Cosa è un file Gerber nel processo di realizzazione di PCB?

Oltre al cibo, al divertimento e alle attività turistiche qual è la parte più importante di ogni vacanza? Ovviamente scattare foto! Mi stavo preparando per andare in vacanza e avevo deciso di recuperare la mia fotocamera HD per scattare foto di qualità migliore rispetto a quella che si può ottenere con il cellulare. Al momento di prendere la fotocamera mi ero reso conto di come non l’avessi usata da tantissimo tempo. E come sempre succede con la tecnologia che non si usa da tanto tempo mi ero completamente dimenticato di come fare a trasferire le immagini dalla fotocamera al computer.

Non mi ci è voluto poi troppo tempo per ricordare che c’era una porta USB nascosta sul lato, ma questa storia mi ha fatto pensare a qualcosa di correlato, ovvero stavo immaginando una persona che si occupa di progettare PCB che non sa nulla di come funziona la parte finale del processo. Tutte le tracce e gli elementi di un sistema CAD ad un certo punto devono essere trasformati in un circuito stampato vero e proprio. Come non riuscivo a ricordarmi di come accedere alle foto che avevo intenzione di scattare mi chiedo ora quante persone non conoscono cosa succede quando si invia il progetto di un circuito stampato al produttore.

Molti possono chiedersi cosa sia un file Gerber. In pratica il modo più diffuso per inviare i dati progettuali al produttore è utilizzando un file, che viene chiamato “Gerber”. Analogamente a quanto succede in ogni festa, dove le persone spendono i primi minuti raccontando storie di eventi passati, prima di parlare del file Gerber occorre spendere del tempo analizzando ciò che ne è alla base. Avere un’idea della sua storia consente di capire meglio la sua evoluzione fino ad oggi e di come potrà modificarsi in futuro. Conoscere l’intero processo, da progetto alla realizzazione, è utile per colmare il gap che spesso si verifica tra il team di progetto e quello di produzione.

Il file Gerber, il primo passo del processo di fabbricazione dei PCB

Quando si disegna un circuito stampato su un sistema CAD si vede il metallo del circuito stampato rappresentato da stili diversi di linee e forme. Queste immagini grafiche devono essere convertite in dati che il produttore di PCB poi utilizza per creare la scheda. Questo è il compito che viene assolto dal file Gerber.

Un file Gerber è un file di testo ASCII composto da quattro elementi:

  1. Parametri di configurazione

  2. Definizioni di apertura

  3. Coordinate X e Y per i comandi draw e flash

  4. Codici dei comandi draw (disegna) e flash (emetti luce)

La maggior parte dei sistemi CAD per PCB hanno l’abilità di generare file Gerber a partire dai dati di progetto. I cuscinetti circolari di uno spillo di foratura sono rappresentati, in un file Gerber, da un comando flash unito a delle coordinate. Una traccia è rappresentata da un codice per il comando draw unita a delle coordinate per ogni vertice della traccia stessa.

La ragione di questi codici è che i file Gerber inizialmente venivano utilizzati per guidare un plotter che creava gli strati di un circuito stampato su una pellicola. Il fotoplotter usava la luce di una lampada o di un laser per l’esposizione di una pellicola che veniva usata per realizzare gli strumenti che venivano poi utilizzati dal fabbricante di PCB. I differenti codici comportavano l’emissione della luce, il disegno con la luce o il movimento senza alcuna luce. Esistevano anche codici per determinare le dimensioni e la forma della luce, conosciuti come aperture. Anche se sono ancora comunemente usati, i fotoplotter tradizionali vengono sempre più spesso sostituiti da strumenti che impiegano laser ad immagine diretta (LDI) mediante i quali le informazioni Gerber vengono inserite direttamente nei materiali del circuito stampato.

I file Gerber veicolano i dati dal sistema CAD al produttore

 

Il file Gerber: il passato, il presente e il futuro

I file Gerber originali erano conosciuti con il formato RS-274-D. I primi file contenevano solo le coordinate XY e i comandi draw e flash. I progettisti di PCB dovevano assegnare manualmente i codici delle aperture durante la fase di creazione del file Gerber. In seguito dovevano estrarre tutti i dati delle aperture ed inserirli in un altro file insieme ai parametri di configurazione. Per creare file Gerber accurati occorreva essere molto bravi nell’assegnare i codici corretti.

Se create file Gerber al giorno di oggi utilizzando un sistema CAD molto probabilmente il formato utilizzato è il RS-274-X. Questa versione combina i quattro elementi visti prima (parametri di configurazione, aperture, coordinate XY e comandi draw e flash) in un unico file. Potrete anche notare come il sistema CAD assegni automaticamente le posizioni di apertura eliminando la possibilità di un errore umano.

Negli ultimi anni è emersa una nuova versione del file Gerber che include dati aggiuntivi. I file Gerber X2 includono informazioni come la funzione dello strato, funzioni oggetto come tipo di cuscinetti, coordinate di tracce controllare dall’impedenza e molto altro. L’obiettivo è quello di arricchire il formato Gerber per renderlo più simile ad un database come ODB++ pur mantenendo la capacità di guidare fotoplotter e sistemi LDI.

 

I file Gerber vengono usati per creare PCB come questi

 

Cosa significa tutto questo?

Il progettista di PCB e tutti i membri dei team di fabbricazione e progetto, devono comprendere al meglio quali siano le esigenze del produttore e creare i file Gerber, e gli altri file di produzione, in accordo ad esse. Alcuni produttori hanno ancora la necessità di avere a disposizione liste di apertura separate o file dati di diverso tipo ed è fondamentale conoscere questi file e sapere come crearli. Ora la maggior parte della fase di progettazione è automatizzata ma conoscere cosa avviene dietro le quinte di un sistema CAD è ancora estremamente utile.

Una delle cose più importanti che potete fare è accertarvi di utilizzare il miglior sistema CAD disponibile per disegnare il circuito. Non deve solo includere tecnologie allo stato dell'arte per il posizionamento ed il tracciamento ma deve anche essere in grado di creare facilmente i file Gerber e gli altri file di produzione senza alcun errore anche nei formati più recenti.

Altium Designer è un software per il progetto di PCB che include già, sia lo standard Gerber RS-274-X, che il nuovo Gerber X2. Questo vi aiuterà a produrre un progetto perfetto per il produttore qualunque sia il sistema che utilizza. 

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