AltiumDesigner PCB案牍（1）——Gerber文件的生成

  • 一、Gerber文件的生成
    • 1、PCB外形及槽孔的设计要点
    • 2、PCB制作工艺的基本概念和需求
    • 3、导出Gerber文件和NC Drilling文件
    • 4、利用CAM350确认光绘文件及钻孔文件

一、Gerber文件的生成

随着AltiumDesigner软件版本每年迭代的优化更新，Layout工程师单个版本最长的使用年限应该不会超过4年。自AltiumDesigner17版本发布后，该版本针对之前的版本有了很多的的优化提升；同时相对之前的版本也会出现部分兼容性的问题，譬如说高版本另存为低版本时，非阻焊过孔就直接导出阻焊过孔，当然还有填充区域直接被扇出的问题等。

而Layout工程师如果利用.pcb文件进行PCB板制作，就必须按照制板厂商的版本要求导出低版本的文件（大部分是需要导出AltiumDesigner2004版本的文件）。由于上述所说的兼容性问题，工程师就必须在低版本中再次确认导出的文件与原设计是否一致，由此会增加Layout工程师的工作量；如果出现细微的差别而又没被发现，对PCB板的功能或者稳定性可能会造成严重的影响。

未来gerber文件将会完全替换pcb原始设计文件来指导PCB板的加工制作，所以Layout工程师可以自主完成gerber文件的输出将会至关重要，当然这些操作也是非常简单的。至于gerber文件的要求和工艺问题也会在文中提及，希望各位能在学习中交流并进步，如果您发现文章中的问题，烦请不吝指出，我会及时修改以免各位理解歧义。

1、PCB外形及槽孔的设计要点

PCB板外形的定义方式：
（1）在Drill Drawing层，直接绘制一个封闭的边框【注意一定是封闭，即使在线段移动过程中也要保证是封闭的，否则后续定义板子外形时会提示错误】，然后选中整个封闭的线段组合，使用快捷键D->S->D【设计->板子形状->按照选择对象定义】直接定义板子外形。
当然绘制的边框也可以在其他机械层，甚至在KeepOut层，其中KeepOut层可以说是标准层。如果直接在KeepOut层来定义板子外形，后续就不要作生成线条的操作了
在Drill Drawing层绘制板子外形可以增加钻孔指示层的外形信息。


（2）使用快捷键D->S->P【设计->板子形状->根据板子外形生成线条】直接弹出对话框，在此可选择线条的层、宽度和其他功能性选项，最后点击确认按钮即可在对应的层上生成线条。利用板子外形在KeepOut层生成线条，可以将PCB板边框直接生成在KeepOut层，为元器件的布局布线及规则提供基础边界信息。


PCB板槽孔的定义方式：
（1）切割槽——机械安装孔
在KeepOut层定义一个规定大小的圆环或其他形状，也可以在其他机械层定义具体的安装孔尺寸和位置。

单击选中圆环，利用快捷键T->V->B【工具->转换->板切割槽】直接生成机械安装的槽孔。
当然该槽孔的生成方式也可以利用板子形状进行定义，在功能选项中选中包含切割槽，可以直接在KeepOut层生成外形和槽孔。

（2）焊盘——非金属化孔
电气连接线上的孔均是金属化孔，可以联通各个层级连接线。
非金属化孔是元器件特殊定位孔，由于在PCB封装中没有办法指定层上的槽孔，所以原件PCB封装中的机械定位孔需要利用非金属化孔替换【非金属化孔只能通过焊盘定义，Plated未选中⬜表示非金属化孔】
非金属化孔当然也包括机械安装孔。

关于区分金属化孔和非金属化孔，处理以上方式外，最直观的方式就是在3D显示模式下，直接透过板层中间观察有金黄色的铜皮的过孔就是金属化过孔。

PCB板外形层定义一般规定：

1）共同存在机械层优先：当板框外形用机械层而KeepOut层同时也存在时，以机械层为优先原则，所有的板内非金属槽，及非金属化过孔则以机械层为标准，KeepOut层在制作PCB时可能会被忽略掉！

2）多个机械层以最小为准：当有多个机械层在外型层时，则以小的机械层为准做为外型层。
如：存在机械1层，机械2层，那么机械1层就是外型层，机械2层会被忽略！同理当板内非金属槽及非金属化过孔与外形层不在同一层，则可能会忽略掉其他层！

3）金属化孔及槽以外形层为准：如果外形只有一层，如用KeepOut层或是机械1层，那么只要外形用那层，所有的板内非金属孔及槽，都统一以外形层为准，外形层是机械层则板内非金属化过孔及非金属化槽也只认机械层。

所有外型元素包括“工艺边、V割线、槽和孔”等外型元素，都要统一放在同一个板框层上，才可以避免做漏！

其他板外形的制作建议
（1）工艺边的宽度>=4mm，最小3mm。
（2）电路板的边角可设定为圆角形式，圆角半径R=2.5mm。
（3）电路板外形尺寸的长宽比例 = 5：3，或者按照实际项目需求。
（4）定义板子的V割线，要求V割线只能直线，并且直接贯穿，中间不能间断；V割板子的尺寸>7cm【根据厂家的工艺要求】。
（5）拼版时V割线利用快捷键P->D->E【放置->尺寸->引线】直接指出位置。
（6）V-CUT【V割】板框线的中心线距离导线的边线或铜皮（焊盘边）的距离>=0.4mm，默认双面V割。
（7）CNC 【锣边】板框线的中心线距离导线的边线或铜皮（焊盘边）的距离>=0.3mm。
（8）内槽离走线的最小距离不得小于0.3mm。
（9）最小非金属化槽槽宽为1.0mm ，最小金属化槽槽宽为0.65mm，金属化槽的槽长要大于槽宽的两倍。
（10）开窗层以solder层为准，Paste是钢网层（此层不进行处理用于制作钢网）与生产板子没有关系。
（11）钻孔孔径（ 机械钻）范围0.2~6.3mm。
（12）最小过孔内径及外径：内径(hole)最小0.2mm，外径(diameter)最小0.4mm，双面板最小内径0.3mm，最小外径0.5mm。
（13）最小字符线宽>6mil，字符高>40mil。【普通工艺要求】
（14）半孔工艺最小孔径0.6mm。

2、PCB制作工艺的基本概念和需求

层数
指PCB中的电气层数（敷铜层数）。可分为单层板【一层盖油、另一层焊盘】、双层板、4层板、6层板、8层板等。
在AD的层叠管理器中可设置电路板的层数及分布，包括电路板的厚度等。

多层板阻抗
多层板的阻抗设计需要工程师自行完成【依据在线计算工具完成】，根据层叠管理器中的压合层PP的不同介质，介电常数会有所区别。同时走线上的覆盖层厚度也有一定的介电常数，最终需要根据层叠管理器中的PP计算阻抗。

基板类型
目前PCB板的板材类型有纸板、半玻纤、全玻纤（FR-4）、铝基板。
FR-4板材

阻焊类型
感光油墨是现在用得最多的阻焊类型，热固油一般用在低档的单面纸板。

成品外层铜厚
默认常规电路板外层铜箔线路厚度为1oz（35um），最大的厚度依据加工工艺完成。

成品内层铜厚
默认常规电路板内层铜箔线路厚度为0.5oz（17um）。

V割板厚范围
V割板厚范围>0.6mm V割最小板厚：0.6mm，最大板厚：2.0mm

板厚公差
± 10%，板厚大于10mm。

阻焊颜色
通用的包括绿色，蓝色，还有其他特殊工艺的包括白色和黑色等。

阻焊覆盖
塞孔和盖油，如果孔径大于0.5mm则无法进行塞孔处理，一般大孔全部盖油，小孔可以选择盖油或者塞孔。

焊盘喷镀
有铅喷锡焊接温度低，可以很好的保护器件，但污染环境影响空气质量；
无铅喷锡焊接温度较高，可直接利用回流焊进行焊接；
沉金价格稍高，电气性能和阻抗参数良好；

拼版工艺要求及流程
无间隙拼板：板子与板子的间隙为0mm
有间隙拼板：有间隙拼版的间隙不要小于2.0mm，否则锣边时比较困难。

1、新建一个PCB文档进行拼板阵列的绘制，输入快捷键P->M【放置->拼板阵列】，然后点击Tab按键进入参数设置界面。

2、选择PCB拼版的内容，点击PCB Document，选择对应的PCB文件。

3、选择横向拼板整列的数量和纵向拼版整列的数量，column表示纵列数量，row表示横行数量，然后更改横向和纵向的间距，最后点击回车完成。

4、可以在拼版整列输入多个源文件进行拼板，平板完成后两端增加工艺边，并放置Mark点进行标注。

5、在V割的位置放置引线尺寸的指示，要求该指示放置在边框层或V割层【理论上这些内容全部在一个层中】。

6、如果利用带间隙的拼板阵列，要求间隙大于2.0mm，并且CNC镂空位置要有明确的字符指示要求。

3、导出Gerber文件和NC Drilling文件

PCB加工使用的Gerber文件【RS-274-X格式】

.gtl 文件——TopLayer
.gto文件——TopOverlay丝印
.gts文件——TopSolder阻焊
.gtp文件——TopPaste钢网（不开钢网不需要）
.gbl 文件——BottomLayer
.gbo文件——BottomOverlay丝印
.gbs文件——BottomSolder阻焊
.gbp文件——BottomPaste钢网e（不开钢网不需要）
.gp1文件——Plane1 内平面1（多层板采用）
.gp2文件——Plane2 内平面1（多层板采用）
.gm1文件Mechanic1机械层1
.gd1文件Drill钻孔文件层
.drl 文件NC Drilling钻孔为件（默认该文件是空的，直接关联到.txt光标位置文件）
.gko文件KeepOut禁止布线层（一般比较少使用该层）

多层板在输出多个gerber文件后，需要指定出层压顺序，利用层名称表示增压顺序更加合理【如：TOP-GP1-GP2-BOT】。

导出gerber文件
（1）在Drill Drawing加钻孔列表，点击菜单放置->钻孔列表。

（2）针对PCB文件，点击文件->制造输出->Gerber Files，进入Gerber设置界面。

（3）在“通用”选项卡中设置输出文件的单位和精度。

（4）在“层”选项卡中设置要输出的层选项

取消所有层的"出图"和"镜像"
选择需要使用的图层进行图层输出，多层板需要根据图层定义选择
勾选√ <包括未连接的中间层焊盘>

（5）在“钻孔图层”选项卡中设置钻孔对及钻孔表现的形式

在"钻孔图"中勾选√ <输出所有使用的钻孔对>
在"钻孔向导图"中勾选√ <输出所有使用的钻孔对>

（6）在“光圈”选项卡勾选√ <嵌入的孔径(RS274X)>
（7）在“高级”选项卡中可定制话设置，一般保持默认。
最后点击确定，直接输出Gerber文件并显示在CAM Edit文件编译器中。

导出NC Drill钻孔文件
（1）返回PCB文件，点击文件->制造输出->NC Drill Files，进入NC Drill设置界面。

（2）修订NC Drill文件的单位和精度，默认CAM350的精度格式是2:4，如果在此选择2:5，后续需要在CAM350文件中设定对应的精度格式，否则会出现钻孔位置和图层位置不相符的情况。

坐标位置和前导零等参数选项，直接选择默认选项即可，或者按照定义特点自行选择。
勾选√ <为电镀/非电镀孔生成单独的NC Drill文件>【如果存在非电镀孔】
勾选√ <应用钻孔槽命令>
勾选√ <生成EIA二进制钻孔文件(.DRL)>

（10）确认导入钻孔数据的单位和尺寸，默认不需要修改，直接点击"确定"即可。

最后将PCB工程中的Gerber文件和NC Drill文件全部关闭，系统将提示是否需要保存，可以直接点击否。最后生成的文件全部都在Project Outputs文件夹中。

4、利用CAM350确认光绘文件及钻孔文件

生成后的文件完全可以利用AltiumDesigner自带的CAM Edit进行查看确认，或者可以采用CAM350进行光绘文件的确认。

CAM350导入gerber
（1）打开CAM350软件执行程序

（2）设置自动文件导入，点击File->Import->AutoImport

（3）选择gerber文件夹，单击Next

（4）选择要导入的gerber文件，勾选√ 对应的导入选项即可，额外需要注意的内容是.txt文件的格式需要按照导出的Drill文件精度格式设定。

修改金属化孔Plated和非金属化孔NonPlated的数据格式，保证NC Drill数据的单位和精度均与导出的文件一致即可，最后点击确认。

完成后点击Finish即完成所有数据的导入。

（5）按照设计文件的要求和设定，检查各个层文件是否正确，确定钻孔位置与过孔或焊盘的位置是否重合，确认无误后即可将gerber文件传给制板商进行PCB加工了。

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