Archivos Gerber: ¿para qué sirven?

Antes de la llegada de los archivos Gerber, no había una directiva estándar a seguir para la producción de circuitos impresos (PCB). Los documentos que incluían las especificaciones de los PCB tenían un contenido diversificado. Los formatos gráficos, textuales, descriptivos, bitmaps y vectoriales describían y representaban bien el proyecto final, pero a menudo se producían incompatibilidades de medidas, dimensiones, posicionamiento y más. Con frecuencia había confusión y malentendidos entre los clientes y los fabricantes. Con la adopción del formato Gerber, por último, existe una compatibilidad universal entre los diseñadores de PCB y sus fabricantes. De esta manera, este último puede funcionar con un formato de archivo totalmente independiente del software CAE/ CAD utilizado.

El formato Gerber

Este formato no identifica un solo documento, sino que constituye la norma para la producción de circuitos impresos. Los diferentes archivos, exportados al final del proyecto, contienen descripciones de conexiones eléctricas, pistas, vías y pastillas. Son documentos vectoriales formados por un conjunto de comandos que generan un flujo de objetos gráficos. También incluyen instrucciones para perforar sobre el PCB. Hoy en día, las empresas que producen circuitos impresos sólo necesitan este tipo de documentación de sus clientes. Los programas de diseño electrónico más importantes contienen y ofrecen la posibilidad de exportar todo el trabajo en este formato. Por lo tanto, disponer de esta información es lo primero que un diseñador electrónico debe verificar en su software CAE. Actualmente, el formato estándar utilizado es RS-274X. Es una versión extremadamente potente porque incluye, en el mismo documento:

• los parámetros de configuración;
• las aberturas;
• las coordenadas XY;
• los comandos Draw & Flash.

En las versiones anteriores, la mayor parte del trabajo tenía que hacerse manualmente, con una alta probabilidad de errores. El formato de archivo Gerber es muy simple y textual (ASCII), visible por cualquier editor de texto. Su contenido es obviamente un poco más difícil de entender y la comprensión es tediosa pero el proceso de codificación tiene que ser hecho por software, así que no hay problema. El formato Gerber X2 se ha vuelto cada vez más popular e informativo. Los archivos que se enviarán a las empresas fabricantes deben incluir:

• Ensamblaje cara Top
• Serigrafia cara Top
• Barniz cara Top
• Fichero pasta de soldar cara Top 
• Cobre cara Top (igualmente llamado Top Copper)
• Cobre cara Bottom (igualmente llamado Bottom Copper)
• Fichero pasta de soldar cara Bottom
• Barniz cara Bottom
• Serigrafia cara Bottom
• Ensamblaje cara Bottom
• Contorno de tarjeta (Outline)
• Dimensiones de la tarjeta

Por supuesto, si alguna información no está disponible (por ejemplo, si el diseñador fabrica un PCB de una sola cara sin Solder Mask), algunos archivos no tienen que ser producidos, aunque algunas empresas los soliciten. También se puede integrar un circuito eléctrico en los archivos Gerber.

Ejemplo de esquema de montaje

La figura 1 muestra el esquema de ensamblaje de un amplificador de transistores, así como el ensamblaje 3D. Es una ejecución simple con componentes pasivos, algunos de ellos en SMT. El proyecto consta de las siguientes capas, que contienen elementos, textos, gráficos, componentes, etc.:

• Top Silk: contiene los textos, etiquetas, motivos, dimensiones y referencias de los componentes electrónicos en la parte superior;
• Top Mask: "máscara de soldadura";
• Top Paste: generalmente utilizado para pastillas SMT;
• Top (señal): contiene las pistas de cobre de la parte superior;
• Board Cutout: define la forma física del contorno del PCB. También se utiliza para crear la forma 3D del circuito impreso.

Dado que el circuito fue diseñado para ser construido únicamente en la parte superior, no se utilizaron las capas «Bottom».

Figura 1: Esquema eléctrico de un amplificador de transistores y su ensamblaje.

Serigrafía de cara superior

El contenido de este párrafo también es válido para la "Serigrafía Bottom". Como se ha mencionado anteriormente, este nivel muestra los elementos relacionados con los textos, etiquetas, motivos y dimensiones de los componentes y la serigrafía en general, en la cara superior del mapa (véase la figura 2). El archivo exportado tendrá la extensión ". Gbr", por ejemplo TopSilk.gbr. El contenido del archivo exportado contiene una codificación particular que describe perfectamente los elementos de esta capa. El contenido del fichero se ha dividido voluntariamente en varias columnas, por razones de visibilidad y legibilidad.

Figura 2: La vista previa de la serigrafía cara Top con su codificación textual.

Barniz cara Top

La función de exportación crea el archivo "TopMask.Gbr" que designa cualquier barniz protector a aplicar. Por supuesto, es posible cambiar el nombre del documento de destino, pero se recomienda mantener el nombre propuesto por el sistema. El contenido del archivo exportado (ver figura 3) contiene una codificación de la capa seleccionada.

Figura 3: Vista previa de Top Mask con codificación de texto.

Pasta para soldar cara top

Se refiere al uso de componentes SMT. La función de exportación crea el archivo "TopPaste.Gbr". Por supuesto, es posible cambiar el nombre del documento de destino, pero se recomienda mantener el nombre propuesto por el sistema. El contenido del archivo exportado (ver figura 4) contiene una codificación de la capa seleccionada.

Figura 4: La vista previa Top Paste con su codificación textual.

Top (o Top Copper)

Es una de las capas más útiles e interesantes porque contiene el trazado de las pistas de PCB, generada por enrutamiento automático o manual (ver figura 5). El mismo procedimiento se sigue para la cara Bottom. Como se puede ver en las ubicaciones, no hay agujeros, ya que son exportados a otro archivo y mecanizados o no por la empresa, a petición del cliente. El nombre del archivo en cuestión es "Top.Gbr".

Figura 5: Vista previa de pistas con codificación relativa.

Perforaciones

Este documento agrupa las especificaciones de perforación del mapa (figura 6). Un ejemplo de nombre de archivo sería "Plated Through.Gbr". No todos los agujeros tienen el mismo diámetro y algunos pueden estar metalizados. Dependiendo del tipo de agujero, las marcas en la vista previa de la tarjeta también cambian. Aunque los elementos no son muchos, la codificación Gerber es igual de compleja. Los agujeros del PCB se realizan a petición del cliente, con una grabadora CNC rápida y profesional.

Figura 6: Vista previa del plano de perforación y su codificación.

Contorno de tarjeta

Este es probablemente el archivo Gerber más simple, ya que sólo contiene el contorno del PCB (ver figura 7). El circuito impreso no siempre es rectangular o cuadrado. También podría caracterizarse por una forma diferente y puede incluso ser circular.

Figura 7: Descripción general del contorno de los PCB y su codificación.

Los fabricantes de PCB están equipados con máquinas muy sofisticadas y de gran tamaño (véase la figura 8). Las grabadoras CNC utilizadas pueden realizar todas las tareas juntas y los modelos más sofisticados se dedican a menudo a un solo procedimiento. Estas máquinas, también equipadas con procesadores, pueden decodificar directamente los archivos Gerber de los clientes y proceder inmediatamente a los procesos de fabricación de PCB, sin necesidad de estar conectadas a un ordenador. Otros tipos de equipos, siempre siguiendo las directrices del pliego de condiciones de los Gerber, tienen la posibilidad de efectuar controles sobre los circuitos realizados y de efectuar controles ópticos automatizados (AOI).

Figura 8: Las máquinas más recientes pueden leer y ejecutar los comandos contenidos en los archivos Gerber.

Uso de textos y fuentes para la exportación de Gerber

Los textos y fuentes de escritura son un elemento fundamental de sus PCBs. Están destinados a mostrar etiquetas, marcas, funciones finales, diversas directivas y, además, a atribuir una cierta "clase" al circuito impreso (ver figura 9). Muchos fabricantes de PCBs aconsejan a sus clientes seguir algunas recomendaciones para obtener el mejor resultado: algunos preconizan el uso de fuentes vectoriales, ya que se exportan directamente al archivo Gerber, sin alteración ni modificación, mientras que los caracteres "True Type", por el contrario, pueden provocar problemas de incompatibilidad. Por otra parte, algunos fabricantes no aceptan los objetos textuales en las "capas de cobre". Las empresas deben ser consultadas siempre, para anticipar los problemas relacionados con estos aspectos.

Figura 9: Aunque las fuentes True Type ofrecen más variedad (en su PC), lo mejor es elegir la compatibilidad máxima del sistema utilizando fuentes vectoriales.

Conclusión

Los archivos Gerber son ahora un estándar para la producción masiva de circuitos impresos, ya que muestran la descripción gráfica exacta del PCB. Deberán enviarse al fabricante tan pronto como se haya completado el proyecto y se haya comprobado cuidadosamente. El diseñador puede transmitir de forma segura todos los archivos Gerber producidos utilizando la función de exportación, siempre con el consentimiento previo de la empresa. También es posible comprimir todos los documentos en un solo archivo comprimido, aunque muchos programas exportan automáticamente a este tipo de archivo. Muchas compañías solo aceptan un archivo comprimido. Todos los diseñadores deberían acostumbrarse a probar y comprobar los archivos con diferentes visualizadores Gerber, antes de enviarlos al fabricante. Incluso si utilizan las especificaciones oficiales RS-274X, la lectura de documentos a veces puede crear incompatibilidades. Para un control máximo, pueden utilizarse dos, tres o cuatro visualizaciones diferentes (véase la figura 10) para verificar y confirmar la calidad del trabajo realizado.

Figura 10: Es aconsejable comprobar sus archivos Gerber con diferentes visualizadores.