File Gerber : come vengono utilizzati dal vostro fornitore di PCB ?

Prima dell’arrivo dei file Gerber, non c’erano delle direttive e una matodologia standard da seguire per la produzione dei circuiti stampati. I documenti contenenti le specifiche del PCB seguivano un contenuto spesso diversificato.
I formati grafici, testuali, descrittivi, bitmaps e vettoriali descivevano e rappresentavano bene il progetto finale ma spesso, delle incompatibilità riguardanti le unità di misura,le dimensioni, il prosizionamento e molto ancora si presentavano. Si crevano continuamente fraintendimenti fra i clienti e produttori. Con l’opzione del fomato Gerber, finalemente, si é raggiunto l’obiettivo di una compatibilità universale fra i progettisti e i produttori. Grazie a questo nuovo formato, i produttori possono lavorare più serenamente con un formato totalemente indipendente dal programma CAE/CAO utilizzato.

Il formato Gerber

Il formato Gebrer non identifica un solo documento a sé stante ma costituisce la norma per la produzione dei circuiti stampati. I diversi files, esportati alla fine del progetto, contengono delle descirzioni dettagliate delle connessioni elettriche, delle piste, delle vias et dei pads. Sono dei documenti vettoriali costituiti diaun insieme di comandi che generano un flusso oggettivo grafico. Comprendono inoltre le istruzioni per la foratura del pcb. Ai giorni nostri, le società che producono i circuiti stampati non chiederanno altro al cliente se non questo tipo di documentazione, i file Gerber. I programmi di concezione elettronica più importanti contengono e offrono la possibilità d’esportare l’insieme del lavoro da svolgere in un solo formato. Di conseguenza, disporre di queste informazioni é la prima cosa che un progettista elettronico deve ottenere dal suo programma CAE. Attauelmente, il formato utilizzato é RS-6274X. E’ una versione estremamente potente poiché comprende, nello stesso documento:

• I parametri di configurazione;
• Le aperture;
• Le coordinate x,y;
• I comandi Draw & Flash.

Nelle versioni più datate, la maggior parte del lavoro doveva essere effettuato manualmente, con una forte probabilità d’errore. Il formato del file Gerber é molto semplice e attuale ( ASCII), visibile da qualsiasi lettore di testo. Il suo contenuto é eveidentemente un po’ più complicato e a tratti fastidioso da interpretare ma il processo di codaggio é destinato ad un programma apposito di lettura. Il problema, dunque, non si pone affatto. Il formato Gerber X2 é diventato recentemente sempre più popolare, ancora più ricco d’informazioni. I file da inviare alle società di produzione devono includere gli elementi seguenti:

• Assemblaggio lato TOP;
• Serigrafia lato TOP;
• Solder TOP;
• File di Serigrafia ( stencil) lato TOP;
• Rame Lato TOP ( noto anche come TOP Copper) ;
• Rame Lato BOTTOM ( noto anche coma BOTTOM Copper) ;
• File di serigrafia ( stencil) lato Bottom;
• Solder lato BOTTOM;
• Serigrafia lato BOTTOM;
• Assemblaggio lato BOTTOM;
• Contorno della carta ( Outline);
• Dimensioni della carta.

Evidentemente, se certe informazioninon sono disponibili ( per esempio se il progettista decide di creare un PCB semplice senza Solder MASK), certi files non devono essere generati anche se certe aziende li richiedono. Un circuito elettrico puo’ essere ugualmente integrato ai file Gerber.

Esempio di un schema d’assemblaggio

La figura 1 mostra lo schema d’assemblaggio di un amplificatore a transistor insieme allo schema d’assemblaggio in 3D.
E’ una realizzazione semplice con dei componenti passivi di cui alcuni sicuramente in SMT. Il progetto comprende gli strati che seguono che contengono degli elementi, dei testi dei grafici, dei componenti etc

• Top Silk: contiene il testo, etichette, motivi, dimensioni e riferimenti dei componenti elettronici, sulla faccia superiore;
• Top Mask: si tratta dello stencil o maschera di sudura
• Top Paste: generalemente utulizzato per le pasticche in SMT
• Top ( signal) : contiene le piste in rame della faccia superiore
• Board Cutout: definisce la forma fisisica del contorno del PCB. E’ ugualemente utilizzato per creare la forma 3D del circuito stampato.

Dal momento che il circuito é stato concepito per essere costruito solo sulla faccia superiore, gli strati << bottom>> non saranno presenti.

Figura 1: Schema elettrico di un amplificatore a transistor e il suo assemblaggio.

Serigrafia parte TOP

Il contenuto di questo paragrafo vale ugualmente per la‘’ Serigrafia Bottom’’. Come menzionato precedentemente, questo livello mostra gli elementi legati ai testi, etichette , motivi e dimensioni dei componenti e la serigrafia in generale, sulla faccia superiore della carta ( vedi figura 2). Il file esportato avrà l’estensione “ gbr”, per esempio TopSilk.gbr. Il contenuto del file é stato volontariamente diviso in più colonne, per delle ragioni di visibilità e leggibilità.

Figura 2: La vista della serigrafia lato TOP con il suo codaggio testuale.

Serigrafia faccia TOP

La funzione d’esportazione crea un file “” TopMask.gbr” che designa il solder protettivo da applicare. É possibile naturalmente cambiare il nome del documento ma, raccomandiamo in genere di conservare quello originario proposto dal sistema per un riconoscimento più rapido. Il contenuto del file esportato contiene un codaggio dello strato selezionato.

Figura 3 : Vista Top Mask con il suo codaggio testuale.

Pasta da brasaggio faccia TOP

Fa riferimento all’utilizzo dei componenti SMT. La funzione d’esportazione crea il file ‘’ TopPaste.gbr”. Come per il precedente anche per quest’ultimo é possibile modificare il nome del file ma consigliamo di mantenere quello proposto dal programma. Il contenuto del file esportato( figura 4) contiene il codaggio dello strato selezionato.

Figura 4: Vista Top Paste con il suo codaggio testuale.

Top (o Top Copper)

É uno degli strati più utili e più interessanti poiché contiene le tracce delle piste del PCB, generate manualmente o automaticamente ( figura 5). La stessa procedura verrà eseguita per il lato bottom. Come possiamo notare sulle postazioni, non ci sono fori, poiché sono esportati in un altro file e riprodotti o no dal produttore a seconda della richiesta del cliente. Il nome del file in questione é “ Top.gbr”

Figura 5: Vista Delle piste con codaggio relativo.

Foratura

Questo documento comprende le specifiche di foratura della carta ( fgiura 6). Un esempio del nome del file potrebbe essere “ Plated through.gbr”. Tutti i fori non sono caratterizzai dalle stesse caratteristiche dallo stesso diametro e alcuni possono essere metallizati. Secondo il tipo di foro, il marcaggio identificativo varia. Anche se gli elementi non sono numerosi, il codaggio Gerber é comunque complesso. La foratura del Pcb é effettuata secondo la richiesta del cliente, con una foratrice CNC rapida e professionale.

Figura 6 : Vista del piano di foratura e del suo codaggio.

Contorno della carte

É probabilmente il file Gerber più semplice poiché contiene solo il contorno del PCB ( vedere figura 7). Il circuito stampato non é necessariamente sempre rettangolare o quadrato. Potrà essere caratterizzato da una forma diversa e puo’ talvolta essere addirittura circolare.

Figura 7: Vista del contorno di un pcb con il suo codaggio.

I produttori di Pcb sono forniti di macchine estremamente sofisticate e di grande taglia ( vedere figura 8). Le macchine foratrici CNC utilizzate possono effettuare tutte le loro funzioni insieme e i modelli più sofisticati sono spesso dedicati a un solo processo. Queste macchine, ugualmente fornite di processori, possono direttamente decodificare i file Gerber dei clienti e procedere immediatamente al processo di fabbricazione dei PCB, senza alcun bisogno di essere connessi a un computer. Gli altri tipi di macchinari, sempre seguendo le direttive dei file Gerber, hanno talvolta la possibilità di effettuare dei controlli sui circuiti realizzati e effettuare i controlli ottici automatizzati ( AOI).

Figura 8: Le macchine più recenti possono legggere e eseguire gliordini contenuti nel file Gerber.

Utilizzo dei testi e politica dell’esportazione Gerber

I testi e le politiche di scrittura sono un elemento fondamentale dei vostri PCB. Sono destinati a mostrare l’etichette, le marche, le funzioni finali, diverse direttive e inoltre ad attribuire una certa ‘’classe’’ al circuito stampato. ( vedere figura 9). Numerosi produttori di PCBs consigliano ai loro clienti di seguire qualche raccomandazione per ottenere un risultato migliore: certi prediligono l’utilizzo delle politiche vettoriali, poiché sono esportate direttamente’ verso il file Gebrer, senza alterazione né modifica tanto che i caratteri ‘’ tru Type’’, possono al contrario provocare dei problemi d’incompatibilità. Alcuni produttori non accettano marcature testuali sullo ‘’ strato di rame’’. Le fabbriche devono sempre essere consultate, per anticipare evetuali problemi legati a questi aspetti. 

Figura 9 : Nonostante le politiche Tru type offrano più varietà  ( sul vostro circuito) , é preferibile scegliere una compatibilità di sistema massimale durante l’utilizzo delle politiche vettoriali.

Conclusione

I file Gerber sono ormai una norma da seguire per la produzione di massa del circuito stampato, poiché mostano la descrizione esatta del PCB. Questi devono essere inviati al produttore non appena il progetto é terminato per poter essere accuratamente verificato. Il progettista puo’ trasmettere in tutta sicurezza il file gerber prodotto con l’aiuto dell’esportazione, sempre in accordo con il produttore. É inoltre possibile comprimere i documenti del Gerber in un solo file Zip anche se molti programmi lo fanno automaticamente. Molte società non accettano i file compressi. Tutti i progettisti dovrebbero abituarsi a testare e verificare, con l’aiuto di acluni programmi di visualizzazione dei gerber, i file prima d’inviarli al produttore. Per un contorllo accurato, é possibile utilizzare due , tre o quattro interfacce differenti ( figura 10), per verificare e confermare la qualità del lavoro svolto.

Fugura 10 : E consigliata una verifica dei Gerber con differenti programmi di visualizzazione.