فایل Gerber یک تصویر برداری (Vector) از یکی از لایه‌های برد مدار چاپی است. نرم‌افزار طراحی PCB برای هر لایه یک فایل Gerber مجزا صادر می‌کند: مس لایه بالا (Top Copper)، مس لایه پایین (Bottom Copper)، تک‌تک لایه‌های داخلی، چاپ محافظ لحیم‌کاری (Solder Mask)، چاپ راهنما (Silkscreen)، شابلون خمیر قلع (Paste) و خط دوربُری برد (Board Outline). شرکت سازنده این بسته فایل را در نرم‌افزار CAM بارگذاری کرده، برد را لایه به لایه بازسازی می‌کند و از داده‌های آن جهت ساخت شابلون‌های نوری، هدایت لیزر در تصویربرداری مستقیم (LDI) و برنامه‌ریزی دستگاه‌های سوراخ‌کاری و فرزکاری استفاده می‌نماید. گربر استانداردترین فرمت تبادل اطلاعات در خطوط تولید PCB است.
ارسال صرفاً فایل‌های Gerber، سفارش تولید را کامل نمی‌کند. اطلاعات سوراخ‌کاری (Drill Data)، ساختار چینش لایه‌ها (Stackup) و مشخصات فنی ساخت در قالب فایل‌های تکمیلی ارسال می‌شوند. استخراج گربرها آخرین گام در فرآیند طراحی PCB به شمار می‌رود. در بخش‌های بعد، کاربرد عملیاتی این داده‌ها، تفاوت فرمت‌های RS-۲۷۴X و Gerber X۲، تفکیک پسوندهای رایج هر لایه، مستندات الزامی همراه پکیج گربر و روش‌های کنترل نهایی فایل‌ها پیش از ارسال بررسی شده است.
نکات کلیدی
- یک فایل Gerber تصویر دوبعدی یک لایه مجزا از PCB را تعریف می‌کند؛ بنابراین تولید یک برد کامل به مجموعه‌ای از این فایل‌ها نیاز دارد.
- فرمت Extended Gerber (RS-274X) استاندارد پایه است. فرمت Gerber X2 مشخصاتی اضافه می‌کند که نوع لایه و ماهیت هر آبجکت را برای سیستم CAM تعیین می‌سازد. فرمت قدیمی RS-274-D کاملاً منسوخ شده است و نباید استفاده شود.
- پسوند فایل‌ها در ابزارهای مختلف CAD فرق می‌کند. پسوند صرفاً یک توافق در نام‌گذاری است و ساختار فایل را تضمین نمی‌کند؛ بنابراین لایه‌ها را با نام‌های واضح مشخص کنید یا از X2 استفاده نمایید.
- فایل‌های Gerber را همراه با فایل‌های دریل NC، مشخصات stackup، نقشه ساخت و ترجیحاً نت‌لیست IPC-D-356 بفرستید. فرمت‌های ODB++ و IPC-2581 جایگزین‌هایی هستند که این داده‌ها را به صورت یکپارچه در خود دارند.
- همیشه پیش از ارسال، فایل‌های خروجی را در یک Gerber viewer باز کرده و بررسی کنید.
کاربرد فایل‌های Gerber چیست؟
فایل‌های Gerber تصویر برد را از مرحله طراحی به خط تولید انتقال می‌دهند. سازنده برد از این فایل‌ها برای موارد زیر استفاده می‌کند:
- تصویرسازی مس روی هر لایه، از طریق فوتوتول یا تصویربرداری مستقیم لیزری
- تعیین بازشوهای solder mask و چاپ راهنما (silkscreen legend)
- ایجاد روزنه‌های شابلون خمیر قلع (stencil apertures) بر اساس لایه‌های paste
- مشخص کردن خط دور برد (outline)، شیارها (slots) و برش‌ها برای روتینگ
- اجرای بررسی‌های DFM نظیر حداقل عرض خط، فاصله و annular ring
- طراحی چیدمان پنل (panelization) و برآورد هزینه تولید
واحدهای مونتاژ نیز از همین داده‌های Gerber برای طراحی استنسیل و تطبیق موقعیت پدها با فایل جای‌گذاری قطعات بهره می‌برند. ابزارهای استعلام قیمت نیز با پردازش فایل‌های Gerber، ابعاد برد، تعداد لایه‌ها و تراکم المان‌ها را استخراج می‌کنند؛ به همین دلیل، راهنمای تخمین هزینه PCB از روی Gerber بر پایه همین فایل‌ها تدوین شده است.
مقایسه RS-274X با Gerber X2: کدام فرمت فایل Gerber را باید انتخاب کرد؟
فرمت Gerber توسط Ucamco نگهداری می‌شود و مشخصات فنی آن به‌صورت رایگان در دسترس است. در عمل، سه نسخه از این فرمت اهمیت دارند:
| فرمت | وضعیت | محتوا | زمان استفاده |
|---|---|---|---|
| RS-274-D (Standard Gerber) | منسوخ‌شده | صرفاً مختصات تصویر؛ شکل‌های aperture در یک فایل چرخ (wheel file) مجزا ذخیره می‌شدند | استفاده نکنید. مفقود شدن داده‌های aperture موجب خطای تفسیر در تولید می‌شود |
| RS-274X (Extended Gerber, X1) | استاندارد پایه فعلی | تصویر به‌همراه تعاریف تعبیه‌شده aperture، واحدها و پلاریته در هر فایل | تقریباً در تمام کارخانه‌های تولید برد پذیرفته می‌شود |
| Gerber X2 | نسخه فعلی و توصیه‌شده | داده‌های RS-274X به‌همراه ویژگی‌ها (attributes): کارکرد فایل (مشخص بودن دقیق لایه)، پلاریته، و ویژگی‌های آبجکت‌ها نظیر پدها و viaها | در صورت پشتیبانی نرم‌افزار CAD اولویت دارد؛ خطاهای شناسایی لایه‌ها را کاهش می‌دهد |
| Gerber X3 | نسخه توسعه‌یافته فعلی | داده‌های X2 به‌همراه اطلاعات قطعات برای مونتاژ | زمانی کاربرد دارد که مونتاژکار توانایی خواندن آن را داشته باشد؛ هنوز همه‌گیر نشده است |
فرمت X2 با نسخه‌های قبل سازگار است (backward compatible): سیستم‌های CAM که این مشخصه‌ها را شناسایی نمی‌کنند، همچنان لایه تصویری را مانند RS-274X می‌خوانند. مزیت اصلی این است که عملکرد هر فایل درون خود آن مشخص شده است و تشخیص لایه‌ای مانند «top solder mask» به نام فایل وابسته نیست. اگر نرم‌افزار CAD شما از X2 پشتیبانی می‌کند، از همین فرمت خروجی بگیرید.
مقایسه Gerber با ODB++ و IPC-2581
فرمت Gerber تصاویر را لایه‌به‌لایه توصیف می‌کند. در مقابل، ODB++ و IPC-2581 فرمت‌های داده‌ای هوشمندی هستند که تمام اطلاعات مس، سوراخ‌کاری (drill)، stackup، netlist و قطعات را در یک ساختار منسجم بسته‌بندی می‌کنند. بیشتر تولیدکنندگان، از جمله APTPCB، هر سه فرمت را پردازش می‌کنند. Gerber بالاترین میزان سازگاری بین نرم‌افزارهای مختلف را حفظ کرده است، در حالی که ODB++ و IPC-2581 احتمال اشتباه در تطابق فایل‌ها یا جا افتادن لایه‌ها را به حداقل می‌رسانند.
پسوند فایل‌های Gerber به تفکیک لایه
نرم‌افزارهای مختلف CAD از پسوندهای متفاوتی استفاده می‌کنند. جدول زیر نمونه‌های متداول، الزامی بودن هر لایه برای یک برد صلب (rigid) استاندارد و تبعات نبود آن را نشان می‌دهد. پسوندهای درج‌شده از نام‌گذاری‌های رایج Protel/Altium و KiCad پیروی می‌کنند؛ ممکن است نام‌گذاری نرم‌افزار شما متفاوت باشد.
| لایه | پسوندهای متداول | نیاز برای ساخت؟ | در صورت عدم وجود |
|---|---|---|---|
| مس رویی (Top copper) | .GTL, -F_Cu.gbr | بله | برد قابل ساخت نیست |
| مس زیری (Bottom copper) | .GBL, -B_Cu.gbr | در بردهای ۲ لایه به بالا بله | برد قابل ساخت نیست |
| لایه‌های مس داخلی | .G1, .G2, .GP1, -In1_Cu.gbr | در بردهای چندلایه بله | لایه حذف شده یا ترتیب لایه‌ها حدس زده می‌شود |
| چاپ سبز رویی (Top solder mask) | .GTS, -F_Mask.gbr | بله، مگر بدون چاپ سبز | سازنده باید استعلام بگیرد یا تمام سطح را ماسک بزند |
| چاپ سبز زیری (Bottom solder mask) | .GBS, -B_Mask.gbr | بله، مگر بدون چاپ سبز | مشابه مورد بالا |
| چاپ راهنما رویی (Top silkscreen) | .GTO, -F_Silkscreen.gbr | اختیاری | بدون مارکاژ؛ بازرسی مونتاژ دشوارتر می‌شود |
| چاپ راهنما زیری (Bottom silkscreen) | .GBO, -B_Silkscreen.gbr | اختیاری | لایه زیرین بدون مارکاژ خواهد بود |
| شابلون خمیر قلع رویی (Top paste) | .GTP, -F_Paste.gbr | الزامی برای استنسیل SMT | مونتاژکار نمی‌تواند استنسیل برش دهد |
| شابلون خمیر قلع زیری (Bottom paste) | .GBP, -B_Paste.gbr | الزامی در صورت وجود قطعات SMT زیرین | استنسیل لایه زیر ساخته نمی‌شود |
| خط دوربُری برد (Board outline / profile) | .GKO, .GM1, -Edge_Cuts.gbr | بله | خط دوربری حدس زده شده یا کار متوقف می‌شود |
| نقشه سوراخ‌کاری (Drill drawing / map) | .GD1, .GG1 | توصیه‌شده | علائم و جدول سوراخ‌کاری تطبیق داده نمی‌شوند |
| مته NC (غیر از Gerber) | .DRL, .TXT, .XLN | بله | بدون سوراخ‌کاری؛ سفارش متوقف می‌شود |
دو نکته فنی:
- پسوندها صرفاً یک قرارداد نام‌گذاری هستند. فایل‌های «.GBR» با نام‌های عمومی، مهندس CAM را وادار می‌کنند تک‌تک لایه‌ها را با بررسی چشمی شناسایی کند. استفاده از اتریبیوت‌های فایلی در Gerber X2 یا درج یک فایل راهنمای readme شفاف مانع از بروز این خطا می‌شود.
- داده‌های سوراخ‌کاری معمولاً فرمت Gerber ندارند. اغلب نرم‌افزارهای CAD اطلاعات سوراخ‌ها را در قالب فایل‌های Excellon NC drill و معمولاً در دو فایل مجزا برای سوراخ‌های متالیزه (plated) و غیرمتالیزه (non-plated) خروجی می‌دهند. فرمت Gerber X2 می‌تواند داده‌های سوراخ‌کاری را نیز در خود جای دهد، اما فرمت مورد تایید کارخانه سازنده را بررسی کنید.
مدارک ارسالی به همراه فایل‌های Gerber
فایل‌های Gerber صرفاً لایه‌های گرافیکی برد را مشخص می‌کنند، نه مشخصات فیزیکی ساخت را. این فایل‌ها را همراه با پکیج Gerber ارسال کنید تا سازنده بدون ابهام کار را پیش ببرد:
- فایل‌های سوراخ‌کاری NC (فرمت Excellon)، با تفکیک سوراخ‌های متالیزه و غیرمتالیزه، همگام با واحد اندازه‌گیری و فرمت عددی فایل‌های Gerber
- ساختار لایه‌ها یا stackup، شامل ضخامت مس، ضخامت دی‌الکتریک، جنس متریال و ضخامت نهایی برد (برای موارد تکمیلی، راهنمای مستندسازی stackup را ببینید)
- نقشه ساخت (Fabrication drawing) با ابعاد و تلرانس‌ها، جنس متریال و Tg، پوشش نهایی سطح، رنگ ماسک و چاپ راهنما، جدول امپدانس و کلاس پذیرش IPC
- نت‌لیست IPC-D-356، جهت تطبیق تست الکتریکی با منطق طراحی
- فایل Readme یا مانیفست شامل فهرست تک‌تک فایل‌ها، لایه مربوطه و نسخه ویرایش
برای مونتاژ، فایل BOM، فایل centroid یا مختصات قطعات و نقشه مونتاژ را ضمیمه کنید. جزئیات تجاری مورد نیاز برای پیش‌فاکتور در چک‌لیست استعلام قیمت PCB آمده است.
چک‌لیست بارگذاری فایل‌ها
- تمام لایه‌های مس، هر دو لایه چاپ ماسک، لایه‌های شابلون استنسیل، چاپ راهنما و لایه ابعاد نهایی (outline) آماده است
- ترتیب چینش لایه‌ها برای بردهای چندلایه به‌صورت مکتوب مشخص شده است
- فایل‌های سوراخ‌کاری درون پکیج قرار دارد و دقیقاً روی پدهای مسی هم‌پوشانی دارد
- همه فایل‌ها از واحد اندازه‌گیری یکسان و نسخه طراحی مشترک خروجی گرفته شده‌اند
- خط دوربُری (outline) یک شکل هندسی کاملاً بسته روی لایه مجزای خود است
- فایل‌ها همراه با جدول stackup، نقشه ساخت و فایل readme به‌صورت فشرده (zip) بسته‌بندی شده‌اند
نحوه بررسی فایل‌های Gerber پیش از ارسال
خروجی گرفتن مرحله پایانی نیست. فایل‌ها را در یک Gerber viewer باز کنید و آن‌ها را دقیقاً مطابق با ارزیابی کارخانه بسنجید:
۱. تعداد لایه‌ها را بشمارید. مطمئن شوید تمام لایه‌های مورد نیاز حاضر هستند و هیچ لایه‌ای دو بار تکرار نشده است. ۲. لایه‌های مس و سوراخ‌کاری (Drill) را روی هم بیندازید. هر via و سوراخ through hole باید دقیقاً در مرکز پد بنشیند. انحراف سوراخ‌ها معمولاً نشان‌دهنده ناهماهنگی در واحد اندازه‌گیری یا نقطه مبدا مختصات است. ۳. بازشوهای solder mask را بررسی کنید. پدها باید بازشو داشته باشند؛ در مقابل، viaهایی که باید tented شوند نباید بازشویی داشته باشند. ۴. خط دوربُرد (Outline) را ارزیابی کنید. این مسیر باید کاملاً بسته باشد و شیارها (slots) و برش‌های داخلی (cutouts) طبق نقشه ترسیم شده باشند. ۵. چاپ راهنما (silkscreen) را بررسی کنید. متن‌ها و خطوط راهنما نباید روی پدها قرار بگیرند و نوشته‌ها باید کاملاً خوانا باشند. ۶. پلاریته لایه‌های plane را بازبینی کنید. در صورت استفاده از لایه‌های negative plane، فاصله‌های ایمن (clearance) باید درست نمایش داده شوند. ۷. طرح را با برد اصلی در محیط CAD مقایسه کنید. به دنبال بخش‌های ریخته‌نشده مس (copper pour)، پدهای ترسیم‌نشده، یا المان‌هایی با ابعاد خروجی نادرست بگردید.
نمایشگر آنلاین Gerber فایل فشرده مجموعه Gerber را در مرورگر بارگذاری می‌کند تا بتوانید این بازبینی‌ها را پیش از بارگذاری نهایی انجام دهید.
تبدیل گربر به PCB: پس از آپلود فایل‌ها چه مراحلی طی می‌شود؟
به‌محض دریافت فایل‌ها، تیم CAM سازنده داده‌ها را درون نرم‌افزار بارگذاری کرده، تک‌تک لایه‌ها را تفکیک می‌کند و آن‌ها را با نقشه ساخت و stackup تطبیق می‌دهد. سپس با اجرای بررسی‌های DFM، پارامترهای خارج از محدوده مجاز فرایند تولید (process window) شناسایی می‌شوند. در صورت بروز هرگونه ابهام یا مغایرت، پیش از شروع تولید یک استعلام مهندسی (Engineering Query) برای شما ارسال خواهد شد. پس از تایید نهایی، داده‌های CAM پنل‌بندی (panelized) شده و برای مراحل تصویرنگاری، حفاری، پرس لایه‌ها (lamination)، آبکاری، اچینگ، چاپ ماسک، پوشش نهایی، برش نهایی (routing)، تست الکتریکی و بازرسی نهایی به خط تولید هدایت می‌شوند. صفحه فرایند تولید PCB تک‌تک این مراحل را به‌تفصیل شرح می‌دهد.
ارائه فایل‌های گربر شفاف و کامل، این مرحله را به‌میزان چشمگیری کوتاه می‌کند. نام‌گذاری اشتباه لایه‌ها، نبود فایل‌های دریل و وجود مغایرت در نسخه‌های ارسالی (revisions) از رایج‌ترین دلایل توقف سفارش و رفتن به وضعیت انتظار (on-hold) به شمار می‌روند.
چرا فایل‌های Gerber خود را به APTPCB ارسال کنید؟
APTPCB داده‌های RS-۲۷۴X و Gerber X۲ را به همراه فایل‌های مته‌کاری مجزای Excellon NC و همچنین ODB++ و IPC-۲۵۸۱ می‌پذیرد. در سفارش‌های PCB تحویل سریع، فرایند بررسی CAM پیش از آغاز ساخت، لایه‌ها، انطباق سوراخ‌کاری، ابعاد کانتور و یادداشت‌های ساخت را با نوع برد تطبیق می‌دهد. در صورت کسری یا ابهام در اطلاعات، به‌جای اتکا به فرضیات نامشخص، سؤالی دقیق و صریح برایتان ارسال می‌شود.
استانداردها و مراجع مرتبط شامل موارد زیر است:
- مستندات مشخصات فرمت لایه Gerber (شرکت Ucamco)
- IPC-۲۵۸۱: الزامات عمومی داده‌های توصیف ساخت محصولات مونتاژ برد چاپی
- IPC-D-۳۵۶: فرمت داده‌های تست الکتریکی برد خام
- IPC-۲۲۲۱: استاندارد عمومی طراحی برد چاپی
سوالات متداول
فایل گربر در طراحی PCB چیست؟
فایل گربر (Gerber) یک فایل تصویر برداری (وکتور) است که مشخصات یکی از لایه‌های PCB مانند مس لایه رو (top copper)، پوشش محافظ قلع‌اندود (solder mask) یا چاپ راهنما (silkscreen) را تعریف می‌کند. خروجی کامل فایل‌های گربر به همراه داده‌های سوراخ‌کاری (drill)، اطلاعات لازم جهت ساخت دقیق برد را در اختیار کارخانه تولیدکننده قرار می‌دهد.
تفاوت بین RS-274X و Gerber X2 چیست؟
فرمت RS-274X (نسخه پیشرفته گربر) شامل تصویر لایه‌ها و تعاریف دیافراگم (aperture definitions) است. فرمت Gerber X2 ویژگی‌ها و فراداده‌هایی اضافه می‌کند که وظیفه دقیق هر فایل و ماهیت المان‌هایی مثل پدها (pads) و ویاها (vias) را تعیین می‌سازد. فرمت X2 با نسخه‌های پیشین سازگار است و خطاهای ناشی از شناسایی نادرست لایه‌ها را کاهش می‌دهد.
آیا فایل‌های گربر شامل اطلاعات سوراخ‌کاری هستند؟
معمولاً خیر. اکثر نرم‌افزارهای CAD داده‌های سوراخ‌کاری را در قالب فایل‌های مجزای مته‌کاری Excellon NC خروجی می‌گیرند که غالباً به دو بخش سوراخ‌های متالیزه (plated) و غیرمتالیزه (non-plated) تقسیم می‌شوند. فرمت Gerber X2 امکان انتقال داده‌های سوراخ‌کاری را دارد، اما نوع فرمت مورد تایید سازنده را استعلام کنید و همیشه فایل‌های مته‌کاری را در بسته ارسالی قرار دهید.
پسوندهای رایج فایل گربر کدامند؟
پسوندهای متداول عبارتند از: .GTL و .GBL برای لایه‌های مس رو و زیر، .GTS و .GBS برای solder mask، .GTO و .GBO برای silkscreen، .GTP و .GBP برای شابلون خمیر قلع (paste)، و .GKO یا .GM1 برای لایه برش دور برد (outline). این پسوندها در نرم‌افزارهای مختلف CAD تفاوت دارند؛ بنابراین صحت لایه‌ها را با ارسال فایل راهنما (readme) یا بهره‌گیری از ویژگی‌های داخلی Gerber X2 مشخص سازید.
چگونه یک فایل گربر را باز کنیم؟
برای این کار از یک برنامه مشاهده گربر (Gerber viewer) استفاده کنید. نرم‌افزارهای رایگان دسکتاپ و ابزارهای آنلاین مبتنی بر مرورگر، پوشه فشرده (zip) گربر را لود کرده، تک‌تک لایه‌ها را نمایش می‌دهند و امکان انطباق فایل‌های سوراخ‌کاری را فراهم می‌سازند تا پیش از ثبت سفارش ساخت، هم‌راستایی لایه‌ها بررسی شود.
آیا ODB++ از Gerber بهتر است؟
فرمت‌های ODB++ و IPC-2581 اطلاعات لایه‌ها، مته‌کاری، stackup و لیست اتصالات (netlist) را در یک ساختار منسجم ذخیره می‌کنند که ریسک جا افتادن یا عدم تطابق فایل‌ها را به حداقل می‌رساند. فرمت گربر کاربرد عمومی‌تر و فراگیرتری دارد. در صورت کامل و بی‌نقص بودن اطلاعات پکیج، هر دو فرمت به طور دقیق قابل پیاده‌سازی هستند.
پکیج کامل Gerber یعنی استعلام قیمت سریع‌تر
فایل‌های Gerber شکل هر لایه را برای کارخانه مشخص می‌کنند؛ فایل‌های مته‌کاری (drill)، ساختار stackup، نقشه‌های فنی و netlist نیز نحوه ساخت برد را تعیین می‌کنند. خروجی را در قالب RS-۲۷۴X یا Gerber X۲ بگیرید، مجموعه فایل‌ها را در یک viewer بازبینی کنید و آن‌ها را همراه با مستندات پشتیبان بفرستید تا تیم بررسی مهندسی بدون هیچ ابهامی کار را پیش ببرد.