Gerber-Format

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Dieser Artikel behandelt ein Dateiformat in CAD/CAM-Systemen. Für die Fernsehnorm siehe Gerber-Norm.

Das Gerber-Format ist eine Standard-Dateistruktur im ASCII-Format, die den Datenaustausch zwischen CAD (Entwicklung) und CAM (Produktion) ermöglicht. Es wird vor allem im Bereich von elektronischen CAD-Programmen (EDA – Electronic Design Automation) zur Ausgabe der Layoutdaten bei Leiterplatten verwendet.

Entwickelt wurde es im Jahr 1980 von dem Unternehmen Gerber Scientific zur Ansteuerung der Fotoplotter dieses Unternehmens. Es wurde zum Quasi-Standard für Leiterplattendatenaustausch. Gerber Scientific wurde 1998 von Barco ETS übernommen, die den RS-274X Format User’s Guide veröffentlichten. Dieses Extended Gerber oder RS-274X ist der heutige Standard.

Alle gängigen CAD-Programme erlauben einen Export des Designs im Extended Gerber Format, und alle gängingen CAM-Programme einen Import. Das überholte Standard Gerber (RS-274-D) sollte nicht mehr exportiert werden. Verschiedene Anbieter bieten auch Extended Gerber-Viewer an.

Nach verschiedenen Umstrukturierungen wird das Gerber-Format nun von Ucamco NV gepflegt. Ucamco veröffentlicht von Zeit zu Zeit überarbeitete Revisionen; aktuell ist die Revision J1 der Spezifikation aus dem Februar 2014, der das Gerber-Dateiformat um Attribute erweitert. Die Spezifikation ist auf der Ucamco Download-Seite frei verfügbar.[1]

Aufbau[Bearbeiten]

Jede Gerberdatei enthält immer nur eine Schicht (fachsprachlich „Layer“). Besteht eine Leiterplatte aus mehreren Schichten, z. B. zwei Layer für die Abbildung der elektrischen Verbindungen in Kupfer, zwei Layer für den Lötstopplack und einen Layer für den Textaufdruck auf der Leiterplatte, sind dafür in Summe fünf verschiedene Gerberdateien notwendig.

Vier Lagen (Layer) im Gerberformat

Struktur[Bearbeiten]

Die einzelnen Elemente (Leiterbahnen, Pads usw.) einer Leiterplatte werden mit x-y-Koordinaten positioniert. Die Koordinaten können in absoluten oder inkrementalen Werten angegeben sein. Als Einheiten sind mm oder Inch möglich. Die Koordinaten werden in ganzen Zahlen angegeben, für feinere Strukturen muss eine Skalierung angegeben werden. Führende oder angehängte Nullen können unterdrückt werden, um Speicherplatz zu sparen. Die grundsätzliche Struktur eines Gerberfiles ist:

Formatbeschreibung (absolut oder inkremental, Unterdrückung von Nullen)
Einheitenbeschreibung (mm/Inch, Skalierung)
Plotanweisungen
 1. Block 
| Werkzeug | X-, Y-Koordinate | Steuerfunktionen | Blockende |
2. Block
| Werkzeug | X-, Y-Koordinate | Steuerfunktionen | Blockende |
usw…

D-Code-Liste[Bearbeiten]

Die Wahl der Steuerfunktion und des Werkzeugs erfolgt über die D-Code-Liste (auch: Blendentabelle). Die D-Code-Liste beschreibt die in einem Gerber-File eingesetzten graphischen Werkzeuge (Kreise, Kreisringe, Rechtecke). Sie beschreibt die Zuordnung aller in den Gerberdaten vorhandenen D-Codes zu einer geometrischen Blendenform und einer mechanischen Blendengröße. D1 bis D3 sind reservierte Codes; sie bezeichnen keine Blende, sondern das Ein- bzw. Ausschalten der Lichtquelle des Fotoplotters. Dabei sind:

  • D1: ziehe eine Linie mit eingeschaltetem Licht. Achtung: das bedeutet nicht einfach „Licht an“, sondern vielmehr „ziehe eine Linie“, was einen wichtigen Unterschied darstellt.
  • D2: Lichtquelle aus
  • D3: Lichtimpuls (Flash)

RS-274-D Standard Gerber[Bearbeiten]

Standard Gerber ist ersetzt worden durch Extended Gerber RS-274X. Es beschreibt eine Teilmenge der Electronic Industries Association RS-274-D Spezifikation,[2] ein Format für die Steuerung von NC-Maschinen in vielen Industriebereichen. Man beachte, dass der Ausdruck RS-274-D oft falsch verwendet wird (ohne den „Gerber“ Zusatz), um auf die Gerber Teilmenge zu verweisen statt auf das Original RS-274-D. Standard Gerber wird verwendet, um Vektor Photoplotter zu steuern, welche tatsächlich 2D NC-Maschinen sind. Es ist ein einfaches ASCII Format, bestehend aus Kommandos und X- und Y-Koordinaten.[3] Ein Beispiel für eine Gerber RS-274-D Datei:

D11*
X1785250Y2173980D02*
X1796650Y2177730D01*
X1785250Y2181480D01*
X1796650Y2184580D01*
D12*
X3421095Y1407208D03*
X3422388Y1406150D03*
M02*

RS-274-D wurde in den Sechzigern und Siebzigern entworfen zur Steuerung numerischer Maschinen wie Vektor-Photoplottern. Diese sind jetzt alle ersetzt worden durch Raster-Photoplotter. Eine RS-274-D Datei ist nicht eine Bildbeschreibungsdatei an sich. Sie enthält keine Einheit oder Blenden. Dies sind Standardformen, ähnlich wie ein Font für Textverarbeitung, und sollten manuell vom Plotterbediener gesetzt werden. Sie wurden in eine unformatierte ASCII Datei geschrieben, Blendentabelle oder Aperturetabelle genannt. Der Bediener bestückte daraufhin eine kreisförmige Scheibe mit Öffnungen, beschrieben wie in der Tabelle, welche während der Belichtung des Films in den Lichtstrahl gedreht wurden. Es gibt keinen Standard für diese Tabellen, somit hat jede ihre eigene Formatierung.[3]

Um Formen darzustellen, die nicht mit der beschränkten Blendenmenge zu beschreiben sind, wird das Ausmalen (vector-fill) dieser Form verwendet. Standard-Gerber ist gut geeignet, um die beschränkten Möglichkeiten, über die ein vektororientierter Photoplotter verfügte, auszunutzen. Es wurde für eine manuelle Arbeitsweise konzipiert und ist somit nicht geeignet für einen komplett automatisierten Datentransfer zwischen Leiterplattendesigner und -hersteller.

Der vollständige Dateisatz für die Beschreibung einer Leiterplatte besteht aus den Dateien der einzelnen Lagen, einer oder mehrerer Dateien mit einer D-Code-Liste und einer Datei, die den Lagenaufbau beschreibt.

RS-274X extended Gerber[Bearbeiten]

Das RS-274X Gerber Format, auch bekannt als Extended Gerber oder X-Gerber, ist ein 2D Bi-Level vektororentiertes Bildbeschreibungsformat.[1] Es ist ein Erweiterung vom RS-274-D Standard Gerber, welches wiederum eine Teilmenge vom EIA RS-274-D Format ist.

Es ist in Klartext geschrieben ASCII.[4] Es besteht aus eine Reihe Kommandos und Koordinaten. Die Grundfunktionen sind „Linie zeichnen“ (Draw) und „Punkt zeichnen“ (Flash) mit vordefinierten Formen an eine bestimmte Position und das Füllen einer Kontur. Positive und negative Objekte können kombiniert werden.

Ein Beispiel für eine RS-274X Datei:

G04 Film Name:    paste_top*
G04 Origin Date:  Thu Sep 20 15:54:22 2007*
G04 Layer:  PIN/PASTEMASK_TOP*
%FSLAX26Y26*MOIN*%
%IPPOS*%
%ADD28R,.11X.043*%
%ADD39O,.07X.022*%
...
%AMMACRO19*
21,1,.0512,.0512,0.0,0.0,45.*%
%ADD19MACRO19*%
%LPD*%
G75*
D10*
X17625170Y1175000D03*
Y1300000D03*
Y1637508D03*
...
D39*
X4962517Y1425000D02*
Y1375000D01*
Y1325000D01*
Y1275000D01*
M02*

Eine RS-274X Datei enthält die komplette eindeutige Beschreibung einer Leiterplattenlage. Es werden keine zusätzlichen Dateien benötigt. Blenden und Operatoren sind enthalten, Flächen können spezifiziert werden, ohne gefüllt werden zu müssen, wie in RS-274-D. Da sie automatisch verarbeitet werden kann, ist sie gut geeignet für einen sicheren Datentransfer und zuverlässige und automatisierte Arbeitsabläufe.

Die Spezifikation ist frei verfügbar[1] und es gibt eine Anleitung.[5]

Benutzung[Bearbeiten]

Gerber-Dateien werden normalerweise von Leiterplattenlayout- Electronic Design Automation (EDA) oder PCB CAD Software geschrieben. Diese Dateien werden zu den Leiterplattenherstellern geschickt, wo sie in einen CAM-System eingelesen werden, um Daten für jeden Produktionsschritt zu erzeugen. Sie werden auch für gebohrte Löcher verwendet, welche als Drill-Lage gesehen werden können; normalerweise wird aber ein Bohrformat wie Excellon verwendet.[6] Gerber-Dateien werden auch zur Ansteuerung von Prüfmaschinen verwendet, sowie zur automatischen optischen Inspektion.

Das RS-274X Format beschreibt nicht welche Lage dargestellt wird. Deshalb sollte die Lagenfunktion in dem Dateinamen enthalten sein, das Format der Dateierweiterung ist z. B. „.gbx“ (Extended Gerber).[7] Manche Entflechter benutzen kryptische Dateinamen, welche in eine separate Datei dokumentiert werden, oder missbrauchen die Dateierweiterung, z. B. „.ls“ für die Lötseite.[7]

Zusätzliche Daten[Bearbeiten]

Eine RS-274X-Datei beschreibt u.A. eine Kupferlage oder eine Maske. Leiterplattenherstellung und -prüfung benötigen aber noch mehr Informationen. RS-274X kann Bohrdaten darstellen, meistens sind diese aber spezifiziert im IPC-NC-349- oder Excellon-Format. RS-274X kann keine Netzliste enthalten; wenn benötigt, wird diese meist in IPC-D-356[8] dargestellt. Lagennamen und Materialaufbau werden normalerweise in Textdateien oder Zeichnungen mitgeliefert.[9] Jedoch Ucamco empfiehlt hierfür die Benutzung eines Teil des IPC-2581.[7] Normalerweise sind alle Dateien in einem Zip-Archiv. Dieses wird dann zum Leiterplattenhersteller geschickt.

Gerber-Dateierweiterungen[Bearbeiten]

Eine Gerber-Datei enthält zum Beispiel eine Kupferlage, Maske oder Bestückungsdruck. Somit wird für eine Leiterplatte eine Mehrzahl an Gerber-Daten benötigt. Es gibt keine Namenskonvention für diese Dateien, jedoch wird die Erweiterung „.gbx“ meist für Gerber RS-274X verwendet, die Erweiterung: „.gbr“ für Gerber RS-274-D. Der Dateiname kann die Funktion enthalten, zum Beispiel Lage1.gbx oder Maske-top.gbx.

Aus historischen Gründen (DOS, 8.3 Format) werden in manchen CAD-Paketen (Altium/Protel) die Dateierweiterungen als Funktion verwendet. Somit ergeben sich zwangsläufig über 50 verschieden Erweiterungen. Heutige Betriebssysteme weisen meist eine Erweiterung einen Dateityp zu. Dieser Mechanismus funktioniert hier aber nicht.

Bevorzugte Dateierweiterung:

  • .GBX - Funktion der Lage in der Dateiname

MS-DOS Altlast Dateierweiterungen:

  • GBL, SOL – Lötseite (Gerber Bottom Layer)
  • GTL, CMP – Bestückungsseite (Gerber Top Layer)
  • GBS, STS – Maske für Lötstopplack unten (Gerber Bottom Solder Resist)
  • GTS, STC – Maske für Lötstopplack oben (Gerber Top Solder Resist)
  • GBO, PLS – Bestückungsdruck unten (Gerber Bottom Overlay)
  • GTO, PLC – Bestückungsdruck oben (Gerber Top Overlay)
  • GTP – (Gerber Top Paste Mask)
  • GBP – (Gerber Bottom Paste Mask)
  • GM1 – (Gerber Mechanical Layer 1)
  • GM2 – (Gerber Mechanical Layer 2), usw.
  • GDD – (Gerber Drill Drawing)
  • GD1 – (Gerber Drill Drawing, Top To Mid 1)
  • GD2 – (Gerber Drill Drawing, Mid 1 To Mid 2), usw.
  • GDG – (Gerber Drill Guide)
  • GG1 – (Gerber Drill Guide, Top To Mid 1)
  • GG2 – (Gerber Drill Guide, Mid 1 To Mid 2), usw.
  • GPT – (Gerber Top Pad Master)
  • GPB – (Gerber Bottom Pad Master)
  • GKO – (Gerber Keepout)
  • PO1 – (Gerber Panels)
  • REP – (Report file)
  • TXT – (ASCII NC Drill)
  • DRL – (EIA NC Drill)
  • DRR – (NC Drill Report)
  • APR – (Aperature File)

Siehe auch[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatVorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatRS-274X Gerber Format Specification. Ucamco, 21. April 2013, abgerufen am 21. April 2013.
  2. EIA Standard RS-274-D Interchangeable Variable Block Data Format for Positioning, Contouring, and Contouring/Positioning Numerically Controlled Machines. Electronic Industries Association, Engineering Department, 2001 Eye Street, NW, Washington, D.C. 200006, February 1979.
  3. a b Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatSteve DiBartolomeo: D-codes, Apertures and Gerber Files. Artwork Conversion Software, Inc., 1991, abgerufen am 16. Oktober 2011.
  4. Ian Robertson Sinclair, John Dunton Practical electronics handbook. Elsevier, January 11, 2007, ISBN 978-0-7506-8071-4 (Zugriff am April 2, 2011).
  5. Steve DiBartolomeo: What's all this about RS274X Anyway? Artwork Conversion Software, Inc., 1995, abgerufen am 3. November 2011.
  6. Vorlage:Internetquelle/Wartung/Zugriffsdatum nicht im ISO-FormatPCB Layout Data. Eurocircuits, abgerufen am 26. November 2011.
  7. a b c Vorlage:Internetquelle/Wartung/Datum nicht im ISO-FormatKarel Tavernier: Improving CAD to CAM Data Transfer: A Practical Approach. In: Journal of the HKPCA, Issue No. 40. 2011/2Q, abgerufen am 2. Oktober 2011 (PDF; 93 kB): „RS-274-D: Benutze es nicht.“
  8. Using IPC-D-356 for Importing Net and Node. Abgerufen am 16. Oktober 2011.
  9. IPC-2524 PWB Fabrication Data Quality Rating System, February 1999.