Gerber-Daten: Wie werden sie von Ihrem Leiterplattenhersteller genutzt

Vor der Existenz von Gerberdaten, gab es keine Standardrichtlinien für die Herstellung von Leiterplatten (PCBs). Die Dokumente, die PCB-Spezifikationen umfassten, hatten einen vielfältigen Inhalt. Grafik-, Text-, Beschreibungs-, Bitmap- und Vektorformate beschrieben und repräsentierten das endgültige Projekt zwar richtig, aber oft traten Inkompatibilitäten in Bezug auf Maße, Dimensionen, Positionierung und anderes auf. Es gab häufig Unklarheiten und Missverständnisse zwischen Kunden und Herstellern. Mit der Einführung der Produktionsdaten im Gerber-Format gibt es jetzt eine universelle Kompatibilität zwischen PCB-Designern und deren Herstellern. Auf diese Weise kann dieser mit einem Format arbeiten, welches völlig unabhängig von der verwendeten CAE-/CAD-Software ist.

Produktionsdaten im Gerber-Format

Dieses Format bezieht sich nicht lediglich auf ein Dokument, sondern ist der Standard für die Herstellung von Leiterplatten. Die verschiedenen Dateien, die am Ende des Projekts exportiert werden, enthalten Beschreibungen der elektrischen Verbindungen, Leiterbahnen, Durchkontaktierungen und Pads. Dabei handelt es sich um Vektordokumente, die aus einer Reihe von Befehlen bestehen, die einen Datenfluss von grafischen Einheiten erzeugen. Sie enthalten ebenfalls Anweisungen zum Bohren von Löchern auf der Leiterplatte. Heutzutage benötigen Unternehmen, die Leiterplatten herstellen, von ihren Kunden nichts Anderes als diese Art von Unterlagen. Die wichtigsten Softwarepakete für elektronische Designs enthalten und bieten die Möglichkeit, das gesamte Projekt in diesem Format zu exportieren. Daher ist die Verfügbarkeit dieser Informationen das erste, was ein Elektronikdesigner in seiner CAE-Software überprüfen sollte. Derzeit wird als Standardformat RS-274X verwendet, eine äußerst leistungsfähige Version, da diese im selben Dokument auch folgendes umfasst:

• die Konfigurationsparameter;
• die Öffnungen;
• die XY-Koordinaten;
• die Befehle Draw & Flash. 

• Bestückungsplan Top-Seite;
• Siebdruck Top-Seite;
• Lötstopplack Top-Seite;
• Lötpaste Top-Seite;
• Kupfer Top-Seite (auch „Top Copper“ genannt);
• Kupfer Bottom-Seite (auch „Bottom Copper“ genannt);
• Lötpaste Bottom-Seite;
• Lötstopplack Bottom-Seite;
• Siebdruck Bottom-Seite;
• Bestückungsplan Bottom-Seite
• Kontur der Platine (Outline);
• Leiterplattengröße 

Selbstverständlich, wenn bestimmte Informationen nicht verfügbar sind (z. B. wenn der Designer eine einfache Leiterplatte ohne Solder Mask herstellt), müssen bestimmte Dateien nicht produziert werden, auch wenn einige Unternehmen diese verlangen. Eine elektrische Schaltung kann auch in Gerber-Dateien integriert werden.

Beispiel einer Zusammenbauzeichnung

• Top Silk: enthält die Schriften, Etiketten, Muster, Abmessungen und die Bauteilbezeichner der Bauteile auf der Oberseite;
• Top Mask: dies ist der „Schablonendruck“;
• Top Paste: wird meist für SMT-Pads verwendet;
• Top (Signal): enthält die Kupferbahnen auf der Oberseite;
• Board Cutout: beschreibt die tatsächliche Form des PCB-Umrisses. Diese Datei wird ebenfalls für die Erstellung der 3D-Form der Leiterplatte verwendet.

Da eine Schaltung so entworfen wurde, dass diese sich ausschließlich auf der Oberseite befindet, wurden die Bottom-Schichten nicht verwendet.

Bild 1: Elektrische Zeichnung eines Transistorverstärkers und dessen Aufbau.

Siebdruck Top-Seite

Der Inhalt dieses Absatzes gilt auch für den „Siebdruck der Bottom-Seite“. Wie bereits erwähnt, werden auf dieser Ebene, Elemente die sich auf die Schriften, Etiketten, Muster und Abmessungen der Komponenten und auf den Siebdruck im Allgemeinen beziehen gezeigt (siehe Bild 2). Die exportierte Datei wird die Erweiterung „. gbr“ haben, z. B. TopSilk. gbr. Der Inhalt der exportierten Datei enthält eine spezielle Kodierung, die die Elemente dieser Schicht perfekt beschreibt. Der Inhalt der Datei wurde aus Sichtbarkeits- und Lesbarkeitsgründen bewusst in mehrere Spalten unterteilt.

Bild 2: Aufführung eines Siebdrucks der Top-Seite mit Textkodierung.

Lötstopplack Top-Seite

Dank der Exportfunktion wird die Datei „TopMask. gbr“ erstellt, die einen aufzutragenden Schutzlack bezeichnet. Es ist natürlich möglich, den Namen des Dokuments zu ändern, aber es wird jedoch empfohlen, den vom System vorgeschlagenen Namen beizubehalten. Der Inhalt der exportierten Datei (siehe Bild 3) enthält eine Kodierung der ausgewählten Schicht.

Bild 3: Aufführung eines Lötstopplacks der Top-Seite mit Textkodierung.

Lötpaste Top-Seite

Diese Datei bezieht sich auf die Verwendung von SMT-Komponenten. Die Exportfunktion erstellt die Datei „TopPaste. gbr“. Es ist natürlich möglich, den Namen des Dokuments zu ändern, aber es wird jedoch empfohlen, den vom System vorgeschlagenen Namen beizubehalten. Der Inhalt der exportierten Datei (siehe Bild 4) enthält eine Kodierung der ausgewählten Schicht.

Bild 4: Aufführung einer Lötpaste der Top-Seite mit Textkodierung.

Top (oder Top Copper)

Dies ist eine der nützlichsten und interessantesten Schichten, da sie das Leiterbahnlayout der Leiterplatte enthält, welches durch automatisches oder manuelles Routing erzeugt wird (siehe Bild 5). Das gleiche Verfahren wird ebenfalls für die Bottom-Seite angewendet. Hier gibt es keine Informationen bezüglich der Bohrlöcher, da sie in eine andere Datei exportiert und auf Kundenwunsch vom Unternehmen bearbeitet oder nicht bearbeitet werden. Der Name der betreffenden Datei lautet „Top. gbr“.

Bild 5: Aufführung der Leiterbahnen mit Textkodierung.

Bohrungen

Diese Datei enthält die Bohrspezifikationen für die Platine (Bild 6). Ein Beispiel für einen passenden Dateinamen wäre „Platated Through. gbr“. Nicht alle Löcher haben den gleichen Durchmesser und einige können metallisiert sein. Je nach Art der Bohrung ändern sich auch die Markierungen in der Abbildung der Leiterplatte. Auch wenn die Elemente nicht zahlreich sind, ist die Gerber-Kodierung ebenso komplex. Das Bohren der Leiterplatte wird auf Wunsch des Kunden mit einer schnellen und professionellen CNC-Graviermaschine durchgeführt.

Bild 6: Bohrplan mit der Textkodierung

Kontur der Platine

Dies ist wahrscheinlich die einfachste Gerber-Datei, da sie nur die PCB-Kontur enthält (siehe Bild 7). Die Leiterplatte muss nicht immer rechteckig oder quadratisch sein. Es könnte auch eine andere Form haben und kann sogar kreisförmig sein.

Bild 7: Aufführung der Kontur der Platine mit Textkodierung

Leiterplattenhersteller sind mit äußerst anspruchsvollen und großen Maschinen ausgestattet (siehe Bild 8). Die verwendeten CNC-Graviermaschinen können alle Aufgaben zusammen erledigen, und die anspruchsvollsten Modelle sind oft einem einzigen Verfahren gewidmet. Diese Maschinen, die ebenfalls mit Prozessoren ausgestattet sind, können die Gerber-Dateien der Kunden direkt entschlüsseln und sofort mit der Leiterplattenherstellung beginnen, ohne dass sie an einen Computer angeschlossen sein müssen. Andere Arten von Maschinen, die immer den Vorgaben der Gerber-Spezifikationen folgen, haben die Möglichkeit, Kontrollen der gefertigten Schaltungen durchzuführen und automatische optische Kontrollen (AOI) zu tätigen.

Bild 8: Die neuesten Maschinen können die Befehle in Gerber-Dateien lesen und ausführen.

Verwendung von Texten und Schriften für den Gerber-Export

Texte und Schriften sind ein grundlegender Bestandteil Ihrer Leiterplatten. Sie sollen Etiketten, Markierungen, Endfunktionen, verschiedene Anweisungen aufweisen und darüber hinaus der Leiterplatte eine bestimmte „Klasse“ zuweisen (siehe Bild 9). Viele Leiterplattenhersteller raten ihren Kunden, ein paar Empfehlungen zu befolgen, um das beste Ergebnis zu erzielen: Einige empfehlen die Verwendung von Vektorschriften, da diese direkt in die Gerber-Datei ohne Änderungen exportiert werden. Währenddessen „True Type“-Zeichen im Gegenteil zu Inkompatibilitätsproblemen führen können. Einige Hersteller akzeptieren keine Textobjekte auf „Kupferebenen“. Unternehmen sollten immer konsultiert werden, um Probleme im Zusammenhang mit diesen Aspekten vorwegzunehmen.

Bild 9: Obwohl True Type Schriftarten mehr Vielfalt bieten (auf Ihrem PC), ist es am besten, maximale Systemkompatibilität mit Vektor-Schriftarten auszuwählen.

Schlussfolgerung

Gerber-Dateien sind mittlerweile ein Standard für die Massenproduktion von Leiterplatten, da sie die genaue Bildbeschreibung der Leiterplatte zeigen. Die sollten dem Hersteller gesandt werden, sobald das Projekt abgeschlossen und sorgfältig geprüft ist. Der Designer kann alle Gerber-Dateien, die mithilfe der Exportfunktion produziert werden, sicher übertragen. Dies geschieht immer nach vorheriger Absprache mit dem Unternehmen. Es ist auch möglich, alle Dokumente in einer einzigen Zip-Datei zu konzentrieren, obwohl viele Programme automatisch in diese Art von Archiv-Datei exportieren. Viele Unternehmen akzeptieren ausschließlich solch komprimierte Dateien. Alle Entwickler sollten es sich zur Gewohnheit machen, die Dateien mit verschiedenen Gerber-Viewer zu testen und diese zu überprüfen, bevor sie sie an den Hersteller senden. Auch wenn sie die offiziellen RS-274X-Spezifikationen verwenden, kann das Lesen von Dokumenten manchmal zu Inkompatibilitäten führen.

Bild 10: Es wird empfohlen, Ihre Gerber-Dateien mit Viewer zu überprüfen.