Conheça o formato e os nomes dos arquivos Gerber
Carmen Zheng, da NextPCB, acaba de publicar um artigo em que trata dos detalhes do formato de arquivo Gerber para layout de placa de circuito impresso (PCI), incluindo função, camadas comuns, nomes de arquivo, extensões e revisões dos padrões Gerber.
O artigo original, em inglês, está disponível em
A seguir, publicamos o artigo adaptado para o português.
Após concluir o projeto da sua placa de circuito impresso e está se preparando para enviar para a fabricação, a fabricante de placas pede arquivos Gerber do projeto, e você descobre como exportá-los do seu pacote EDA. Mas o que são realmente os arquivos Gerber? E se você não os exportar corretamente? Como você pode verificá-los?
Mesmo que o projeto da sua placa de circuito passe em todas as verificações de regras de projeto e seja perfeito na ferramenta EDA, não há garantia de que isso será o que você receberá do fabricante. A culpa é do fabricante? Provavelmente não. Muitas coisas podem dar errado com a caixa preta que são os arquivos Gerber, e enviá-los cegamente ao fabricante é pedir para ter problemas.
O que são arquivos Gerber?
Os arquivos Gerber são o padrão de fato para transferência de dados de PCI para a fabricação. Esses arquivos contêm todos os dados necessários para produzir os filmes que vão imprimir todas as camadas de uma placa de circuito. Os arquivos Gerber usam um formato vetorial binário, contendo coordenadas e instruções básicas linha por linha para literalmente desenhar as camadas do PCB.
História dos arquivos Gerber
Joseph Gerber desenvolveu o formato e a terminologia. Gerber e sua empresa, Gerber Scientific Instrument, desenvolveram muitos sistemas de fotoplotagem para controlar uma fonte de luz estreita para expor áreas no filme (Figura 1).
Figura 1. Imagem de uma patente de Joseph Gerber para um dispositivo de digitalização para expor uma superfície fotossensível.
CRÉDITO: Imagem de patentes do Google
Hoje, o formato de arquivo Gerber continua sendo atualizado e mantido pela Ucamco. Informações sobre versões mais antigas e novos lançamentos podem ser encontradas em seu site.
Arquivos Gerber são arquivos de texto ASCII
O formato é intencionalmente simples e usa caracteres ASCII para mantê-lo legível para facilitar a depuração. Conforme demonstrado na Figura 2, você pode visualizar arquivos Gerber em um editor de texto.
Figura 2. Exemplo de um arquivo Gerber exportado do Autodesk Eagle.
Quatro comandos básicos de camada única Gerber
Embora as máquinas tenham avançado, pensar nos primeiros fotoplotters de Joseph Gerber pode ajudar a visualizar o que significam os comandos nos arquivos Gerber. A Figura 3 fornece exemplos do código ASCII à esquerda e comentários descritivos à direita.
Figura 3. Descrição dos dados de coordenadas Gerber da especificação mais recente da Ucamco.
No exemplo da Figura 3, você pode ver que as coordenadas x-y longas são seguidas por um comando D0# que instrui o fotoplotter sobre o que fazer:
– D01: Mover para x-y com o obturador aberto (desenhar).
– D02: Mover para x-y com o obturador fechado (sem desenhar).
– D03: Abra e feche o obturador (flash).
A grande maioria das PCI é desenhada usando estes três comandos básicos de desenho. D01 é usado para desenhar traços e texto. D02 moveria a mesa para uma nova posição sem desenhar. D03 é utilizado para fazer impressões únicas da abertura para pads ou térmicas, por exemplo.
Na Figura 3, há uma linha que diz apenas “D11*”. A linha com apenas a letra “D” seguida por um número é o código D, que exige uma abertura específica. O tamanho e a forma da abertura são definidos no cabeçalho do arquivo. Por exemplo, D11 pode ser um círculo e D12 pode ser uma forma quadrada, oval, térmica ou outra forma definida de forma personalizada.
Linhas com apenas um X ou Y indicam que apenas um valor de coordenada muda. Isso pode ser usado para criar blocos de chip para um chip onde apenas a coordenada x pode mudar. Esses métodos ajudaram a manter os arquivos Gerber pequenos quando os fotoplotters só conseguiam lidar com alguns bytes de dados. A especificação contém muito mais do que a introdução acima, mas a partir disso podemos ver como os arquivos Gerber são instruções para desenhar dados gráficos 2D binários.
Quais arquivos Gerber são necessários para fazer umaPCI?
Claramente, uma camada não é suficiente para definir todos os dados de cobre, máscara de solda, serigrafia e dados mecânicos necessários para uma PCI, portanto, um conjunto de instruções típico consiste em vários arquivos Gerber, com cada arquivo representando uma única camada na PCI. Os fabricantes processam essas camadas separadamente de acordo com as informações que elas contêm. Quando as camadas são combinadas, elas formam a placa de circuito.
Quando falamos sobre camadas PCI Gerber, não estamos falando sobre o empilhamento de PCI ou o substrato FR4. Em vez disso, estamos nos referindo às camadas que requerem impressão e processamento personalizados. Isso inclui camadas de circuito, camadas de máscara de solda, camadas de serigrafia e camadas mecânicas que descrevem tudo sobre o tamanho e formato da placa, incluindo recortes internos.
Exemplo de arquivos de camada Gerber para uma placa de dupla face e duas camadas
Para uma placa de dupla face e duas camadas, os lados superior e inferior terão três camadas padronizadas exclusivas:
Circuito
Máscara de solda
Serigrafia
Portanto, há um total de seis arquivos – três para a parte superior e três para a parte inferior da PCI. Além disso, normalmente é necessária uma camada mecânica ou de contorno para mostrar o contorno da placa PCI e quaisquer recortes. Colocar os dados de contorno da placa em outras camadas pode causar confusão, portanto, é sempre aconselhável colocá-los em uma camada mecânica separada.
Por fim, provavelmente também será necessária uma broca de perfuração para fazer furos para conectar as camadas superiores às camadas inferiores. Os arquivos de perfuração não são tecnicamente arquivos Gerber, mas são muito semelhantes. As coordenadas marcam as posições x-y dos golpes de perfuração e os tamanhos das ferramentas são definidos no cabeçalho do arquivo.
Os arquivos de perfuração são manipulados por máquinas NC (controle numérico), então você pode ouvi-los sendo chamados de arquivos de perfuração NC ou Excellon NC, e muitos pacotes de software EDA os exportam em uma etapa separada. Quando você ouve pessoas solicitando “arquivos Gerber”, 99% das vezes elas realmente se referem aos arquivos Gerber e de perfuração, mesmo que os arquivos de perfuração não sejam Gerber.
Assim, para uma placa típica de duas camadas, precisaríamos de oito arquivos Gerber, com todas as instruções para ‘imprimir’ a placa PCI (Figura 4). Para placas multicamadas, quaisquer camadas de circuito adicionais são definidas em suas próprias camadas Gerber.
Figura 4. Camadas Gerber para uma PCB típica de dupla face e duas camadas.
O software EDA pode exportar outros arquivos Gerber, como arquivos de pasta para fazer estênceis ou arquivos para comunicar outros dados ao fabricante ou montadora, como contornos de componentes, notas de instalação etc., mas normalmente não são necessários para produzir o PCI nua simples.
Como identificar e nomear arquivos Gerber
Para identificar qual arquivo representa qual camada, sua ferramenta EDA rotulará os arquivos usando o nome do arquivo e/ou a extensão do arquivo. Eles são muito importantes porque informam ao fabricante como produzir a PCI. Um arquivo rotulado incorretamente pode inutilizar toda a placa. Felizmente, a maioria das ferramentas EDA modernas segue convenções de nomenclatura autoexplicativas.
A Tabela 1 fornece as convenções de nomenclatura padrão de seis ferramentas PCI EDA populares:
Protel
KiCad
Águia
Altium Designer
PADS
Circuit Wizard
Nosso projeto de PCI para criar esses exemplos foi denominado ‘mypcb’, que você pode ver em muitos dos nomes de arquivos Gerber na tabela.
Tabela 1. Nomes de arquivos e extensões Gerber de ferramentas EDA populares.
Observe que alguns nomes de arquivos e extensões são autoexplicativos, mas outros nem tanto. Muitos contêm o nome do arquivo PCI, o que pode ser útil, mas também pode ser demorado. As extensões de arquivo GT e GB do Protel são geralmente compreendidas na indústria, mas exigem que você tenha extensões de arquivo visíveis. Os nomes de arquivos gerados pelo PADS são um pouco confusos no início, mas são identificáveis. As extensões do Circuit Wizard não são nada úteis e provavelmente não serão aceitas pelos fabricantes.
Você pode pensar que as etiquetas longas com o nome da camada não poderiam ser mais claras, mas se você estiver enviando seus Gerbers para fabricantes estrangeiros, eles podem não entender a linguagem que você está usando (Figura 5).
Figura 5. Você consegue adivinhar quais arquivos Gerber esses nomes representam?
Em japonês, por exemplo, o termo “solder resist” é mais usado do que “solder mask”, e os estênceis são frequentemente chamados de “metal masks”. Em caso de dúvida, opte por um inglês claro.
Se a sua convenção de nomenclatura de arquivo não corresponder à do fabricante, desde que os nomes sejam lógicos e claros, quase sempre estará tudo bem, porque os engenheiros provavelmente já viram esses formatos de nomenclatura centenas de vezes. A vida é muito curta para renomear 8 ou mais arquivos toda vez que você precisa construir uma PCI!
Alterações de nome de extensões de arquivo Gerber
Observe que, apesar das diferentes extensões de arquivo, o formato e o conteúdo dos arquivos ainda são os mesmos. Portanto, se você precisar alterar a extensão por algum motivo (talvez você esteja usando o Circuit Wizard), não se preocupe com uma mensagem de aviso semelhante à da Figura 6.
Figura 6. Exemplo de mensagem de aviso ao alterar o nome de uma extensão de arquivo Gerber.
Da mesma forma, alterar a extensão para as abreviações acima não irá ‘converter’ seu arquivo para o formato Gerber.
Variações de formato de arquivo Gerber
Os arquivos Gerber são apenas texto, mas você pode encontrar os subformatos RS-274D, RS-274x e formato X2 (estendido). Vamos revisar cada um deles.
Gerber padrão
RS-274D Standard Gerber não vigora mais e não é mais considerado um formato Gerber. Arquivos neste formato Gerber padrão não possuem informações de abertura no cabeçalho. Eles possuem apenas os dados de coordenadas. Portanto, os arquivos RS-274D devem ser abertos com um arquivo de abertura (geralmente com a extensão .apr).
É um formato desatualizado, por isso tende a apresentar muitos erros. NUNCA exporte em RS-274D se você tiver RS-274X ou outras opções de exportação mais atuais disponíveis. A maioria das ferramentas EDA atualizadas não tem mais o RS-274D como opção.
Gerber X1
Conhecido como X1 Extended Gerber, o formato RS-274X possui dados de abertura e coordenadas em um arquivo. Os arquivos RS-274X são perfeitamente utilizáveis e podem atender a mais de 90 requisitos de projeto. Ele foi experimentado e testado e terá menos problemas de compatibilidade.
Gerber X2
O X2 Extended Gerber apresenta informações adicionais da placa ao cabeçalho dos arquivos RS-274X, conforme mostrado na Figura 7. Isso pode ser conveniente se for suportado pelos fabricantes de placas. Isso não altera os dados reais em si. Também é conhecido como ‘Gerber com atributos’. Embora deva ser compatível com versões anteriores, o software mais antigo não reconhecerá os novos comandos e, como resultado, poderá não conseguir ler o arquivo.
Figura 7. Cabeçalho de um arquivo X2 Gerber com atributos destacados.
Gerber X3
Lançado em 2020, o Gerber X3 adiciona informações de montagem na forma de duas camadas de componentes adicionais. Ao reutilizar muitos dos comandos dos formatos anteriores, ele mantém a compatibilidade retroativa com os formatos Gerber anteriores.
As coordenadas básicas, os dados de formato e o tamanho da abertura são os mesmos em todos esses subformatos e para visualização básica do Gerber. Contanto que seu software possa ler seus arquivos, você geralmente não precisa se preocupar com as nuances entre eles, a menos que encontre problemas específicos. Apenas evite o RS-274D Standard Gerber a todo custo.
Para conhecer a NextPCB, visite:
Para conhecer a ferramenta gratuita DFM Gerber Viewer da companhia, visite:
