ملف Gerber هو صورة متجهية (vector image) لطبقة واحدة من طبقات لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يُصدّر برنامج تصميم الـ PCB ملف Gerber منفصلاً لكل طبقة: النحاس العلوي، والنحاس السفلي، وكل طبقة داخلية، وقناع اللحام (solder mask)، وطبقة الحرير (silkscreen)، ومعجون اللحام (paste)، ومخطط أبعاد اللوحة (board outline). يقوم المصنّع بتحميل هذه المجموعة داخل برمجيات CAM لإعادة بناء اللوحة طبقة تلو الأخرى، ثم يعتمد عليها في إنتاج أدوات التصوير الضوئي، وتوجيه أنظمة التصوير المباشر بالليزر، والتخطيط لعمليات الحفر والتفريز الميكانيكي (routing). يُعد Gerber التنسيق القياسي الأكثر انتشاراً لبيانات تصنيع الـ PCB.
لا تشكّل ملفات Gerber وحدها حزمة تصنيع كاملة؛ إذ تتطلب عملية الإنتاج إرسال بيانات الثقب (drill data)، ومخطط ترتيب الطبقات (stackup)، والمواصفات الفنية للتصنيع في ملفات مستقلة. يمثّل تصدير ملفات Gerber المرحلة الختامية ضمن خطوات تصميم الـ PCB. تشمل الجوانب الأساسية هنا استخدامات هذه الملفات، والفرق بين تنسيقي RS-274X و Gerber X2، والامتدادات المعتمدة لكل طبقة، والمستندات التقنية الواجب إرفاقها معها، بالإضافة إلى آليات تدقيق البيانات قبل رفعها للتنفيذ.
النقاط الأساسية
- يصف ملف Gerber صورة ثنائية الأبعاد لطبقة واحدة من لوحة PCB، ويتطلب تصنيع اللوحة بالكامل حزمة متكاملة من هذه الملفات.
- يُعد Extended Gerber (RS-274X) التنسيق القياسي المعتمد؛ بينما يضيف Gerber X2 سمات تعرّف نظام CAM بطبيعة كل ملف وعنصر، أما تنسيق RS-274-D القديم فبات مهجوراً ولا يجوز استخدامه.
- تختلف امتدادات الملفات باختلاف برنامج CAD المستخدم، فالامتداد مجرد اصطلاح تسمية وليس معياراً مؤكداً، لذا احرص على تسمية الطبقات بوضوح أو اعتمد Gerber X2.
- أرسل ملفات Gerber مرفقة بملفات الثقب NC، ومخطط stackup، ورسم التصنيع (fabrication drawing)، ويُفضل تضمين قائمة شبكات IPC-D-356 netlist. وتوفر تنسيقات مثل ODB++ وIPC-2581 بدائل تجمع هذه البيانات في حزمة واحدة.
- عاين دائماً الملفات المُصدَّرة عبر برنامج لعرض ملفات Gerber قبل إرسالها للتصنيع.
فيمَ تُستخدم ملفات Gerber؟
تنقل ملفات Gerber البنية الصورية لطبقات اللوحة من بيئة التصميم إلى خط الإنتاج. وتُستخدم لدى مصنّع اللوحات في:
- تشكيل مسارات النحاس على كل طبقة، سواءً عبر الأفلام الضوئية (phototools) أو التصوير المباشر بالليزر
- تحديد فتحات قناع اللحام (solder mask) ونصوص الطباعة الحريرية (silkscreen)
- إنشاء فتحات شابلونة معجون اللحام (stencil) بالاعتماد على طبقات المعجون
- تحديد الإطار الخارجي للوحة، والشقوق الميكانيكية، والتفريغات لعمليات التوجيه والتفريز (routing)
- تنفيذ فحوصات التصنيعية (DFM)، مثل التحقق من الحد الأدنى لعرض المسار، والمسافات الفاصلة، والـ annular ring
- تخطيط تجميع الألواح في مصفوفات (panelization) وإعداد عروض الأسعار
تعتمد مصانع التجميع على بيانات Gerber نفسها لتصميم شابلونات اللحام والتحقق من مواقع وسادات التوصيل ومطابقتها مع ملف التموضع. كما تقرأ برامج التسعير ملفات Gerber لتقدير مساحة اللوحة، وعدد الطبقات، وكثافة العناصر الميكانيكية والإلكترونية، ولهذا يعتمد دليل تقدير تكلفة PCB من ملفات Gerber على هذه الملفات كنقطة انطلاق أساسية.
RS-274X مقابل Gerber X2: أي تنسيقات ملفات Gerber للـ PCB يجب اعتمادها؟
تتولى شركة Ucamco صيانة تنسيق Gerber وتطويره ونشره كمواصفة مجانية. عملياً، توجد ثلاثة إصدارات أساسية في واقع التصنيع.
| التنسيق | الحالة | المحتوى | متى يُستخدم |
|---|---|---|---|
| RS-274-D (Standard Gerber) | مهجور ومتقادم | إحداثيات الرسم فقط؛ وتُحفظ أشكال الفتحات (apertures) في ملف منفصل (wheel file) | تجنب استخدامه؛ غياب بيانات الفتحات المدمجة يسبب أخطاء تفسير أثناء معالجة البيانات |
| RS-274X (Extended Gerber, X1) | المعيار الأساسي الحالي | بيانات الرسم مدمج بها تعريفات الفتحات والوحدات والقطبية داخل كل ملف | مقبول ومدعوم لدى جميع مصنّعي الألواح تقريباً |
| Gerber X2 | حديث وموصى به | يتضمن RS-274X مع سمات إضافية: وظيفة الملف (تحديد الطبقة بدقة)، والقطبية، والقطع، وسمات العناصر مثل الـ pads والـ vias | الخيار الأفضل عند دعمه من برنامج الـ CAD؛ يحد تماماً من أخطاء تحديد الطبقات |
| Gerber X3 | امتداد حديث | مواصفات X2 مضافاً إليها بيانات المكونات الموجهة للتجميع (assembly) | مفيد عندما يدعمه مُجمّع اللوحات؛ لم يبلغ مرحلة الانتشار الشامل بعد |
يتميز Gerber X2 بالتوافق العكسي (backward compatibility)؛ فنظام الـ CAM الذي لا يدعم قراءة السمات الإضافية سيتعامل مع الرسم كملف RS-274X قياسي. وتكمن الميزة الأساسية في تصريح كل ملف بوظيفته ذاتياً، فلا يعتمد التحقق من كون الملف يمثل "طبقة الـ solder mask العلوية" على تخمين اسم الملف. متى ما أتاح برنامج التصميم تصدير ملفات X2، اعتمدها مباشرة.
مقارنة Gerber مع ODB++ وIPC-2581
يعتمد Gerber على تمثيل التصميم كرسومات طبقة تلو الأخرى. في المقابل، يمثل كل من ODB++ وIPC-2581 نسق بيانات ذكي يدمج طبقات النحاس، وبيانات التثقيب (drill)، والـ stackup، وقائمة التوصيلات (netlist)، ومعلومات المكونات داخل بنية ملفات موحدة. يقبل أغلب المصنّعين—بمن فيهم APTPCB—هذه التنسيقات الثلاثة. يظل Gerber الخيار الأكثر مرونة وتوافقاً بين مختلف المنصات، بينما يضمن ODB++ وIPC-2581 تقليل احتمالات فقدان الملفات أو تضاربها أثناء الإعداد للتصنيع.
امتدادات ملفات Gerber حسب الطبقة
تختلف امتدادات الملفات باختلاف برامج CAD. يوضح الجدول التالي أمثلة شائعة، ومدى الحاجة إلى كل طبقة للألواح الصلبة النموذجية، وما يترتب على غيابها. تتبع الامتدادات المعروضة تسميات Protel/Altium وKiCad الشائعة؛ وقد تختلف وفقاً للبرنامج المستخدم.
| الطبقة | الامتدادات الشائعة | ضرورية للتصنيع؟ | في حال غيابها |
|---|---|---|---|
| النحاس العلوي (Top copper) | .GTL, -F_Cu.gbr | نعم | يتعذر تصنيع اللوح |
| النحاس السفلي (Bottom copper) | .GBL, -B_Cu.gbr | نعم، للألواح ذات طبقتين (٢+) فأكثر | يتعذر تصنيع اللوح |
| طبقات النحاس الداخلية (Inner copper) | .G1, .G2, .GP1, -In1_Cu.gbr | نعم، للألواح متعددة الطبقات | نقص في الطبقات أو تخمين ترتيبها |
| قناع اللحام العلوي (Top solder mask) | .GTS, -F_Mask.gbr | نعم، ما لم يُطلب لوح بدون قناع | يضطر المصنع للاستفسار، أو يطبق القناع على كامل السطح |
| قناع اللحام السفلي (Bottom solder mask) | .GBS, -B_Mask.gbr | نعم، ما لم يُطلب لوح بدون قناع | نفس الإجراء أعلاه |
| طباعة الحرير العلوية (Top silkscreen) | .GTO, -F_Silkscreen.gbr | اختياري | غياب التسميات؛ تزداد صعوبة فحص التجميع |
| طباعة الحرير السفلية (Bottom silkscreen) | .GBO, -B_Silkscreen.gbr | اختياري | غياب التسميات من الجهة السفلية |
| معجون اللحام العلوي (Top paste) | .GTP, -F_Paste.gbr | ضروري لإعداد استنسل SMT | يتعذر على جهة التجميع تفريغ الاستنسل |
| معجون اللحام السفلي (Bottom paste) | .GBP, -B_Paste.gbr | ضروري عند وجود عناصر SMT سفلية | تعذر تجهيز استنسل سفلي |
| حدود اللوح / المخطط الخارجي | .GKO, .GM1, -Edge_Cuts.gbr | نعم | تخمين أبعاد اللوح أو إيقاف أمر التشغيل مؤقتاً |
| مخطط الثقوب (Drill drawing) | .GD1, .GG1 | موصى به | تعذر التحقق المتقاطع من رموز ومواقع الثقوب |
| ملف الثقب NC (ليس Gerber) | .DRL, .TXT, .XLN | نعم | غياب الثقوب؛ إيقاف أمر التشغيل |
تنبيهان:
- الامتدادات مجرد أعراف اصطلاحية. تؤدي تسمية ملفات ".GBR" بأسماء عامة إلى إجبار مهندس CAM على فحص كل طبقة يدوياً لتحديد نوعها. استخدام سمات ملفات Gerber X2 أو إرفاق ملف إرشادي (readme) يمنع هذا الالتباس.
- بيانات الثقوب لا تأتي عادةً بنسق Gerber. تصدّر غالبية أدوات CAD بيانات الثقوب كملفات Excellon NC drill، وغالباً ما تُفصل في ملفات مستقلة للثقوب المطلية وغير المطلية. يتيح نسق Gerber X2 تضمين بيانات الثقب، لكن تحقق دائماً من التنسيق الذي يطلبه المصنّع.
الملفات المطلوب إرسالها مع ملفات Gerber
تصف حزمة ملفات Gerber الأنماط الصورية للطبقات، ولا توضح بنية التصنيع نفسها. أرسل الملفات التالية معها لتجنب أي اجتهاد أو تخمين من جانب جهة التصنيع:
- ملفات حفر NC (بصيغة Excellon)، مع فصل الثقوب المطلية (plated) عن غير المطلية (non-plated)، وتطابق وحدات القياس وتنسيق الأرقام مع ملفات Gerber
- توصيف تتابع الطبقات (stackup) أو ترتيب الطبقات، بما يشمل أوزان النحاس، وسماكات العازل، والمواد المستخدمة، وسماكة اللوح النهائية (يوضح دليل توثيق الـ stackup تفاصيل ذلك)
- مخطط التصنيع (Fabrication drawing) شاملاً الأبعاد والتفاوتات المسموحة، ونوع المادة ودرجة Tg، والإنهاء السطحي (surface finish)، وألوان قناع اللحام والطباعة الحريرية، وجدول المعاوقة (impedance)، وفئة القبول وفق معايير IPC
- قائمة التوصيلات IPC-D-356 netlist، لمقارنة نتائج الاختبارات الكهربائية مع المخطط الأصلي للتصميم
- ملف Readme أو بيان محتويات (manifest) يسرد كل ملف، والطبقة المقابلة له، ورقم مراجعة التصميم
لعمليات التجميع، أضف قائمة المواد BOM، وملف الإحداثيات (centroid / pick-and-place)، ومخطط التجميع. توضح قائمة مراجعة طلب عروض أسعار PCB (RFQ) التفاصيل التجارية الواجب إدراجها أيضاً في طلب عرض السعر.
قائمة التحقق قبل الرفع
- اكتمال جميع طبقات النحاس، وطبقتي قناع اللحام، وطبقات معجون اللحام، والطباعة الحريرية، وحدود اللوح (outline)
- تحديد ترتيب الطبقات للألواح متعددة الطبقات بوضوح
- إدراج ملفات الحفر ومطابقتها بدقة مع وسادات النحاس (pads)
- اعتماد وحدة قياس موحدة لكافة الملفات واستخراجها بالكامل من مراجعة التصميم نفسها
- رسم حدود اللوح كمسار هندسي مغلق ومستقل على طبقته الخاصة
- ضغط كافة الملفات داخل أرشيف ZIP واحد يتضمن الـ stackup، والرسم الهندسي، وملف readme
كيفية فحص ملفات Gerber قبل إرسالها
لا تنتهي المهمة بمجرد تصدير الملفات؛ افتح المخرجات عبر عارض ملفات Gerber وافحصها بنفس الطريقة التي يتبعها المصنع:
١. عدّ الطبقات: تأكد من اكتمال كافة الطبقات المطلوبة وعدم تكرار أي طبقة. ٢. مطابقة النحاس مع ملفات الثقب (Drill): يجب أن تتمركز كل عبرة (via) وثقب نافذ في منتصف الوسادة التلامسية الخاصة به تماماً؛ يشير انزياح الثقوب عادةً إلى اختلاف في وحدات القياس أو نقطة الأصل (origin). ٣. فحص فتحات قناع اللحام (solder mask): يجب وجود فتحات مخصصة للوسادات، في حين تظل العبرات المطلوب تغطيتها (tented vias) خالية من الفتحات. ٤. معاينة الإطار الخارجي (Outline): تأكد من أن مسار الحدود مغلق تماماً، مع رسم الفتحات الطولية (slots) والتفريغات الداخلية كما ينبغي. ٥. فحص طبقة الطباعة الحريرية (Silkscreen): يجب ألا تعلو الكتابات والرموز فوق وسادات اللحام، مع التأكد من سهولة قراءة النصوص. ٦. التحقق من قطبية المستويات (Planes): تأكد من ظهور خلوص العزل كما هو متوقع في حال استخدام طبقات مستويات سالبة (negative planes). ٧. المطابقة مع تصميم اللوحة في برنامج CAD: ابحث عن أي مساحات صب نحاسي (pours) مفقودة، أو وسادات لم تُصدّر بدقة، أو عناصر ظهرت بمقاسات غير صحيحة بعد التصدير.
يتيح عارض Gerber عبر الإنترنت تحميل حزمة ملفات Gerber المضغوطة مباشرة داخل المتصفح لإجراء هذه الفحوصات قبل رفعها للتصنيع.
من ملفات Gerber إلى لوحة PCB: ماذا يحدث بعد رفع الملفات؟
بمجرد استلام الملفات، يستوردها فريق الـ CAM لدى المصنّع، ويحدد بنية كل طبقة، ثم يطابق البيانات الفنية مع الرسم التصنيعي و الـ stackup. تُجري أنظمة الفحص بعد ذلك تدقيق DFM لرصد أي تفاصيل تتجاوز حدود إمكانيات خط الإنتاج (process window). وفي حال وجود أي غموض أو تعارض، يُرسل إليك استفسار هندسي (engineering query) للبت فيه قبل بدء التصنيع. بعد اعتماد البيانات، تُوزع التصاميم على ألواح الإنتاج (panelization) وتُحال للتنفيذ عبر مراحل التصوير الضوئي، والحفر، والكبس، والترسيب، والحفر الكيميائي، وتطبيق قناع اللحام، والتشطيب السطحي، والتفريز، وصولاً إلى الاختبار الكهربائي والفحص النهائي. تفصّل صفحة عملية تصنيع PCB كل خطوة من هذه الخطوات.
تجهيز ملفات Gerber بدقة واكتمال يختصر هذه المرحلة بشكل ملموس؛ إذ يظل الخلط في تسمية الطبقات، وفقدان ملفات الثقب (drill files)، وتضارب أرقام الإصدارات بين الوثائق، من أكثر الأسباب التي تؤدي إلى تعليق أمر التصنيع.
لماذا ترسل ملفات Gerber إلى APTPCB؟
تستقبل APTPCB بيانات بصيغتي RS-٢٧٤X و Gerber X٢ مع ملفات حفر Excellon NC منفصلة، بالإضافة إلى ODB++ و IPC-٢٥٨١. بالنسبة لطلبات quick turn PCB، تفحص مراجعة CAM طبقات التصميم ومحاذاة الثقوب والإطار الخارجي وملاحظات التصنيع مقارنة بنوع اللوحة قبل بدء التصنيع. وعند وجود أي نقص أو غموض، تتلقى استفساراً محدداً بدلاً من اتخاذ افتراضات غير معلنة.
تشمل المعايير والمراجع ذات الصلة ما يلي:
- مواصفات تنسيق طبقات Gerber (Ucamco)
- IPC-٢٥٨١: المتطلبات العامة لبيانات وصف تصنيع منتجات تجميع اللوحات المطبوعة
- IPC-D-٣٥٦: تنسيق بيانات الاختبار الكهربائي للوحات غير المجمعة (bare board)
- IPC-٢٢٢١: المعيار العام لتصميم اللوحات المطبوعة
الأسئلة الشائعة
ما هو ملف Gerber في تصميم PCB؟
ملف Gerber هو ملف صور متجهة (Vector) يصف طبقة مفردة من لوح PCB، مثل النحاس العلوي (top copper)، أو قناع اللحام (solder mask)، أو طبقة الطباعة الحريرية (silkscreen). تتيح الحزمة الكاملة من ملفات Gerber مع بيانات التثقيب للمُصنّع إعادة إنتاج تصميم اللوح بدقة لأغراض التصنيع.
ما الفرق بين RS-٢٧٤X وGerber X٢؟
يحتوي تنسيق RS-٢٧٤X (المعروف بـ Extended Gerber) على صورة الطبقة وتعريفات الفتحات (apertures). بينما يضيف Gerber X٢ سمات وبيانات وصفية تُحدد وظيفة كل ملف والغرض من العناصر التصميمية مثل وسادات اللحام (pads) وعبرات التوصيل (vias). يتوافق X٢ بالكامل مع الإصدارات السابقة ويحد من أخطاء تحديد الطبقات.
هل تتضمن ملفات Gerber فتحات التثقيب؟
في الغالب لا. تُصدر معظم برامج CAD فتحات التثقيب كملفات ثقب Excellon NC منفصلة، وغالبًا ما تُقسّم إلى ثقوب مطلية وأخرى غير مطلية. يستطيع تنسيق Gerber X٢ تضمين بيانات التثقيب، لكن يجب التحقق من الصيغة التي يطلبها المُصنّع وإرفاق ملفات الثقب دائمًا.
ما هي امتدادات ملفات Gerber الشائعة؟
تشمل الأمثلة الشائعة .GTL و.GBL للنحاس العلوي والسفلي، و.GTS و.GBS لقناع اللحام (solder mask)، و.GTO و.GBO للطباعة الحريرية (silkscreen)، و.GTP و.GBP لمعجون اللحام (solder paste)، و.GKO أو .GM١ للإطار الخارجي (outline). تختلف هذه الامتدادات بحسب برنامج CAD المستخدم، لذا يجب الاعتماد على ملف توضيحي (readme) أو سمات Gerber X٢ لتأكيد وظيفة كل طبقة.
كيف يمكن فتح ملف Gerber؟
استخدم برنامج عارض Gerber (Gerber viewer). تتيح البرامج المجانية المخصصة لسطح المكتب وعارضات المتصفح تحميل حزمة Gerber المضغوطة، وعرض كل طبقة على حدة، ومطابقة ملفات التثقيب فوق الطبقات للتحقق من دقة المحاذاة قبل إرسال الملفات إلى المصنّع.
هل تنسيق ODB++ أفضل من Gerber؟
يجمع كل من ODB++ وIPC-2581 بيانات الطبقات، والتثقيب، وتتابع الطبقات (stackup)، وقائمة التوصيلات (netlist) داخل حزمة موحدة ومنظمة، مما يقلل من احتمالية فقدان الملفات أو تعارضها. في المقابل، يُعد Gerber التنسيق الأكثر شمولًا وقبولًا بين المصانع. كلا التنسيقين يؤدي الغرض بكفاءة عند اكتمال الحزمة وتناسق بياناتها.
حزمة Gerber المكتملة تعني تسعيرًا أسرع
تحدد ملفات Gerber للمُصنِّع شكل كل طبقة، بينما توضح ملفات الحفر والـ stackup ومخطط التصنيع وقائمة الـ netlist كيفية بناء اللوحة. صدِّر الملفات بصيغة RS-274X أو Gerber X2، وتأكد من فحص المجموعة عبر برنامج معاينة، ثم أرسلها كاملة مع تلك الملفات الداعمة؛ وحينها تكتمل بيانات المراجعة الهندسية دون ترك أي مجال للتخمين.