratura specificano le interconnessioni tra gli strati. Insieme, questi strati in formato Gerber forniscono ai produttori istruzioni complete per la costruzione delle schede.
