ガーバー形式

ガーバー形式
ファイル名拡張子
.gbr
インターネットメディアの種類
アプリケーション/vnd.gerber
統一型識別子（UTI）com.ucamco.gerber.image
開発者ウカムコ
初回リリース1980年8月27日 （1980年8月27日）
最新リリース
改訂 2024.05 2024年7月3日 ( 2024-07-03 )
フォーマットの種類画像ファイル形式
標準ガーバーフォーマット仕様
Webサイトhttps://www.ucamco.com/en/gerber

Gerber形式は、プリント基板(PCB) 設計用のオープンなASCIIベクター形式です。 [ 1 ]これは、プリント基板の画像 (銅層、はんだマスク、凡例、ドリルデータなど) を記述するために PCB 業界のソフトウェアで使用される事実上の標準です。 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] 標準のファイル拡張子はまたは[ 1 ]ですが、、 、などの他の拡張子も使用されます。これは、Gerber レイヤー形式の仕様と、XNC ドリルファイルや GerberJob などの関連する (ただし、それほど普遍的にサポートされていない) 拡張機能によって文書化されており、単一のレイヤーではなく PCB 全体の情報を伝達します。 .GBR.gbr.GB.geb.gerber

GerberはPCB製造データに使用されます。[ 5 ] PCBは、専用の電子設計自動化(EDA)システムまたはコンピュータ支援設計(CAD)システムで設計されます。[ 6 ] CADシステムは、基板の製造を可能にするためにPCB製造データを出力します。このデータには通常、各画像層(銅層、はんだマスク、凡例、シルクなど)のGerberファイルが含まれています。Gerberは、フォトプロッタ、凡例プリンタ、ダイレクトイメージャー、自動光学検査(AOI)装置など、画像データを必要とするすべてのベアボード製造装置の標準的な画像入力形式であり、さまざまな部門で参照画像を表示するためにも使用されます。組み立ての場合、製造データには、ステンシルを作成して部品を配置および接合するためのはんだペースト層と部品の中心位置が含まれます。[ 7 ]

Gerber フォーマットには、主に 2 つの世代があります。

  • 拡張ガーバー（RS-274X）。これは現在のガーバー形式です。2014年に、グラフィックスオブジェクトにメタ情報を追加するオプションが追加され、グラフィックス形式が拡張されました。属性付きのファイルはX2ファイル、属性なしのファイルはX1ファイルと呼ばれます。[ 8 ] [ 1 ]
  • 標準ガーバー、またはRS-274-D。この時代遅れのフォーマットは廃止されました。[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]

公式ウェブサイトには、仕様書[ 12 ]、テストファイル、メモ、リファレンスガーバービューア[ 13 ]が掲載されており、ユーザー、特にガーバーソフトウェアの開発者をサポートしています。[ 1 ]

PCB製造データ

ガーバー形式ファイルの表示

PCBは、専用の電子設計自動化（EDA）システムまたはコンピュータ支援設計（CAD）システムで設計されます。[ 6 ] CADシステムは、基板の製造に必要なPCB製造データを出力します。 [ 5 ]製造データには、各イメージ層とドリルスパン（銅層、はんだマスク、凡例、シルクなど）のガーバーファイルが含まれています（歴史的な理由から、ドリルデータもNC形式で転送されますが、ガーバーファイルの方が品質が良い場合が多いです）。[ 14 ]通常、これらのファイルはすべて単一のアーカイブに圧縮され、PCBベアボード製造工場に送られます。製造業者は、これらのファイルをコンピュータ支援製造（CAM）システムに読み込み、PCB製造プロセスの各ステップのデータを作成します。[ 15 ]

.FileFunction属性は、PCBの各層を製造データ内の対応するGerberファイルにリンクするための標準化された方法です。[ 1 ]：Gerberレイヤーフォーマット仕様の202308リリースのセクション5.6.3

属性がサポートされていない場合は、非公式な方法しか利用できません。簡単な非公式な方法としては、ファイル名にファイルの機能を明確に記述することです。ファイル拡張子がファイルの機能を示すために悪用される場合もあります。例えば、最下層を表すのに標準拡張子 .GBR ではなく .BOT を使用するなどです。[ 10 ] [ 16 ]業界では、これは不適切な方法とみなされており、エンジニアは適切なX2属性を使用するべきです。

PCB製造データは、すべての層が揃っている必要がある、プロファイル層が含まれている必要があるなど、いくつかのルールに従う必要があります。[ 17 ] [ 18 ]

CADネットリストはガーバーファイルに埋め込むことができます。[ 1 ] [ 19 ]しかし、歴史的な理由から、ネットリストは電気テストフォーマットであるIPC-D-356Aの別のファイルに記述されることがよくあります。[ 20 ]

材料の積層、構成部品、仕上げは、通常、非公式のテキストファイルまたは図面で提供されます。[ 21 ] 2018年にUcamcoは、この製造ドキュメントをカバーするためにガーバー形式の拡張仕様を公開しました。[ 22 ]

拡張ガーバー

RS-274X（拡張ガーバーまたはX-ガーバー）は、1998年9月に最初にリリースされました。[ 1 ]

これは人間が読めるASCII形式です。[ 23 ]一連のコマンドから構成され、順序付けられたグラフィックスオブジェクトのストリームを生成します。グラフィックスオブジェクトはポジティブまたはネガティブにすることができます。正しい順序で重ね合わせることで、最終的な画像が作成されます。

ガーバーファイルは、外部ファイルを必要としないPCB層画像の完全な記述を含んでいます。PCB画像に必要なすべての画像化演算子を備えています。任意の開口部の形状を定義できます。プレーンとパッドは、標準ガーバーのようにペイントやベクター塗りつぶしを行うことなく指定できます。（ただし、一部の実装ではペイントが依然として使用されており、それらのファイルのユーザーにとって問題となります。）[ 24 ]

2014年2月にリリースされたGerber X2は、画像に追加のメタデータを追加します。[ 25 ]属性を使用すると、Gerberファイルにメタデータを追加できます。属性は、画像ファイルまたはその中の機能に関連付けられた情報を提供するラベルのようなものです。属性によって伝達されるメタデータの例は次のとおりです。

  • やすりの役割。やすりは上部のソルダーマスク用ですか、それとも下部の銅箔用ですか？
  • ファイルで表現される部品。単一のPCB、アレイ、クーポンのどれを表しますか？
  • パッドの機能。フラッシュはSMDパッド、ビアパッド、フィデューシャルなどでしょうか。

属性の詳細については、X2のFAQまたは外部リンクの紹介ビデオをご覧ください。[ 1 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 8 ]

2020年にGerber X3が導入されました。

仕上げ、全体の厚さ、材料などの製造文書は、別のガーバージョブファイルで指定されます。[ 1 ] [ 22 ]

Gerber ファイルの例: 

G04短縮版は、Filip Vermeire (Ucamco) が作成したサンプルジョブ 1 から取得したファイルです。* %TF.FileFunction、銅、ボット、L4*% %TF.ファイル極性、正*% %TF.パート、シングル*% %FSLAX36Y36*% %MOMM*% %TA.AperFunction、導体*% %ADD10C,0.15000*% %TA.AperFunction、ViaPad*% %ADD11C,0.75000*% %TA.AperFunction、コンポーネントパッド*% %ADD12C,1.60000*% %ADD13C,1.70000*% G01* G75* %LPD*% D 10 * X 76649990 Y 36899980 D 02 * X 83949950 D 01 * X 84399990 Y 37349990 D 01 * X 93699990 D 01 * D 11 * X 76649990 Y 36899985 D 03 * X 83599990 Y 18749980 D 03 * X 98829985 Y 36504980 D 03 * D 12 * X 460298855 Y 784148855 D 03 * D 13 * X 107299765 Y 20629885 D 03 * X 109839765 D 03 * X 112379765 D 03 * M02*

フォーマット仕様は公式ウェブサイトで公開されている。[ 1 ] [ 12 ]

標準ガーバー（廃止）

標準ガーバーは2014年に廃止されました。 1998年に、より高性能な拡張ガーバーが導入されて以来、すでに時代遅れとなっていました。[ 10 ] [ 11 ]

標準ガーバーは、1960年代から1970年代にかけてガーバーシステムズ社がPCB業界向けベクターフォトプロッタを駆動するために開発した数値制御（NC）フォーマットです。これは、幅広い業界の機械式NCマシンを駆動するためのフォーマットである米国電子工業会（IEIA）RS-274-D仕様のサブセットでした。 [ 29 ]ベクタープロッタの駆動に広く使用されました。標準ガーバーは、コマンドとXY座標で構成されるシンプルなASCIIフォーマットでした。[ 30 ]例： 

D 11 * X 1785250 Y 2173980 D 02 * X 1796650 Y 2177730 D 01 * X 1785250 Y 2181480 D 01 * X 1796650 Y 2184580 D 01 * D 12 * X 3421095 Y 1407208 D 03 * X 1785250 Y 2173980 D 03 * M02*

標準ガーバーはNC規格ですが、画像記述規格ではありません。座標単位やアパーチャの定義といった画像の基本情報は標準化されていません。（アパーチャとは、PDFファイルのフォントに似た基本形状のことです。）これらは、人間が読むことを目的とした自由形式のサイドカーテキストファイルで記述され、アパーチャファイルまたはホイールファイルと呼ばれます。ホイールファイルには規格がありません。送信者と受信者は、その意味について個別に合意する必要があります。[ 1 ] [ 30 ]

標準ガーバーは、ベクタープロッタが実行可能な単純な描画操作（トラックの描画と開口部の点滅）のみをサポートしています。これは、効率的なPCB製造データには不十分です。銅箔は、膨大な数のトラックでペイント（ストロークまたはベクター塗りつぶし）することによって作成する必要があります。対応する物理的な開口部を作成するコストを考慮すると、最も単純なパッド以外はすべてペイントされます。ペイントは意図したイメージを作成しますが、処理に長い時間がかかり、CAMでの手作業でエラーが発生しやすいファイルサイズが非常に大きくなります。[ 17 ] [ 24 ] [ 31 ] [ 32 ]

標準ガーバーは、ベクターフォトプロッタと呼ばれるNCマシンを用いた手動ワークフローを想定して設計されました。プロッタオペレータは、標準ガーバーファイルが記録された紙テープをプロッタに読み込み、マシンコンソールで座標単位を手動で設定し、付属のホイールファイルに記述されているアパーチャホイールを取り付けます。（アパーチャホイールとは、物理的なアパーチャが取り付けられた回転ディスクで、ホイールを回転させることにより、フォトプロッタは使用するアパーチャを選択します。）標準ガーバーは、PCB設計者と製造業者間の自動データ転送には適していません。

歴史

ガーバーファイル形式は、ベクトルフォトプロッタの先駆者である起業家で発明家のジョセフ・ガーバーにちなんで名付けられました。 [ 33 ] [ 34 ]

1980年、ガーバーシステムズ社[ 34 ]は、EIA RS-274-Dのサブセットであるガーバーフォーマットの初版を出版しました。プロットデータフォーマットのリファレンスブック[ 35 ]は、同社のベクターフォトプロッタの駆動に使用されました。このフォーマットは後に標準ガーバーとして知られるようになり、他のフォトプロッタベンダーにも採用されました。標準ガーバーは、PCB製造における事実上の標準画像フォーマットとなりました。

1991年、より高性能なラスターフォトプロッタの登場に伴い、ガーバーフォーマットはポリゴンエリアと「マスパラメータ」機能で拡張されました。これにより、ユーザーは様々な形状やサイズの開口部を動的に定義できるようになり、「ペイント」を必要とせずにポリゴンエリアの塗りつぶしを定義できるようになりました。ガーバーフォーマットはRS-274-D規格のスーパーセットとなりました。マスパラメータの開発はAT&Tの支援によって推進されました。[ 36 ]これにより、特定のガーバープロッタモデル専用の入力フォーマット群が生まれました。

1998年4月、ガーバーシステムズ社はバルコ社のPCB部門であるバルコETS社に買収され、現在はUcamco社と呼ばれている。 [ 34 ] [ 37 ] 1998年9月、Ucamco社はRS-274Xフォーマットユーザーズガイドを発行した。これは、一連のフォーマットを単一の画像フォーマットに統合し、多数のモデル固有の構造を廃止した仕様である。このフォーマットは拡張ガーバーまたはガーバーXとして知られるようになった。拡張ガーバーはすぐに標準ガーバーに取って代わり、 PCB画像データの事実上の標準となった。これはPCB業界の事実上の画像標準となった。これは「エレクトロニクス業界のバックボーン」と呼ばれることもある。

2012年、このフォーマットは大規模な改革の一環として全面的に見直されました。現在の慣行を確立するため、世界中から集められた1万件のファイルの代表的なライブラリが調査されました。めったに使用されない、あるいは全く使用されない構造は廃止されました。解釈が不明確な構造は明確にされました。仕様書は再構成され、品質が向上しました。その結果、2012年12月以降に公開された仕様の改訂版I1からI4が作成されました。その結果、PCB業界の現在のニーズに重点を置いた、シンプルながらも強力なフォーマットが誕生しました。このバージョンのガーバーフォーマットは、UcamcoのKarel TavernierとRik Breemeerschによって開発されました。[ 1 ] [ 9 ] [ 27 ] [ 38 ] [ 39 ]

2013年6月、Ucamcoはガーバー形式に3つの新しいコマンドを追加する提案を発表しました。これらのコマンドは、画像とそのコンポーネントに付随するメタデータを伝達する画像属性を含めることを可能にします。Ucamcoは、これらのアイデアを正式な仕様にコミットする前に、ガーバーユーザーからのフィードバックを求めました。このプロセスの結果、2014年2月に改訂版J1が発表され、その後も改訂を重ねて2015.07改訂版となっています。メタデータを含めることで、形式にインテリジェンスが追加されます。これは、単なる画像記述形式を本格的なPCBデータ転送形式に変換します。これは2番目の拡張と呼ばれ、ガーバーX2と呼ばれる形式になります。ガーバーX1は純粋な画像形式です。ガーバーX2は、属性が画像に影響を与えないため、X1と完全に下位互換性があります。ガーバーX2は、Karel Tavernier、Ludek Brukner、およびThomas Weynによって開発されました。[ 1 ] [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]

2014年9月、UcamcoはStandard Gerberを廃止した。[ 1 ] [ 43 ]

2015年8月、Ucamcoはパネル記述の効率化を図るため、ネストされたステップアンドリピートとブロックアパーチャを追加した仕様草案を公開し、ユーザーコミュニティからの意見を求めた。[ 44 ]最終仕様は、多くの意見を募った後、2016年11月に公開された。この改訂版は、Karel TavernierとRik Breemeerschによって開発された。その後まもなく、Cuprum Gerberビューアが最初の実装を開発した。[ 45 ]

2016年7月、Ucamcoはガーバーにネットリスト情報を含める仕様草案を公開し、ユーザーコミュニティからの意見を求めました。[ 46 ]ユーザーからの意見を受けて草案は数回改訂され、2016年10月2日に最終決定されました。[ 1 ] [ 19 ]

2017年3月、Ucamcoはユーザーコミュニティからの意見を求め、ガーバーに製造ドキュメントを含める仕様案を公開した。[ 47 ] [ 48 ]活発な議論があり、この案は7回の公開改訂を経て、2018年4月初旬に最終決定された。[ 22 ]

2017年6月、Ucamco社は仕様を補完する無料のオンラインリファレンスガーバービューア[ 13 ]を公開しました。このビューアは定期的に更新され、新しい機能が追加されています。[ 49 ]

2019年10月、Ucamcoはガーバーデータに部品情報を含めるための仕様草案を公開し、ユーザーコミュニティからの意見を募りました。この提案は既存の構文を再利用しているため、後方互換性があります。新しい構文は導入されていませんが、ガーバーを新たな領域に拡張するものであり、Gerber X3という名称が提案されています。この仕様草案はKarel Tavernierによって作成されました。[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

その他のPCBフォーマット

長年にわたり、ガーバーをレイヤーイメージだけでなく、ネットリストやコンポーネント情報などのより多くの情報を含むフォーマットに置き換える試みがいくつかありました。[ 34 ]これらの試みはどれも、フォーマットが複雑であるためか、電子機器製造業界では広く受け入れられませんでした。[ 10 ]ガーバーは依然として最も広く使用されているデータ転送フォーマットです。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

  • IPC -D-350 Cデジタル形式のプリント基板の説明、1989 年。この仕様は1992 年にIEC 61182–1 として標準化され、2001 年に廃止されました。ほとんど使用されていません。
  • DXF時々使用されます。通常、図面として作成されるため、PCBオブジェクト（トラックとパッド）が失われ、CAMでの使用が非常に困難になります。
  • PDF時々使用されます。
  • DPFフォーマット（現在バージョン7）、UcamcoのCAMフォーマット。時々使用されます。
  • 電子設計交換フォーマット（EDIF）。あまり使用されません。
  • ODB++はMentor Graphics社のCAMフォーマットです。ガーバー形式ではない一般的なフォーマットとして使用されることもあります。[ 53 ]
  • GenCAM: IPC -2511A製品製造記述データおよび転送方法の実装に関する一般要件、2000 年。ほとんど使用されません。
  • GenCAM: IPC -2511B製品製造記述データおよび転送 XML スキーマ方法論の実装に関する一般要件、2002 年。ほとんど使用されません。
  • 派生規格：IPC -2581プリント基板組立製品の製造記述データおよび転送方法に関する一般要求事項、2004年。あまり使用されていないが、最近注目を集めている。[ 54 ]
  • STEP AP210: ISO 10303 -210、電子アセンブリ相互接続およびパッケージ設計、第1版2001年、第2版2008年（発行予定）

参考文献

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