Fichiers Gerber : à quoi ça sert pour votre fabricant de PCB?

Avant l’arrivée des fichiers Gerber, il n'y avait pas de directive standard à suivre pour la production de cartes de circuits imprimés (PCB). Les documents qui englobaient les spécifications des PCB suivaient un contenu diversifié. Les formats graphiques, textuels, descriptifs, bitmaps et vectoriels décrivaient et représentaient bien le projet final mais, souvent, des incompatibilités de mesures, de dimensions, de positionnement et plus se produisaient. Il y avait fréquemment des confusions et des malentendus entre les clients et les fabricants. Avec l'adoption du format Gerber, enfin, il existe une compatibilité universelle entre les concepteurs de PCB et leurs fabricants. De cette manière, ce dernier peut fonctionner avec un format de fichier totalement indépendant du logiciel CAE / CAO utilisé. 

Le format Gerber

Ce format n'identifie pas un seul document à lui tout seul mais constitue la norme pour la production de cartes de circuits imprimés. Les différents fichiers, exportés en fin de projet, contiennent des descriptions des connexions électriques, des pistes, des vias et des pastilles. Ce sont des documents vectoriels constitués d'un ensemble de commandes qui génèrent un flux d'objets graphiques. Ils comprennent également les instructions pour les perçages à faire sur le PCB. De nos jours, les entreprises qui produisent les cartes de circuits imprimés n'ont besoin de la part de leurs clients que de ce type de documentation, rien d'autre. Les logiciels de conception électronique les plus importants contiennent et offrent la possibilité d'exporter l'ensemble du travail dans ce format. Par conséquent, disposer de ces informations est la première chose qu'un concepteur électronique doit vérifier dans son logiciel CAE. Actuellement, le format standard utilisé est RS-274X. C'est une version extrêmement puissante car elle comprend, dans le même document :

• les paramètres de configuration ;
• les ouvertures ; 
• les coordonnées XY ; 
• les commandes Draw & Flash. 

Dans les anciennes versions, la plupart du travail devait être effectué manuellement, avec une forte probabilité d'erreurs. Le format de fichier Gerber est très simple et textuel (ASCII), visible par n'importe quel éditeur de texte. Son contenu est évidemment un peu plus abscons et la compréhension est fastidieuse mais le processus de codage doit être fait par un logiciel, donc il n’y a pas de problème. Le format Gerber X2 est récemment devenu de plus en plus populaire, encore plus riche en informations. Les fichiers à envoyer aux sociétés de production doivent inclure les éléments suivants : 

• Assemblage face Top ; 
• Sérigraphieface Top ; 
• Vernis faceTop ; 
• Pâte à braser face Top  ;
• Cuivre faceTop (également appelé Top Copper) ; 
• Cuivre faceBottom (également appelé Bottom Copper) ; 
• Pâteà braser face Bottom ;
• Vernis faceBottom ; 
• Sérigraphie face Bottom ;
• Assemblage face Bottom ;
• Contour de carte (Outline) ;
• Dimensions de la carte.

Evidemment, si certaines informations ne sont pas disponibles (par exemple si le concepteur fabrique un PCB simple face sans Solder Mask), certains fichiers n'ont pas à être produits même si certaines entreprises les demandent. Un circuit électrique peut également être intégré aux fichiers Gerber. 

Exemple de schéma d’assemblage

La figure 1 montre le schéma d’assemblage d'un amplificateur à transistor, ainsi que l'assemblage 3D. C'est une réalisation simple avec des composants passifs dont certains en SMT. Le projet comprend les couches suivantes, qui contiennent des éléments, des textes, des graphiques, des composants, etc... :

• Top Silk : contient les textes, étiquettes, motifs, dimensions et références des composants électroniques, sur la face supérieure; 
• TopMask : il s'agit du "masque de soudure"; 
• TopPaste : généralement utilisé pour les pastilles SMT; 
• Top (signal) : contient les pistes en cuivre de la face supérieure; 
• BoardCutout : définit la forme physique du contour du PCB. Il est également utilisé pour créer la forme 3D du circuit imprimé. 

Puisque le circuit a été conçu pour être construit uniquement sur la face supérieure, les couches « Bottom » n'ont pas été utilisées. 

Figure 1 : Schéma électrique d'un amplificateur à transistor et son assemblage.

Sérigraphie face Top

Le contenu de ce paragraphe vaut également pour la "Sérigraphie Bottom". Comme mentionné ci-dessus, ce niveau montre les éléments liés aux textes, étiquettes, motifs et dimensions des composants et à la sérigraphie en général, sur la face supérieure de la carte (voir figure 2). Le fichier exporté aura l'extension ".gbr", par exemple TopSilk.gbr. Le contenu du fichier exporté contient un encodage particulier qui décrit parfaitement les éléments de cette couche. Le contenu du fichier a été volontairement divisé en plusieurs colonnes, pour des raisons de visibilité et de lisibilité.

Figure 2 : L'aperçu de la sérigraphie face Top avec son codage textuel.

Vernis face Top

La fonction d'exportation crée le fichier "TopMask.gbr" qui désigne tout vernis protecteur à appliquer. Il est bien entendu possible de changer le nom du document cible, mais il est recommandé de conserver celui proposé par le système. Le contenu du fichier exporté (voir figure 3) contient un encodage de la couche sélectionnée.

Figure 3 : L'aperçu Top Mask avec son codage textuel.

Pâte à braser face Top

Il fait référence à l'utilisation de composants SMT. La fonction d'exportation crée le fichier "TopPaste.gbr". Il est bien entendu possible de changer le nom du document cible, mais il est recommandé de conserver celui proposé par le système. Le contenu du fichier exporté (voir figure 4) contient un encodage de la couche sélectionnée.

Figure 4 : L'aperçu Top Paste avec son codage textuel.

Top (ou Top Copper)

C'est l’une des couches les plus utiles et les plus intéressantes car il contient le tracé des pistes du PCB, générée par routage automatique ou manuel (voir figure 5). La même procédure est suivie pour la face Bottom. Comme on peut le voir sur les emplacements, il n'y a pas de trous, car ils sont exportés vers un autre fichier et usinés ou non par l'entreprise, à la demande du client. Le nom du fichier en question est "Top.gbr".

Figure 5 : L'aperçu des pistes avec le codage relatif.

Perçages

Ce document regroupe les spécifications de perçage de la carte (figure 6). Un exemple de nom de fichier serait "Plated Through.gbr". Tous les trous ne sont pas caractérisés par le même diamètre et certains peuvent être métallisés. Selon le type de trou, les marques sur la prévisualisation de la carte changent également. Même si les éléments ne sont pas nombreux, l'encodage Gerber est tout aussi complexe. Les perçages du PCB sont effectués à la demande du client, avec une graveuse CNC rapide et professionnelle.

Figure 6 : L'aperçu du plan de perçage, ainsi que de son codage.

Contour de carte

C'est probablement le fichier Gerber le plus simple car il ne contient que le contour du PCB (voir figure 7). Le circuit imprimé n’est pas nécessairement toujours rectangulaire ou carré. Il pourrait également être caractérisé par une forme différente et peut même être circulaire.

Figure 7 : L'aperçu du contour du PCB, ainsi que son codage.

Les fabricants de PCB sont équipés de machines extrêmement sophistiquées et de grandes tailles (voir figure 8). Les graveuses CNC utilisées peuvent effectuer toutes les tâches ensemble et les modèles les plus sophistiqués sont souvent dédiés à une seule procédure. Ces machines, également équipées de processeurs, peuvent directement décoder les fichiers Gerber des clients et procéder immédiatement aux processus de fabrication des PCB, sans avoir besoin d'être connectées à un ordinateur. D'autres types d'équipements, toujours suivant les directives du cahier des charges des Gerber, ont la possibilité d'effectuer des contrôles sur les circuits réalisés et d'effectuer des contrôles optiques automatisés (AOI).

Figure 8 : Les machines les plus récentes peuvent lire et exécuter les commandes contenues dans les fichiers Gerber.

Utilisation de textes et de polices pour l'exportation Gerber

Les textes et polices d’écriture sont un élément fondamental de vos PCBs. Ils sont destinés à montrer les étiquettes, les marques, les fonctions finales, diverses directives et, en plus, à attribuer une certaine “classe” au circuit imprimé (voir figure 9). De nombreux fabricants de PCBs conseillent à leurs clients de suivre quelques recommandations pour obtenir le meilleur résultat : certains préconisent l'utilisation de polices vectorielles, puisqu'elles sont directement exportées vers le fichier Gerber, sans altération ni modification tandis que les caractères "True Type", peuvent au contraire provoquer des problèmes d'incompatibilité. Certains fabricants n'acceptent d’ailleurs pas les objets textuels sur les "couches de cuivre". Les entreprises doivent toujours être consultées, pour anticiper les problèmes liés à ces aspects.

Figure 9 : Bien que les polices True Type offrent plus de variété (sur votre PC), il est préférable de choisir une compatibilité système maximale en utilisant des polices vectorielles.

Conclusion

Les fichiers Gerber sont désormais une norme à suivre pour la production de masse de cartes de circuits imprimés, car ils montrent la description imagée exacte du PCB. Ils doivent être envoyés au fabricant dès que le projet est terminé et qu’il ait été soigneusement vérifié. Le concepteur peut transmettre en toute sécurité tous les fichiers Gerber produits à l'aide de la fonction d'exportation, toujours avec un accord préalable avec l'entreprise. Il est également possible de compresser tous les documents dans un seul fichier zippé, bien que de nombreux logiciels exportent automatiquement vers ce type d'archive. De nombreuses sociétés n'acceptent qu'un seul fichier compressé. Tous les concepteurs devraient prendre l’habitude de tester et de vérifier les fichiers avec différents visualiseurs Gerber, avant de les envoyer au fabricant. Même s’ils utilisent les spécifications officielles RS-274X, la lecture des documents peut parfois créer des incompatibilités. Pour un contrôle maximal, il est possible d'utiliser deux, trois ou quatre affichages différents (voir figure 10), pour vérifier et confirmer la qualité du travail effectué.

Figure 10 : Il est conseillé de vérifier vos fichiers Gerber avec différents visualiseurs.