Mehr als 95% aller weltweit produzierten Leiterplatten-Designs werden als Gerber-Daten vom Entwickler zum Produzenten übermittelt. Die meisten CAD Systeme geben automatisch Gerber-Daten aus. Nur selten müssen sich die Entwickler damit befassen, wie eine Gerber-Datei ihre Daten repräsentiert. Dies ist ein gutes Zeichen in Bezug auf die die Leistungsfähigkeit und Verbreitung des Formats, aber gelegentlich treten auch Probleme auf, für die ein wenig Hintergrundwissen hilfreich wäre – zudem werden für das Format Entwicklungen geplant, für die Hintergrundwissen zukünftig um so nützlicher wäre.
Gerber Vergangenheit:
Warum “Gerber”?
Joe Gerber (1924 – 1996) war ein US amerikanischer Erfinder, der 1940 aus Österreich in die USA floh. Schon als Student war er am akkuraten Plotten von Daten interessiert. Während der 50er Jahre entwickelte er den digitalen XY-Koordinaten-Tisch, welcher den Kern seines zukünftigen Geschäfts, Gerber Scientific, bildete. Das erste Produkt, welches er unter Verwendung des neuen Tischs herausbrachte, war eine der ersten digitalen Zeichenmaschinen weltweit. Zu den späteren Produkten gehörte eine automatische Zuschnittmaschine für Stoffe, welche in der Bekleidungsindustrie immer noch stark verbreitet ist. In den 80er Jahren entwickelte er computergestütztes Zubehör zur maschinellen Herstellung von Brillengläsern, welches ebenfalls noch heute eingesetzt wird.
In den 60er Jahren fand Joe Gerber eine weitere Verwendung für seinen XY-Tisch. Er führte den weltweit ersten numerisch gesteuerten Photoplotter ein, um Photowerkzeuge (Filme) zur Produktion von Leiterplatten zu erzeugen. Es funktionierte, indem zunächst ein optischer Kopf
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Plotten und Blende
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mit einer Lichtquelle zur korrekten Stelle über den Film auf dem Plottertisch bewegt wurde. Ein kreisrundes Rad mit unterschiedlichen geformten/großen Löchern darin (Blenden), wurde dann gedreht, bis sich die richtige Blende unter der Lichtquelle befand. Für ein Pad wurde die Lichtquelle kurz ein und ausgeschaltet (geblitzt) und dieses damit auf den Film belichtet. Eine Leiterbahn wurde erzeugt, indem die Lichtquelle eingeschaltet war, während der Kopf sich bewegte und damit die Bahn auf den Film “gezeichnet” wurde. Aus diesem Grund sprechen wir noch heute von “Blendentellern” (aperture tables) und seltener von flashes (“geblitzt”) und draws (“gezeichnet”). Die Plotter waren als Vektor Plotter bekannt, weil der Kopf den jeweiligen Muster der Leiterplatte folgte. Das passende Datenformat basierte auf einen bestehenden Format RS-274-D, welches von der US Electronic Association (EIA) entwickelt wurde, um damit jegliche NC Maschine zu steuern. Die ersten dieser Gerber Photoplotter luden die Daten über Lochkarten.
RS-274-D wird zu RS 274X
In den frühen 80er Jahren wurden die wurden CAD (Computer-aided Design) Systeme für Leiterplatten populärer und ersetzten die alten handgeklebten 2:1 Reprovorlagen. CAD Systeme konnten die Plottdaten direkt an den Plotter ausgeben um die Fotowerkzeuge (Filme) zu erstellen. Zu diesem Zeitpunkt waren die meisten Fotoplotter Gerber Plotter. Andere Anbieter drängten in den Photoplotter-Markt, aber da Gerber 1980 die vollständige Spezifikation zu ihrem Format veröffentlicht hatte, wurde Gerber RS-274-D der de facto Standard.
Als Behelf beim Transfer der Leiterplattenbilder, hatte das Format eine kritische Einschränkung: die Größe, Form und Anzahl der Blenden war durch das physische Blendenrad beschränkt. Für Designs mit konventionellen Durchsteck-Bauteilen mit runden oder quadratischen Pads funktionierte dies (mehr oder weniger) gut, aber das Format konnte nicht mit den neuen surface-mount (auf der Oberfläche angebrachten) Bauteilen umgehen, welche eine große Auswahl hauptsächlich rechteckiger Pad-Größen nutzte. Mit RS-274-D war die einzige Möglichkeit die Pads mit winzigen “draws” zu “zeichnen”. Ähnlich konnte eine einfache Massefläche umgekehrt geplottet werden, soll heißen, die Freistellungs-Löcher in der Fläche werden schwarz geplotted und der Leiterplattenhersteller dreht die Polarität entweder in seinem CAM-System um, oder indem er einen physischen Kontaktabdruck macht. Aber dies funktionierte nicht für gemischte Masseflächen oder Masseflächen auf Signallagen. Diese mussten alle mit “draws” gezeichnet werden. Ein großes Bild mit SMDs und Masseflächen konnte bei einem solchen Plotter bis zu 24 Stunden für den Plot beanspruchen.
Die Lösung war ein neuer Typus von Fotoplotter und ein neues Datenformat. Der Raster-Fotoplotter verwendete eine Lichtquelle, typischerweise einen Laser, um den Film in einem kontinuierlichen Muster zu rastern. Das Bild wurde dabei in einer Sequenz von “Laser ein”- und “Laser aus”-Befehlen aufgebaut. Jetzt konnte jedwede Form aus Rasterpixeln aufgebaut und geplottet werden. Heute ist dies ein Standard Industrie-Werkzeug, um Leiterplatten-Filme herzustellen. Die Laserplotter nutzen bis zu 48 unabhängig geschaltete, gleichzeitige Strahlen und plotten mit einer Auflösung bis zu 50.000 DPI, oder mehr.
Jetzt war es möglich das Gerber-Format flexibler zu gestalten und and die Bedürfnisse der Leiterplatten-Entwickler anzupassen. RS-274X oder Extended Gerber wurde 1991 herausgebracht. Es erlaubte dem Nutzer jegliche Form als Pad, Leiterbahn oder Polygon (Massefläche) zu definieren. Die Blenden-Definitionen hingen nicht länger vom physischen Blendenrad ab, so dass sie automatisch aus dem CAD Job abgeleitet werden konnten und als Teil der Daten-Ausgabe ausgegeben werden konnten.
Gerber Heute.
RS-274X ist heute das Standard-Übertragungsformat für Leiterplatten-Daten. Es ist klar, eindeutig und – falls irgendwelche Fragen aufkommen, durch den Menschen/Bediener ohne Hilfsmittel lesbar. Jede Datei ist vollständig und erlaubt Ihnen jede Pad-Form oder Kupferfläche zu zeichnen die Sie wollen.
Das alte Standard Gerber RS-274-D besteht trotz seiner Nachteile fort. Es ist sehr eingeschränkt, benötigt einen separaten Blendenteller, welcher scheinbar oft verloren geht; es produziert große, unhandliche Dateien; Die Ausgabe kann das Verschmelzen positiver und negativer Bilder erfordern, welche im besten Fall umfangreiche Aufräumarbeiten erfordern und im schlechtesten Fall schwer zu findende Fehler bedeuten.
Eurocircuits akzeptiert das alte Format weiterhin, soweit benötigt (z.B. für alte Jobs), obwohl es nicht mit PCB Visualizer® funktioniert. Wie auch immer, Extended Gerber, RS-274X ist unser bevorzugtes Datenformat und hat keine der Einschränkungen von RS-274-D. Jede Datei ist vollständig mit eingebetteten Blenden-Definitionen und funktioniert mit PCB Visualizer® und bietet Ihnen dabei sämtlich Vorteile unserer fortschrittlichen Datenanalyse-Technologie. Alle aktuellen und die meisten älteren CAD-Systeme sind in der Lage RS-274X auszugeben. Falls Ihr CAD System immer noch das alte RS-274-D Format ausgibt, sehen Sie bitte in die Ausgabeeinstellungen. Manchmal kann die Ausgabe auf RS-274X umgestellt werden. Auf verschiedenen Systemen können unterschiedliche Terminologien verwendet werden. Fragen Sie im Zweifel einfach bei uns nach.
Sehen Sie in unseren PCB Design Guidelines für mehr Ratschläge zu Eingabeformaten nach.
Gerber Zukunft.
Extended Gerber, RS-274X, bietet ein exaktes und eindeutiges Bild der Lagen einer Leiterplatte, dennoch fehlen noch notwendige Lagen-Informationen für die Produktion (insbesondere für die automatische Daten-Aufbereitung), welche nicht im Format vorgesehen sind.
Folgende Beispiele:
- Welche Funktion hat die Lage: Top Kupfer, Top Lötstopmaske, etc.?
- Zeigt das Bild eine einfache Leiterplatte, oder einen Nutzen?
- Welche Funktion besitzt dieses Objekt: ist es ein SMD Pad oder Via Pad, Fiducial etc.?
- Was ist die Kontur/Profil? Automatische Erkennungs-Software wie PCB Visualizer® kann rechteckige Konturen erkennen, aber keine komplexen Formen.
- Welche Bohrtoleranzen hat dieses Loch? Beispielsweise könnte es ein Loch für Einpresstechnik sein.
- Welche Leiterbahnen sind Impedanz-kontrolliert?
- Welche Vias müssen gefüllt werden?
Der nächste Schritt ist die Einbeziehung dieser Informationen in das Datenübermittlungsformat. Jedwede Erweiterung des Datenformats, muss mit dem existierenden Format und den bestehenden CAD-Systemen kompatibel sein. Obwohl andere Formate vorgeschlagen wurden, die nicht-Bild Informationen einschliessen können, ist Gerber so weit verbreitet und effektiv im Einsatz, dass es – ebenso wie QWERTY, QWERTZ and AZERTY Tastaturen – nicht leicht zu ersetzen ist.
Heute wird das Gerber-Format von der belgischen Firma UCAMCO, die diese Abteilung von Gerber Scientific 1997 gekauft haben, gewartet und entwickelt. UCAMCO haben kürzlich eine Vorlage für die nächste Generation von RS-274X, Gerber RS-274X2 veröffentlicht. Diese führt Eigenschaften in das Format ein, welche die oben genannten Informationen übermitteln.
Diese neue Entwicklung wird in unserem technischen Blog zu Gerber X2 näher beschrieben. Eurocircuits arbeitet eng mit UCAMCO am neuen Format zusammen, und unterstützt UCAMCOs Antrieb bessere Werkzeuge für die europäische und globale Gemeinschaft der Leiterplatten-Entwickler zu bieten. Da die neuen Attribute in die CAD Systeme implementiert werden, werden wir neue Funktionen zu unserer Dateneingabe hinzufügen, sowie Prozeduren zur Überprüfung, um mit diesen umzugehen. Selbstverständlich werden wir auch weiterhin die älteren Gerber-Formate akzeptieren.
Deswegen hat UCAMCO sein Gerber X2 Format entwickelt. X2 bietet eine Reihe von Attributen, welche einen Standard bei der Beschreibung von Nicht-Bild Daten bieten – man könnte auch bedeutsam sagen, dass sie den Bild-Daten Intelligenz hinzufügen. Anwendbar sowohl auf die ganze Datei, oder auf individuelle grafische Objekte, können Gerber’s Standard Attribute jetzt dazu verwendet werden, um folgendes zu definieren:
