ガーバーレイヤーは個別のベクターグラフィックファイルです。これらのファイルはプリント基板の外観を示します。ガーバーファイルは、銅箔パターン、はんだマスク、シルクスクリーンなどの物理的な特性も示します。PCBメーカーはこれらのファイルを使用して、すべての製造工程を管理します。これらのレイヤーは上から下に積み重ねられており、下層は正確な製造のために反転表示されます。
各レイヤーの個別ファイル
PCBの各部品にはそれぞれ専用のガーバーファイルが必要です。例えば、表面の銅箔、裏面の銅箔、はんだマスク用の塗料、白いシルクスクリーンの文字、そしてペースト層など、それぞれ別々のファイルが必要です。PCBが多層構造の場合は、内層の銅箔層についてもファイルが必要です。各層はそれぞれ独立したファイルです。これにより、工場は各部品を個別に処理できるようになります。
ガーバーレイヤーの表示
専用のオンラインビューアを使ってこれらのファイルを見ると、ソフトウェアはファイルを上から下まで積み重ねて表示します。まるで透明なガラス板を通して見ているかのようです！このビューは、パッド、ビア、トレースがすべての層にわたって正しく配置されているかどうかを確認できます。これは、ファイルを工場に送って製造する前に非常に重要です。
ポジティブレイヤー画像とネガティブレイヤー画像
ガーバーレイヤーは、ポジ画像とネガ画像のいずれかを使用します。ポジレイヤーは、銅の存在を塗りつぶされた領域として示します。これは、配線やパッドが実線で表示される銅レイヤーでよく見られます。ネガレイヤーはその逆で、塗りつぶされた領域は銅が存在しないことを示します。ソルダーマスクレイヤーのガーバーファイルはネガ画像を使用します。つまり、塗りつぶされた領域は銅が露出している開口部を表します。
レイヤーの命名規則とファイル拡張子
標準的なガーバーファイルの拡張子は、一般的なパターンに従っています。上面の銅箔は通常.GTL、下面の銅箔は.GBL、ソルダーマスクは.GTSと.GBSを使用します。ソフトウェアツールによって命名規則は異なり、Kicadのガーバーレイヤーはあるスキームを使用し、Altiumのガーバーレイヤーは別のスキームを使用します。これらの規則を理解することで、製造パッケージを整理する際に混乱を防ぐことができます。
銅層
上部銅層
最上層の銅ガーバーレイヤーには、基板上面のすべての導電パターンが含まれます。これには、信号トレース、部品パッド、銅箔、ビアの上部部分が含まれます。ガーバーレイヤーをエクスポートすると、GTLファイルによってエッチング後の銅箔の残位置が定義されます。
下部銅層
下側の銅箔ガーバーレイヤーは、上側のレイヤーの機能を反映し、基板の裏面のみを対象としています。このレイヤーは、上面から見ると左右反転して表示されます。下面のすべての配線、パッド、銅箔フィルはこのレイヤーに存在します。
内部信号層
多層基板には、上層と下層の銅箔の間に内層ガーバーファイルが含まれています。これらの層は、追加の信号を伝送したり、専用の配線スペースを提供したりします。積層内の位置に基づいて、G1、G2、G3などと指定します。各内層信号層には、製造時に専用のガーバーファイルが必要です。
電源プレーンとグランド プレーン
電源プレーンとグラウンドプレーンでは、ネガティブイメージングが使用されることがよくあります。これらの内層ガーバーファイルでは、塗りつぶされた領域は銅の存在ではなく、銅の除去を表します。このネガティブフォーマットは、ビアとトレースのためのクリアランスを備えた大規模な銅箔の配置を効率的に記述します。
銅層に含まれるもの
すべての銅層は、4つの主要なフィーチャタイプを表します。トレースは、部品を接続する細い線です。パッドは、部品のリード線やはんだ接合部の実装ポイントを提供します。ビアは、層間の電気的接続を確立します。銅箔は、電力分配、グランドプレーン、または熱管理のために、より広い領域を埋めます。
はんだマスク層
上部ソルダーマスク層
最上層ソルダーマスク層ガーバーは、基板上面の保護コーティングの配置について説明しています。この層の目的は、組み立て中のはんだブリッジを防ぎ、銅配線を酸化や物理的損傷から保護することです。
下部ソルダーマスク層
下層のソルダーマスクは上層と同様に機能しますが、裏面を保護します。どちらのソルダーマスク層も、同じネガ型露光方式に従います。
ネガティブイメージの概念を理解する
ソルダーマスク層はネガ型画像を使用するため、多くの設計者を混乱させます。ガーバーソルダーマスクファイル内の塗りつぶされた領域は開口部、つまりソルダーマスクが適用されない領域を示します。これらの開口部は、部品の実装やテストポイントのために銅箔を露出させます。
はんだマスク開口部の説明
基板上で銅箔を露出させる必要がある箇所には、ソルダーマスク用の開口部が必ず生成されます。部品パッドには、はんだ付けのための開口部が必要です。テストポイントには、プローブアクセスのための開口部が必要です。エッジコネクタには、嵌合のための銅箔露出が必要です。設計ソフトウェアは、パッドとビアの位置に基づいて、これらの開口部を自動的に生成します。
はんだマスクの色と仕上げ
ガーバーファイルは開口部の位置を定義しますが、メーカーは色と仕上げを別途決定します。最も一般的なソルダーマスクの色は緑ですが、メーカーは赤、青、黒、白などのオプションも提供しています。ガーバーファイルの構造は、色の選択に関わらず同じです。
シルクスクリーンレイヤー
トップシルクスクリーン層
シルクスクリーン印刷されたガーバー層には、完成した基板上で確認できる印刷マーキングが含まれています。この層は通常、グリーン基板では白または黄色で表示されますが、ソルダーマスクの色の選択によって異なる場合があります。
下層シルクスクリーン
ボトムシルクスクリーンはトップシルクスクリーンと同じ目的を果たしますが、裏面に印刷されます。片面印刷のデザインでは、機能的な価値がないため、この層は完全に省略されることがよくあります。
シルクスクリーンコンテンツ
シルクスクリーンのガーバーレイヤーは、組み立て技術者にとって非常に重要です。
このレイヤーには次のような多くのものが含まれます。
- R1、C2、U3などの部品の名前
- ダイオードとコンデンサの極性マーク。
- メインチップのピン 1 インジケーター。
- 会社独自のロゴ。
- ボードの組み立て方法についての説明。
下のシルクスクリーンが鏡面になる理由
ガーバーレイヤーを上から下から見た場合、下側のシルクスクリーンは左右反転して表示されます。このミラーリングにより、ボードを物理的に裏返してもテキストが正しく表示されます。
シルクスクリーン層がオプションの場合
シルクスクリーン層のないPCBも製造可能です。シンプルなデザイン、スペースが限られた基板、あるいはマーキングによって美観が損なわれる製品などでは、シルクスクリーンを全く使用できない場合があります。シルクスクリーン層のないデザインでも、メーカーは問題なく受け入れます。
はんだペースト層
上部ペースト層
トップペーストマスクガーバーは、自動はんだペースト塗布用のステンシル開口部を定義します。このレイヤーは、表面実装技術（SMT）アセンブリを使用する設計にのみ使用されます。
下地ペースト層
下部ペースト層は上部ペースト層と同じように機能しますが、下側 SMT コンポーネントのステンシル開口部を定義します。
ステンシル製造の目的
メーカーは、ペーストマスクのガーバーファイルを使用して、金属およびプラスチックのステンシルを作成します。PCBアセンブリでは、PCBメーカーはステンシルを基板に合わせて位置合わせし、開口部からパッドにハンダペーストを塗布します。
ペーストとはんだマスク開口部のサイズの違い
ペースト層の開口部は通常、対応するソルダーマスクの開口部よりもわずかに小さくなります。この開口部の縮小により、はんだペーストの量が制御され、ブリッジの原因となる過剰なペーストの塗布を防止します。一部の設計では、大きなパッドを複数の小さなペースト開口部に分割することで、ペーストの量をさらに削減しています。
SMTアセンブリアプリケーション
自動組立が必要な基板のみにペースト層が必要です。スルーホールのみの設計や手作業で組立を行うプロトタイプでは、これらの層は省略できます。SMT生産用のガーバー層を作成する際、両面に部品がある場合は、必ず両方のペースト層を含めてください。
ドリルおよびルートレイヤー
メッキスルーホールドリルファイル
PTHドリルファイルは、めっき穴の位置とサイズを指定します。これらの穴には製造時に銅めっきが施され、層間の電気接続が形成されます。部品のリード、ビア、テストポイントにはめっき穴が使用されます。
非メッキスルーホールドリルファイル
NPTHドリルファイルは、メッキされていない穴を定義します。取り付け穴、工具穴、および機械的な特徴では、不要な電気接続を防ぐために、通常、メッキされていない穴が使用されます。
ビアドリル層
ビアホールはPTHドリルファイルに記載されていますが、部品実装ではなく層間接続という特定の目的のために存在します。ガーバーファイルでは銅層上のビアパッドのサイズを定義し、ドリル層では穴の直径を指定します。
ブラインドビアと埋設ビアの掘削データ
高度な多層設計には、ブラインドビアや埋め込みビアが含まれる場合があります。これらのビアには、各ビアがどの層に接続するかを指定する特別なドリルデータが必要となり、製造の複雑さとコストが増加します。
NCドリルファイルとガーバーファイル
ドリル情報は、従来、ガーバー形式ではなくExcellon形式が使用されています。これらの.drlまたは.txtファイルは構文が異なりますが、目的は同じで、掘削機に穴を開ける場所と使用するビットのサイズを伝えます。
Excellonフォーマットの説明
Excellon形式は、ドリルの座標とツールの割り当てをASCIIテキストでリストします。各ツール番号は特定のドリルビット径に対応しています。このファイル形式は古いNCドリルマシンに由来しますが、現在でも業界標準となっています。
メカニカルレイヤーとドキュメントレイヤー
ボードアウトラインレイヤー
基板アウトラインレイヤーは、PCBの物理的な寸法と形状を定義します。このレイヤーがないと、メーカーは生産パネルから個々の基板をどこに配線するかを決定できません。このガーバーファイルは通常、.GKOまたは.GM1という拡張子を持ちます。
スロットとカットアウト用のメカニカルレイヤー
メカニカルレイヤーは、取り付けスロット、ディスプレイやコネクタ用の大きな切り欠き、複雑な基板形状といった非電気的な特徴を記述します。これらのレイヤーは、標準のガーバーレイヤーと共に製造パッケージに含めます。
キープアウトレイヤー
キープアウトレイヤーは、部品や配線が存在できない制限領域を定義します。基本的には設計ルールですが、メーカーは組み立て上の制約やパネルレイアウトの要件を理解するためにこのレイヤーを要求する場合があります。
ドキュメントレイヤー
ドキュメントレイヤーは、製造工程で直接使用されない、人間が判読できる情報を提供します。これには、シルクスクリーン情報を補完する寸法線、注記、組み立て手順などが含まれます。
ドリル描画レイヤー
ドリル図面は、穴の位置、サイズ、種類を、エンジニアが容易に理解できる視覚的な形式で示します。このレイヤーは、機械で読み取り可能なドリルファイルを補完し、メーカーが生産前に穴の配置を確認するのに役立ちます。
製作上の注意と手順
特別な製造指示をテキストレイヤーまたは図面レイヤーとして含めることができます。これらの指示には、標準のガーバーレイヤーには含まれていない材料、仕上げ、試験要件、その他の製造詳細が含まれます。
特殊なガーバーレイヤー
アセンブリレイヤー
アセンブリレイヤーは、部品のアウトライン、参照番号、配置情報を表示します。シルクスクリーンに似ていますが、アセンブリレイヤーは最終的な基板マーキングではなく製造工程で使用されます。通常、アセンブリレイヤーは標準ガーバーレイヤーとは別にエクスポートされます。
Vカット/スコアリングレイヤー
Vカットレイヤーは、メーカーがボードをパネルから容易に切り離すために、切り込みを入れる位置を定義します。これらの角度付きカットにより、ルーティングなしで所定のラインに沿ってボードを分割できます。
ゴールドフィンガーレイヤー
エッジコネクタの設計には、どのパッドに硬質金めっきを施すかを指定する金フィンガー層が必要です。この特殊な仕上げにより、繰り返し嵌合するコネクタでも優れた耐摩耗性が得られます。
エッジめっき層
エッジめっき層は、銅めっきが必要な基板のエッジを特定します。この技術は、シールドや電気的導通を確保するために、基板の周囲に導電性の表面を形成します。
テストポイントレイヤー
テストポイントレイヤーは、自動テスト用に指定された特定のパッドまたはビアを識別します。この情報は、メーカーがテストフィクスチャやフライングプローブマシンをプログラムする際に役立ちます。
層数とPCBの複雑さ
単層 PCB ガーバーファイル
単層設計では、ガーバーファイルはそれほど必要ありません。例えば、銅箔層が1層、ソルダーマスクが1枚、シルクスクリーン印刷（オプション）、基板外形、ドリルファイルなどです。そのため、シンプルな基板はコストが低く、製造期間も短縮できます。
二層PCBガーバーファイル
二層基板では、ファイルセットに下層銅箔、下層ソルダーマスク、そしてオプションで下層シルクスクリーンが追加されます。この構成は、ほとんどの趣味用設計や、複雑度の低い商用設計に適しています。
多層PCBガーバーファイル
ここで、PCB に複数の層がある場合に何が起こるかについて説明します。
PCBの層数が増えると、ガーバーファイルも大きくなります。6層基板の場合、上面銅箔、内層4層、下面銅箔に加え、はんだマスク、シルクスクリーン、ペースト層のファイルも必要になります。非常に複雑な設計では、20層以上の層が必要になることもあります。それぞれの層ごとにガーバーファイルが必要です。
レイヤー数が設計能力に与える影響
これらの追加層により、配線スペースが広がります。つまり、部品をより近接して配置し、より複雑な回路を構成できるということです。内層は、電源とグラウンド用の特別なプレーンとして使用できます。これにより、信号品質が向上し、電気ノイズの抑制にも役立ちます。
レイヤー数によるパフォーマンスの違い
層数を増やすことで、インピーダンス配線の制御、電力分配の改善、シグナルインテグリティの向上が可能になります。ただし、コスト、製造時間、設計の複雑さが増加します。層数は、恣意的な好みではなく、電気的要件に基づいて選択する必要があります。
一般的なガーバーレイヤーファイル拡張子
| レイヤータイプ | 拡張 | 意味 |
| トップコッパー | .GTL | ガーバートップレイヤー |
| 下部銅 | .GBL | ガーバーボトムレイヤー |
| トップソルダーマスク | .GTS | ガーバートップソルダーマスク |
| 下部ソルダーマスク | .GBS | ガーバーボトムソルダーマスク |
| トップ シルクスクリーン | .GTO | ガーバートップオーバーレイ |
| 下部シルクスクリーン | .GBO | ガーバーボトムオーバーレイ |
| トップソルダーペースト | .GTP | ガーバートップペースト |
| 底部はんだペースト | 。英ポンド | ガーバーボトムペースト |
| ボードの概要 | .GKO | ガーバーキープアウト |
| ドリルファイル | .DRL / .TXT | ドリルデータ |
標準拡張機能
業界標準の拡張子はレイヤーの識別情報を表します。例えば、GTLはトップ銅箔、.GBLはボトム銅箔、.GTSはトップソルダーマスク、.GBSはボトムソルダーマスク、.GTOはトップシルクスクリーン、.GBOはボトムシルクスクリーンを表します。内部レイヤーには、.G1、.G2、.G3などが使用されます。
KiCad レイヤー拡張機能
KiCadからガーバーレイヤーをエクスポートする際、ソフトウェアはレイヤー名を表す拡張子を使用します。.F.Cu（表面銅箔）、.B.Cu（裏面銅箔）、.F.Mask（表面ソルダーマスク）、.B.Mask（裏面ソルダーマスク）です。この命名規則は読みやすさを向上させますが、従来の標準とは異なります。
KiCad は、拡張子にレイヤー名を直接含める非常に論理的な命名システムを使用します。
- 銅： .F.Cu、.B.Cu
- 戦士の表情： .F.マスク、.B.マスク
- シルクスクリーン： .F.シルクS、.B.シルクS
- エッジカット: .エッジ.カット
Altium Designer のレイヤー拡張
Altiumは通常Protel標準に従いますが、.GM1、.GM2などを使用します。 メカニカルレイヤー通常、ボードアウトラインには .GKO ではなく .GM1 が使用されます。
イーグルレイヤーエクステンション
Eagleガーバーレイヤーエクスポートでは、上面銅箔には.cmp、下面銅箔には.sol、シルクスクリーンには.plc、ソルダーマスクには.stcが使用されます。これらの拡張子は、古いPCB用語に由来しています。
- トップ銅: .cmp
- 下部銅： 。ソル
- トップシルクスクリーン: .plc
- 上部ソルダーマスク: .stc
汎用 .GBR 拡張子
一部のソフトウェアは、すべてのレイヤーを汎用の.gbr拡張子でエクスポートします。これらのソフトウェアは、レイヤーの識別に拡張子ではなくファイル名を使用します。この方法では、混乱を避けるために、ファイルの整理と明確な命名が不可欠です。
こうした様々な拡張機能によって生じた混乱のため、業界は ガーバーX2.
- 拡張機能: すべてのファイルは .GBR で終わります。
- 使い方： レイヤーが「何であるか」に関する情報は実際には次のように書かれています。 ファイル内のメタデータ.
- 利点： 拡張機能についてまったく心配する必要はありません。メーカーのソフトウェアが内部タグを読み取ってレイヤーを自動的に識別します。
ガーバーレイヤーの解析
Gerber Viewerソフトウェアの使用
無料のガーバービューアレイヤーツールを使えば、製造前にファイルを検査できます。これらのアプリケーションは、個々のレイヤーまたは複合ビューを表示し、設計意図の確認に役立ちます。人気のある選択肢としては、オンラインガーバーファイルビューアやダウンロード可能なデスクトップアプリケーションなどがあります。
層ごとの検査プロセス
各層を個別に検査する必要があります。例えば、トレース幅、クリアランス、配置などを検証します。銅箔層に想定通りの配線が施されているか、ソルダーマスクに適切な開口部があるか、シルクスクリーンの文字が読みやすく、適切に配置されているかを確認します。
レイヤーの比較による位置合わせ
機能基板にとって、ガーバーレイヤーの位置合わせは非常に重要です。ビューアを使用して複数のレイヤーを重ね合わせ、パッドが銅箔層およびはんだマスク層にまたがって位置合わせされていること、ビアが目的の層に接続されていること、ドリル穴がパッドの中央に正しく配置されていることを確認してください。
レイヤー機能の特定
ガーバーファイルを受け取ると、名前が不明瞭な場合があります。ガーバーレイヤーエディターは、レイヤーの内容を調べることでレイヤーの機能を特定するのに役立ちます。銅箔層にはトレースとパッドが含まれ、ソルダーマスクには負極の開口部が示され、シルクスクリーンにはテキストとグラフィックが表示されます。
2Dと3Dの視覚化
高度なガーバービューアは3D表示を提供し、基板を製造時の状態のまま表示します。この視点により、2Dビューでは見えないクリアランスの問題、部品の競合、外観上の問題点を特定するのに役立ちます。
一般的なレイヤー関連の問題
必要なレイヤーが不足しています
最も一般的な問題は、製造パッケージにガーバーレイヤーが欠落していることです。基板外形ファイルがないと、メーカーは製造を進めることができません。ソルダーマスクやドリルファイルが欠落していると、お客様の意図が曖昧になります。提出前に、パッケージに必要なレイヤーがすべて含まれていることを確認してください。
層の極性が正しくありません
レイヤー極性エラーは、正極レイヤーを負極レイヤーとして、あるいはその逆の方法でエクスポートした場合に発生します。このエラーは主にソルダーマスクレイヤーに影響し、誤った極性によって基板のマスクカバレッジが反転し、本来は開口すべき箇所がコーティングされ、本来は開口すべき箇所がコーティングされてしまうという状況が発生します。
位置ずれしたレイヤー
ガーバーレイヤーの原点が異なる場合、位置ずれが発生します。これは、一部のレイヤーが同じ座標系を参照し、他のレイヤーが異なる座標系を参照している場合に発生します。その結果、銅パッドがソルダーマスク開口部の中央に配置されなかったり、ドリル穴がパッドの位置から外れたりします。
不適切なレイヤー名
曖昧なファイル名は混乱を招き、製造ミスにつながる可能性があります。製造業者がどのファイルがどの層を表しているのか判断できない場合、原因が明確になるまで生産が停止してしまいます。こうした遅延を防ぐには、明確で標準的な命名規則を使用してください。
はんだマスクとペースト層の混乱
設計者はソルダーマスクとペースト層を混同し、メーカーが一方を要求するのにもう一方を提出してしまうことがあります。ソルダーマスクは基板の恒久的なコーティング層を定義するのに対し、ペースト層は組み立てのための一時的なステンシル層です。これらは全く異なる目的で使用されます。
ガーバーレイヤー管理のベストプラクティス
必要なレイヤーがすべて含まれていることを確認する
ファイルを送信する前に、必要な層のチェックリストを作成してください。最低限必要なのは、上面銅箔、基板外形、ドリルファイルです。2層基板では、下面銅箔と通常は両方のはんだマスクが追加されます。SMT設計ではペースト層が必要です。多層基板では、すべての内層銅箔が必要です。
一貫した命名規則の使用
明確な命名規則を採用し、プロジェクト間で一貫性を保ちましょう。各ファイル名には、レイヤーの機能と、必要に応じてプロジェクト名を含めましょう。これにより、複数のデザインを同時に作業する際に混乱を防ぐことができます。
レイヤードキュメントガイドライン
含まれるすべてのガーバーレイヤーとその説明を記載したシンプルなテキストファイルを作成します。このReadmeファイルは、メーカーがパッケージの完全な受領を確認し、標準外の命名規則が使用されているかどうかを理解するのに役立ちます。
メーカーへのレイヤー要件の伝達
PCB製造用のガーバーレイヤーを最終決定する前に、製造元にご相談ください。製造元によってファイル形式、命名方法、パッケージ構成は異なります。製造元の要件に合わせることで、製造の遅延を防ぐことができます。
提出前の品質チェック
ガーバーデータパッケージ全体をビューアに読み込み、徹底的なチェックを実施してください。基板の寸法が設計意図と一致していることを確認してください。すべてのレイヤーが正しく揃っていることを確認してください。ソルダーマスクの開口部から意図したパッドが露出していることを確認してください。シルクスクリーンのテキストがパッドと重なったり、基板の端からはみ出したりしていないことを確認してください。ドリル穴のサイズと配置が適切かどうかも確認してください。これらのチェックにより、ガーバーレイヤーに関するほとんどの問題を、生産に影響を与える前に検出できます。
結論
各ガーバーレイヤーは、PCBの製造と組み立てにおける特定の目的のために用意されています。上下の銅箔ガーバーファイルは、導電経路を定義します。ソルダーマスクレイヤーは、重要な接続ポイントを露出させながら銅箔を保護します。シルクスクリーンレイヤーは、組み立てとメンテナンスのガイドとなります。ペーストレイヤーは、自動はんだ付けを可能にします。ドリルファイルは、レイヤー間の相互接続を指定します。これらのガーバー形式のレイヤーを組み合わせることで、メーカーは基板製造に関する完全な指示を得ることができます。
