O que são Arquivos Gerber e Como Usá-los na Fabricação de PCB

O que exatamente são arquivos Gerber, e por que eles são tão cruciais no mundo do design e fabricação de placas de circuito impresso? Esses arquivos preenchem a lacuna entre o design e a fabricação, atuando como o elo essencial que transforma um conceito digital em um produto físico. Este artigo explorará os diferentes formatos de arquivos Gerber, como eles são usados e por que são tão importantes na fabricação de PCB.

O que são Arquivos Gerber

Arquivos Gerber são a essência da fabricação de PCB. Eles são o formato de arquivo padrão de fato usado na indústria de PCB para descrever imagens de placas de circuito impresso. Esses arquivos de formato vetorial ASCII aberto contêm informações detalhadas sobre cada camada física da sua placa PCB, como camadas de cobre, máscara de solda, legenda, dados de perfuração e mais.

Pense nos arquivos Gerber como o equivalente no mundo da eletrônica de um PDF. Assim como um PDF preserva o layout e a formatação exatos de um documento, os arquivos Gerber preservam o design preciso de uma PCB. Eles são tratados como arquivos de imagem que representam cada camada de fabricação de uma PCB, garantindo que o fabricante possa reproduzir com precisão seu design.

Cada arquivo Gerber normalmente representa uma única camada da PCB. Por exemplo, um arquivo pode conter informações sobre a camada de cobre superior, enquanto outro descreve a máscara de solda inferior. Essa abordagem em camadas permite designs de PCB incrivelmente detalhados e precisos.

Fabricantes de PCB usam esses arquivos para traduzir os detalhes intricados de um design nas propriedades físicas da PCB. Os dados nos arquivos Gerber orientam as máquinas em cada fase do processo de produção, desde a criação de trilhas de cobre até a aplicação da máscara de solda.

Arquivos Gerber são normalmente gerados por software de design de PCB (CAD). Depois que um engenheiro termina seu projeto de circuito, ele usa esse software para criar os arquivos Gerber que serão enviados ao fabricante. Esse processo garante que a visão do designer seja comunicada com precisão à equipe de produção.

Formatos de Arquivos Gerber

O mundo dos arquivos Gerber evoluiu ao longo do tempo, com vários formatos desenvolvidos para atender às necessidades em mudança da indústria de PCB.

RS-274-D

RS-274-D, também conhecido como Gerber Padrão, é um dos formatos de arquivo Gerber mais antigos. Foi originalmente usado para máquinas de controle numérico e posteriormente adaptado para foto-plotters. Este formato era um subconjunto da especificação RS-274-D da Electronic Industries Association.

O Gerber Padrão era um formato ASCII simples, composto por comandos e coordenadas XY. Embora tenha atendido às suas necessidades por muitos anos, tinha limitações. Por exemplo, não incluía informações sobre a unidade de coordenadas ou definições de abertura, o que frequentemente levava a confusões e erros.

Vale notar que o RS-274-D não é mais suportado pelo seu desenvolvedor UCAMCO e é considerado obsoleto. Se você encontrar esse formato, é melhor convertê-lo para uma versão mais moderna.

RS-274X

RS-274X, também conhecido como Gerber Estendido ou X-Gerber, foi desenvolvido para resolver as falhas do RS-274-D. Lançado em setembro de 1998, esse formato melhorou significativamente seu predecessor.

RS-274X é um formato ASCII legível por humanos que inclui unidades embutidas, definições de abertura e outras informações cruciais. Este formato autônomo permite estruturas de múltiplas camadas e preenchimentos especiais de polígonos, minimizando erros de foto-plotagem ao eliminar a entrada manual de dados.

RS-274X contém a descrição completa de uma camada de PCB sem necessidade de arquivos externos. Essa natureza autônoma o torna muito mais confiável e fácil de trabalhar do que seu predecessor.

Gerber X2

Gerber X2 é o formato de arquivo Gerber mais recente, lançado em 2014. Envolve softwares avançados de CAM e aproveita os pontos fortes do RS-274X, adicionando novos recursos.

A melhoria mais significativa no Gerber X2 é a adição de metadados à imagem. Isso permite que os projetistas atribuam atributos às características dentro do arquivo Gerber, fornecendo informações ainda mais detalhadas sobre o projeto da PCB.

Gerber X2 inclui informações como função da camada, funções de objetos e localizações de trilhas controladas por impedância. Esses dados adicionais tornam o processo de fabricação ainda mais preciso e reduzem as chances de interpretação incorreta.

Arquivos X2 geralmente usam a extensão .GBR para todos os arquivos, eliminando a necessidade de extensões de arquivo intuitivas. A localização real na pilha da PCB pode ser codificada como parte dos dados nos arquivos .GBR, permitindo que utilitários de visualização de Gerber reconstruam a pilha com precisão.

ODB++

Embora não seja estritamente um formato Gerber, o ODB++ vale a pena mencionar, pois às vezes é usado junto ou em vez de arquivos Gerber. ODB++ é um formato de arquivo autoextraível com um formato de entrada padronizado e abrangente.

Desenvolvido para resolver algumas limitações dos arquivos Gerber, o ODB++ ajuda a automatizar a montagem, posicionamento de furos e rotulagem. Foi projetado para reduzir erros humanos ao automatizar a maioria dos processos.

No entanto, o ODB++ não é tão amplamente utilizado quanto os formatos Gerber. Embora ofereça algumas vantagens, especialmente para projetos complexos, muitos fabricantes ainda preferem a simplicidade e universalidade dos arquivos Gerber.

Extensões de Arquivos Gerber

Compreender as extensões de arquivos Gerber é crucial para um projeto e fabricação de PCB eficazes. Essas extensões indicam a camada ou função que cada arquivo representa, ajudando tanto os projetistas quanto os fabricantes na fabricação de PCB.

A extensão padrão de arquivo para arquivos Gerber é .GBR ou .gbr, embora você também possa encontrar extensões como .GB, .geb ou .gerber. No entanto, são as extensões específicas que fornecem informações mais detalhadas sobre o conteúdo de cada arquivo.

Extensões comuns incluem:

• .GTL (Camada Superior)
• .GBL (Camada Inferior)
• .GTO (Serigrafia Superior)
• .GBO (Serigrafia Inferior)
• .GTS (Máscara de Solda Superior)
• .GBS (Máscara de Solda Inferior)
• .GKO (Contorno da Placa)

Cada uma dessas extensões corresponde a uma camada ou função específica no projeto de PCB. Por exemplo, um arquivo com a extensão .GTL contém informações sobre a camada de cobre superior do PCB.

No formato Gerber X2 mais recente, o atributo .FileFunction tornou-se o método padronizado para vincular cada camada no PCB ao seu arquivo Gerber correspondente nos dados de fabricação. Este atributo fornece informações ainda mais precisas sobre o conteúdo e o propósito do arquivo.

Arquivos RS-274-X usam extensões no formato “GXY” para indicar funções específicas e atribuições de camada. Por outro lado, arquivos X2 geralmente usam a extensão .GBR para todos os arquivos, confiando em metadados incorporados para distinguir entre as camadas.

Gerando Arquivos Gerber a partir de Software CAD

Agora que entendemos o que são arquivos Gerber e seus vários formatos, qual é o processo de gerar esses arquivos cruciais a partir de softwares CAD? Embora as etapas exatas possam variar dependendo do seu software específico, o processo geral permanece semelhante em todas as plataformas.

Passo 1: Complete o seu projeto de PCB

Antes de gerar os arquivos Gerber, certifique-se de que o seu projeto de PCB está completo e cuidadosamente verificado quanto a erros. Isso inclui verificar todas as conexões, posições dos componentes e verificações de regras de projeto.

Passo 2: Acesse a Ferramenta de Geração de Arquivos Gerber

Na maioria dos softwares de design de PCB, você encontrará uma opção para gerar ou exportar arquivos Gerber. Isso pode estar em um menu como “Arquivo”, “Exportar” ou “Saídas de Fabricação”.

Passo 3: Selecione as Camadas para Exportar

Você precisará exportar arquivos Gerber para cada camada do seu PCB. Isso geralmente inclui:

• Camadas de cobre superior e inferior
• Máscara de solda superior e inferior
• Silkscreen superior e inferior
• Contorno da placa
• Arquivos de furação (frequentemente no formato Excellon)

Certifique-se de selecionar todas as camadas necessárias para o seu projeto.

Passo 4: Escolha o Formato Gerber

Selecione o formato Gerber adequado. Embora você deva verificar com o seu fabricante, RS-274X ou Gerber X2 são geralmente recomendados para fabricação moderna de PCB.

Passo 5: Defina as Unidades e a Precisão

Escolha as unidades (polegadas ou milímetros) e defina a precisão. Uma configuração comum é 2:4 ou 2:5, significando 2 dígitos antes do ponto decimal e 4 ou 5 após.

Passo 6: Configurar Outras Configurações

Dependendo do seu software, pode ser necessário configurar configurações adicionais, como aberturas, formatos de furação e polaridades de camada. Em dúvida, consulte a documentação do seu software ou as diretrizes do fabricante.

Passo 7: Gerar os Arquivos

Depois que todas as configurações estiverem feitas, gere os arquivos Gerber. Seu software criará um conjunto de arquivos, cada um representando uma camada ou aspecto diferente do seu projeto de PCB.

Passo 8: Verificar a Saída

Antes de enviar os arquivos ao seu fabricante, é crucial verificá-los. Abordaremos esse processo na próxima seção.

Lembre-se, embora esse processo possa parecer complexo, na verdade é bastante simples uma vez que você entende os passos principais. Sempre verifique suas configurações de exportação antes de gerar os arquivos Gerber para garantir precisão e evitar problemas na fabricação.

Visualizando e Verificando Arquivos Gerber

Verificar seus arquivos Gerber antes de enviá-los aos fabricantes não é opcional—é essencial. Essa etapa pode reduzir significativamente erros e atrasos na fabricação. Mas como exatamente você deve visualizar e verificar esses arquivos?

Passo 1: Escolha um Visualizador Gerber

Vários visualizadores Gerber estão disponíveis, tanto como softwares locais quanto como ferramentas online. Algumas opções populares incluem:

• Gerbv (código aberto, multiplataforma)
• FlatCAM (código aberto, multiplataforma)
• ViewMate (gratuito, Windows)
• GerberLogix (gratuito, Windows)
• Visualizadores online como o fornecido pela JLCPCB

Escolha um visualizador compatível com o seu sistema operacional e o formato Gerber que você está usando.

Passo 2: Carregue seus arquivos Gerber

Abra o visualizador Gerber escolhido e carregue seus arquivos Gerber. A maioria dos visualizadores permite arrastar e soltar os arquivos ou usar uma caixa de diálogo de seleção de arquivos.

Passo 3: Verifique a Ordem das Camadas

Certifique-se de que todas as camadas estão presentes e na ordem correta. Se o seu visualizador Gerber não entender a extensão do formato Gerber e não puder determinar a localização na pilha de camadas, ele pode colocar as camadas fora de ordem (geralmente em ordem alfabética). Nesse caso, pode ser necessário organizar manualmente as camadas.

Passo 4: Verifique as Dimensões da Placa

Verifique se o contorno da placa está correto e se todas as camadas estão alinhadas corretamente com esse contorno.

Passo 5: Inspecione Cada Camada

Examine cuidadosamente cada camada:

• Camadas de cobre: Verifique por trilhas quebradas, conexões não intencionais ou pads ausentes.
• Máscara de solda: Certifique-se de que todos os pads que precisam estar expostos estejam realmente expostos.
• Serigrafia: Verifique se todo o texto está legível e não sobrepõe pads ou vias.
• Camada de perfuração: Confirme se todos os furos estão presentes e corretamente dimensionados.

Passo 6: Verifique Violações das Regras de Projeto

Alguns visualizadores de Gerber podem realizar verificações básicas de regras de projeto. Use esse recurso, se disponível, para detectar violações de largura mínima de trilha, espaçamento, etc.

Passo 7: Compare com seu projeto original

Se possível, compare a visualização do Gerber com seu projeto original no CAD. Isso pode ajudar a detectar discrepâncias que possam ter ocorrido durante o processo de exportação.

Passo 8: Corrija quaisquer problemas

Se encontrar algum problema, retorne ao seu software de design de PCB, faça as correções necessárias e gere novos arquivos Gerber. Depois, repita o processo de verificação.

Usando Arquivos Gerber na Fabricação de PCB

Você já se perguntou como um projeto digital se torna uma PCB física? É aqui que os arquivos Gerber realmente brilham. Eles são a ligação crucial entre seu projeto de PCB e o processo de fabricação, orientando cada etapa da fabricação.

Quando você envia arquivos Gerber para um fabricante de PCB, está fornecendo a eles um plano detalhado da sua placa. Cada arquivo Gerber representa uma camada da placa física, como camadas de cobre, máscara de solda, legenda ou silk. Juntos, esses arquivos fornecem uma imagem completa do seu projeto de PCB.

O processo geralmente ocorre da seguinte forma:

1. Recepção e Verificação do Arquivo: O fabricante primeiro recebe e verifica seus arquivos Gerber. Eles verificarão se há erros óbvios ou informações ausentes.
2. Geração de Imagens: Os arquivos Gerber são usados para criar filmes fotográficos ou imagens digitais diretas para cada camada da PCB. Essas imagens orientam a criação de cada camada física.
3. Criação de Camadas: Usando as imagens geradas a partir dos arquivos Gerber, o fabricante cria cada camada da PCB. Para camadas de cobre, isso envolve gravar o cobre indesejado, deixando apenas as trilhas e pads definidos no seu projeto.
4. Furação: Embora não faça estritamente parte dos arquivos Gerber (os dados de perfuração geralmente estão no formato Excellon), o processo de perfuração é guiado por dados frequentemente enviados junto aos arquivos Gerber.
5. Alinhamento de Camadas e Prensagem: As camadas individuais são cuidadosamente alinhadas e prensadas juntas para formar a PCB completa.
6. Aplicação de Máscara de Solda e Serigrafia: As camadas de máscara de solda e serigrafia, definidas por seus respectivos arquivos Gerber, são aplicadas à placa.
7. Inspeção Final: A placa finalizada é inspecionada para garantir que ela corresponda às especificações fornecidas nos arquivos Gerber.

Arquivos Gerber são notavelmente versáteis na orientação do processo de fabricação da PCB. Eles fornecem instruções precisas para criar cada aspecto da placa, desde a largura e localização das trilhas até o tamanho e forma das pads.

Arquivos Gerber podem fornecer as informações mais necessárias, mas os fabricantes podem precisar de detalhes adicionais para certas especificações. Por exemplo, os arquivos Gerber normalmente não incluem informações sobre a cor da máscara de solda e serigrafia, requisitos para panelização, acabamento das pads, peso do cobre e espessura da placa. Esses detalhes geralmente são fornecidos separadamente ou discutidos com o fabricante.

Resolução de Problemas Comuns com Arquivos Gerber

Já encontrou um erro misterioso em um arquivo Gerber? Você não está sozinho. Apesar de seu papel crucial na fabricação de PCBs, os arquivos Gerber podem às vezes ser uma fonte de frustração. Vamos explorar alguns problemas comuns e como resolvê-los.

Camadas Duplicadas

Um problema frequente é o aparecimento de “camadas duplicadas” ao enviar arquivos Gerber para um fabricante. Isso pode ocorrer se você exportar o arquivo zip para o mesmo diretório dos Gerbers, ou devido a configurações incorretas no seu software CAD.

Solução: Sempre verifique o conteúdo do seu arquivo zip antes de enviar. Certifique-se de que não há arquivos duplicados e que as atribuições de camadas estão corretas. Se estiver usando KiCad, tome cuidado para não marcar nenhuma caixa sob “Plot on All Layers” a menos que seja necessário.

Formatos de Arquivo Incorretos

Usar um formato de arquivo obsoleto como Gerber 274D pode causar problemas nos processos de fabricação modernos.

Solução: Use Gerber X2 ou pelo menos Gerber 274X. Verifique com seu fabricante para confirmar o formato preferido.

Contornos de Placa Ausentes

A ausência de um contorno de placa definido pode ser um problema significativo na fabricação do seu PCB.

Solução: Certifique-se de incluir um contorno de placa em seus arquivos Gerber. Pode ser um arquivo independente ou incluído em cada camada no conjunto de dados.

Etiquetas de Arquivo Confusas

Nomenclatura de arquivo pouco clara ou inconsistente pode levar a erros no processo de fabricação.

Solução: Use convenções de nomenclatura claras e consistentes para seus arquivos Gerber. Cada nome de arquivo deve refletir a camada da placa que representa e ser facilmente interpretável.

Formatos de Arquivo de Furação Incorretos

Problemas com formatos de arquivo de furação podem causar problemas ao importar o arquivo para fabricação.

Solução: Use o formato de arquivo NC Drill, que é o padrão da indústria. Certifique-se de que o cabeçalho no arquivo indique claramente o formato.

Desalinhamento de Camadas

Quando as camadas não estão corretamente alinhadas, pode ser necessário alinhamento manual pelo fabricante, introduzindo possíveis erros.

Solução: Sempre que possível, registre seus arquivos Gerber em um ponto de dados comum. Isso ajuda a garantir o alinhamento adequado de todas as camadas.

Preenchimentos Vetoriais para Camadas de Plano

Usar preenchimentos vetoriais para camadas de plano ou camadas com áreas de blindagem pode resultar em tamanhos grandes de arquivos Gerber e exigir processamento adicional.

Solução: Para áreas a serem preenchidas, use dados “raster” ou “contorno” em vez de preenchimentos vetoriais.

Camadas Compostas

Alguns softwares de design de PCB usam camadas compostas para criar uma camada, o que pode causar confusão.

Solução: Combine todas as camadas compostas e exporte como uma única camada Gerber.

Pads Vetorizados

Pads compostos por muitos vetores pequenos podem exigir tempo adicional de processamento.

Solução: Use pads de flash em vez de pads vetorizados sempre que possível.

Dados Gerber Vazios ou Corrompidos

Isso pode resultar de configurações incorretas no seu software CAD.

Solução: Sempre verifique seus arquivos Gerber usando um visualizador Gerber antes de enviar. Verifique cuidadosamente as configurações do seu software CAD.

Arquivos Gerber vs. Outros Formatos de Arquivos PCB

Com tantos formatos de arquivo PCB disponíveis, por que os arquivos Gerber permanecem o padrão da indústria? Para responder a essa pergunta, vamos comparar os arquivos Gerber com outros formatos de arquivo PCB e entender seus pontos fortes e fracos relativos.

Gerber vs. ODB++

ODB++ é um dos principais concorrentes do formato Gerber. Desenvolvido em 1992, o ODB++ visa resolver algumas das limitações do Gerber.

Gerber:

• Amplamente aceito e suportado
• Simples e fácil de interpretar
• Contém apenas dados de imagem

ODB++:

• Contém informações mais abrangentes (dados elétricos, especificações de materiais)
• Suporta automação no processo de fabricação
• Pode reduzir o número de arquivos necessários

Embora o ODB++ ofereça algumas vantagens, especialmente para projetos complexos, os arquivos Gerber continuam sendo mais utilizados devido à sua simplicidade e aceitação universal.

Gerber vs. IPC-2581

IPC-2581 é um padrão de código aberto que, assim como o ODB++, visa fornecer dados de PCB mais abrangentes.

Gerber:

• Padrão da indústria com amplo suporte
• Formato mais simples
• Requer arquivos separados para diferentes aspectos do projeto

IPC-2581:

• Formato de arquivo único contendo todos os dados do PCB
• Inclui informações de empilhamento e propriedades do material
• Padrão aberto, não controlado por nenhuma empresa

Embora o IPC-2581 ofereça alguns recursos atraentes, ainda não alcançou a adoção generalizada dos arquivos Gerber.

Outros formatos

Outros formatos de PCB incluem:

• IPC-D-350 C
• DXF
• PDF
• EDIF
• GenCAM (IPC-2511A e IPC-2511B)
• STEP AP210

Cada um desses formatos tem seus próprios pontos fortes e casos de uso, mas nenhum substituiu o Gerber como o padrão de fato para fabricação de PCB.

Por que a Gerber Continua Dominante

Arquivos Gerber são notavelmente resistentes diante de formatos mais novos e complexos. Isso se deve a vários fatores:

1. Suporte Universal: Quase todos os fabricantes de PCB suportam arquivos Gerber, tornando-os uma escolha segura para os projetistas.
2. Simplicidade: A simplicidade relativa dos arquivos Gerber os torna fáceis de gerar, ler e solucionar problemas.
3. Histórico: Como padrão da indústria há muito tempo, há uma grande quantidade de conhecimento e ferramentas disponíveis para trabalhar com arquivos Gerber.
4. Melhoria Contínua: O formato Gerber não ficou parado. Atualizações como Gerber X2 adicionaram recursos para resolver algumas limitações do formato.

Uma regra prática é seguir os formatos suportados pela sua fábrica de fabricação preferida. Se eles aceitarem arquivos Gerber (o que a maioria faz), geralmente há pouca razão para complicar o processo usando um formato diferente.

Arquivos Excellon para Perfuração de PCB

Já se perguntou como os fabricantes de PCB sabem exatamente onde perfurar os orifícios na sua placa? Arquivos Excellon. Embora não façam estritamente parte do formato Gerber, os arquivos Excellon são companheiros essenciais dos arquivos Gerber no processo de fabricação de PCB.

Arquivos Excellon são comumente usados para descrever os orifícios em uma PCB, fornecendo instruções CNC (Controle Numérico Computadorizado) para máquinas de perfuração. Eles geralmente são fornecidos aos fabricantes de PCB juntamente com um conjunto de arquivos Gerber, completando as informações necessárias para a fabricação da placa.

O formato mais utilizado é o Excellon Aprimorado (ou Excellon Versão 2). Este formato é projetado para conduzir máquinas de perfuração e roteamento CNC de forma eficiente e precisa.

Componentes principais dos arquivos Excellon incluem:

1. Definições de Ferramentas: Estas especificam os tamanhos das brocas a serem usadas.
2. Coordenadas dos Orifícios: Coordenadas X e Y precisas para cada orifício a ser perfurado.
3. Orifícios Revestidos vs. Não Revestidos: Informação sobre quais furos devem ser revestidos e quais não devem.

Ao gerar arquivos Excellon, configurações-chave a considerar incluem:

• Camadas: Especifique quais camadas contêm informações de perfuração (por exemplo, Drills, Holes, Plated Vias, Unplated Vias).
• Tamanhos de Ferramenta: Certifique-se de que todos os tamanhos de ferramenta necessários estejam incluídos.
• Supressão Zero: Isso deve normalmente estar definido como “off”.
• Origem: Geralmente definido como “absolute” para manter a consistência com arquivos Gerber.

Arquivos Excellon garantem perfuração precisa de PCB. Eles funcionam em conjunto com arquivos Gerber para fornecer um conjunto completo de instruções para fabricação de PCB. Enquanto os arquivos Gerber definem as trilhas de cobre, máscara de solda e outras informações de camada, os arquivos Excellon garantem que os furos para vias, componentes de passagem e montagem sejam colocados exatamente onde são necessários.