原创 Gerber文件生成与PCB板制成

Gerber文件生成与PCB板制成

  闲话突然车多了，下面开始进入正题了。

  首先第一步是生成Gerber文件前的一些准备工作生成Gerber文件前，需要设置若干标准，但是对于普通PCB设计者来说，这些不是必须的，下面简单说明一下这些设置，在生成Gerber文件时不用此设置也是可以的。

1.对PCB外形，尺寸标注的设置，一般为mechanic1、2层。

2.生成Gerber文件前多原始PCB文件的预处理。

  预处理包括：                   

增加PCB工艺边。

增加邮票孔。

增加机插孔。

增加贴片用的定位孔，这个定位孔正常也可以单板PCB文件中添加。

增加钻孔描述。

增加尺寸标注。

设定原点。

  第二步是设置原点。

  Edit→Origin→Set，然后将原点定在板的左下角。

也可以用工具菜单选项。

  第三步就是到了我们输出Gerber文件了。

        （1）打开Gerber Files 选项。

             File-->FabricationOpuputs-->GerberFiles。

        （2）参数设定。General设置。

用于指定输出Gerber文件中使用的单位（Units）和格式（Format）。单位可以是公制（Millimeters）和英制（Inches）；格式栏中2：3，2:4，2:5代表文件中使用的不同数据精度，其中2：3表示数据含2位整数3位小数；相应的，另外两个分别表示数据中含有4位和5位小数。设计者根据自己在设计中用到的单位精度进行选择。当然，精度越高，对PCB制造设备的要求也就越高。

选择Units（单位）:Inches，Format（格式）：2：5；正常我们的精度要求不是很高，所以正常设置如右图所示。

      （3）layer设置：用于生成Gerber文件的层面

在左侧“Plot”列表内选择要生成Gerber文件层面，如果要对某一层进行镜像，勾选相应的“Mirror”镜像选项；在右侧Mechanical列表中选择要加载到各个Gerber层的机械尺寸信息。如果勾选左侧的Mechanical 1，则在光绘文件GM1单层显示。勾选右侧的Mechanical 1则每层都会加入机械层信息，也就是边框层。包含未连接中间信号层上的焊盘“Include unconnected mid-layer pads”项被选中时，则在Gerber中绘出不与中间信号层上孤立的焊盘连接在一起。该项功能仅限于包含了中间信号层的PCB 文件输出Gerber 时使能。

      1）选中Include unconnected mid-layer pads。

2）点击Mirror Layers下拉菜单 All off 可以关闭所有镜像的层。其实默认就是关闭的。

3）要检查一下，不要丢掉层，点击Plot Layers “绘制层”下拉菜单Used On 可以把使用的层选中，也可以鼠标单击Plot下的方框选择要导出的层。

      4）右边机械层都不选（第二次输出）。

  （4）钻孔文件。

在“Drill Drawing”保持默认设置。

  （5）Apertures（光圈）和Advanced都采用默认方式即可。

Apertures（光圈）：选中Embedded aperture [RS274X]“嵌入的光圈(RS274X) ” 在方格里打勾. 系统默认选中。则生成Gerber文件时自动建立光圈。如果禁止该选项，则右侧的光圈表将可以使用，设计者可以自行加载合适的光圈表。

Advanced高级设置：该也设置与光绘胶片相关的各个选项。在该设置页中设置胶片尺寸及边框大小、零字符格式、光圈匹配容许误差、板层在胶片上的位置、制作文件的生成模式和绘图器类型等。

在这边设置尤为注意一点的是如果设置小了的话会出现这样的效果。

针对这样的情况只要你把当中的X,Y，Border size的相应设置后面补零就可以解决这个问题。

   （6）设置完成后，左键点击“OK”按键，进行第一次输出。（生成的*.cam可不用保存）

 第四步钻孔文件导出。

   （1）在PCB 的文件环境中 File→Fabrication Output → NC Drill Files。

   （2）进入NC Drill Setup界面，option选项的设置要和Gerber Setup高级选项设置一致。

   （3）点击“OK”按键，在弹出来的“Import Drill Data”输入钻孔数据界面里点击“OK”按键，进行第二次输出。生成钻孔文件。

  第五步另外，可以说是第三次输出，再次进入Gerber Setup，File-->FabricationOpuputs-->GerberFiles。

1）layer选项卡，取消Include unconnected mid-layer pads。

2）Mirror Layers下拉菜单 All off 可以关闭所有镜像的层。

3）点击Plot Layers “绘制层”下拉菜单All off。

4）选中板子的机械层mechanic1。

 钻孔文件Drill Drawing，选中plot all used layers pair，mirror plots不选。

点OK，第三次输出。

  第六步至此，完整的Gerber文件就生成了，在工程目录下有保存的Gerber文件，一般在工程目录下，如果没有工程文件，只是用PCB文件生成的，Gerber文件自动保存在PCB文件所在的文件夹。

而最终生成的文件总共有如下图所示

  其实这些生成的Gerber文件来说都有一个规律，那就是地产四个，顶层四个，外加机械层两个和钻孔层，以及当中的坐标文件，那么这就牵扯到一个问题，Gerber文件到底有哪些是必须的要的呢？钻孔层以及底层顶层的一些文件。

  然而把这些文件发给厂家以后他们那边的生产流程又会是咋样呢？那就下来就让我带你去见识下生成PCB板的一些流程吧！

以下内容的资料园子@yulzhu；

下面以四层PCB板制作过程：
1.化学清洗—【Chemical Clean】

为得到良好质量的蚀刻图形，就要确保抗蚀层与基板表面牢固的结合，要求基板表面无氧化层、油污、灰尘、指印以及其他的污物。因此在涂布抗蚀层前首先要对板进行表面清洗并使铜箔表面达到一定的粗化层度。
内层板材：开始做四层板，内层（第二层和第三层）是必须先做的。内层板材是由玻璃纤维和环氧树脂基复合在上下表面的铜薄板。
2.裁板 压膜—【Cut Sheet Dry Film Lamination】

涂光刻胶：为了在内层板材作出我们需要的形状，我们首先在内层板材上贴上干膜（光刻胶，光致抗蚀剂）。干膜是由聚酯簿膜，光致抗蚀膜及聚乙烯保护膜三部分组成的。贴膜时，先从干膜上剥下聚乙烯保护膜，然后在加热加压的条件下将干膜粘贴在铜面上。
3.曝光和显影-【Image Expose】 【Image Develop】

曝光：在紫外光的照射下，光引发剂吸收了光能分解成游离基，游离基再引发光聚合单体产生聚合交联反应，反应后形成不溶于稀碱溶液的高分子结构。聚合反应还要持续一段时间，为保证工艺的稳定性，曝光后不要立即撕去聚酯膜，应停留15分钟以上，以时聚合反应继续进行，显影前撕去聚酯膜。
显影：感光膜中未曝光部分的活性基团与稀碱溶液反应生产可溶性物质而溶解下来，留下已感光交联固化的图形部分。
4.蚀刻-【Copper Etch】

在挠性印制板或印制板的生产过程中，以化学反应方法将不要部分的铜箔予以去除，使之形成所需的回路图形，光刻胶下方的铜是被保留下来不受蚀刻的影响的。
5.去膜，蚀后冲孔，AOI检查，氧化
Strip Resist】 【Post Etch Punch】 【AOI Inspection】 【Oxide】

去膜的目的是清除蚀刻后板面留存的抗蚀层使下面的铜箔暴露出来。“膜渣”过滤以及废液回收则须妥善处理。如果去膜后的水洗能完全清洗干净，则可以考虑不做酸洗。板面清洗后最后要完全干燥，避免水份残留。
6.叠板-保护膜胶片【Layup with prepreg】

进压合机之前,需将各多层板使用原料准备好,以便叠板(Lay-up)作业.除已氧化处理之内层外,尚需保护膜胶片(Prepreg)-环氧树脂浸渍玻璃纤维。叠片的作用是按一定的次序将覆有保护膜的板子叠放以来并置于二层钢板之间。
7.叠板-铜箔 和真空层压
【Layup with copper foil】【Vacuum Lamination Press】

铜箔-给目前的内层板材再在两侧都覆盖一层铜箔，然后进行多层加压（在固定的时间内需要测量温度和压力的挤压）完成后冷却到室温，剩下的就是一个多层合在一起的板材了。
8.CNC钻孔【CNC Drill】

在内层精确的条件下，数控钻孔根据模式钻孔。钻孔精度要求很高，以确保孔是在正确位置。
9.电镀-通孔【Electroless Copper】

为了使通孔能在各层之间导通（使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化），在孔中必须填充铜。第一步是在孔中镀薄薄一层铜，这个过程完全是化学反应。最终镀的铜厚为50英寸的百万分之一。
10.裁板 压膜【Cut Sheet】 【Dry Film Lamination】

涂光刻胶：我们有一次在外层涂光刻胶。
11.曝光和显影-【Image Expose】 【Image Develop】

外层曝光和显影
12.线路电镀：【Copper Pattern Electro Plating】

此次也成为二次镀铜，主要目的是加厚线路铜和通孔铜厚。
13.电镀锡【Tin Pattern Electro Plating】
其主要目的是蚀刻阻剂, 保护其所覆盖的铜导体不会在碱性蚀铜时受到攻击（保护所有铜线路和通孔内部）。
14.去膜【Strip Resist】

我们已经知道了目的，只需要用化学方法，表面的铜被暴露出来。
15.蚀刻【Copper Etch】

我们知道了蚀刻的目的，镀锡部分保护了下面的铜箔。
16.预硬化 曝光 显影 上阻焊

【LPI coating side 1】 【Tack Dry】 【LPI coating side 2】【Tack Dry】
【Image Expose】【Image Develop】 【Thermal Cure Soldermask】
阻焊层,是为了把焊盘露出来用的,也就是通常说的绿油层,实际上就是在绿油层上挖孔,把焊盘等不需要绿油盖住的地方露出来。适当清洗可以得到合适的表面特征。
17.表面处理

【Surface finish】
  > HASL, Silver, OSP, ENIG 热风整平，沉银，有机保焊剂，化学镍金
  > Tab Gold if any 金手指
热风整平焊料涂覆ＨＡＬ(俗称喷锡)过程是先把印制板上浸上助焊剂，随后在熔融焊料里浸涂，然后从两片风刀之间通过，用风刀中的热压缩空气把印制板上的多余焊料吹掉，同时排除金属孔内的多余焊料，从而得到一个光亮、平整、均匀的焊料涂层。
金手指(Gold Finger,或称 Edge Connector)设计的目的,在于藉由connector连接器的插接作为板对外连络的出口,因此须要金手指制程.之所以选择金是因为它优越的导电度及抗氧化性.但因为金的成本极高所以只应用于金手指,局部镀或化学金
最后总结一下所有的过程：
1) Inner Layer 内层
  > Chemical Clean 化学清洗
  > Cut Sheet Dry Film Lamination 裁板 压膜
  > Image Expose 曝光
  > Image Develop 显影
  > Copper Etch 蚀铜
  > Strip Resist 去膜
  > Post Etch Punch 蚀后冲孔
  > AOI Inspection AOI 检查
  > Oxide 氧化
  > Layup 叠板
  > Vacuum Lamination Press 压合
2) CNC Drilling 钻孔
  > CNC Drilling 钻孔

3) Outer Layer 外层
  > Deburr 去毛刺
  > Etch back - Desmear 除胶渣
  > Electroless Copper 电镀-通孔
  > Cut Sheet Dry Film Lamination 裁板 压膜
  > Image Expose 曝光
  > Image Develop 显影
 4) Plating 电镀
  > Image Develop 显影
  > Copper Pattern Electro Plating 二次镀铜
  > Tin Pattern Electro Plating 镀锡
  > Strip Resist 去膜
  > Copper Etch 蚀铜
  > Strip Tin 剥锡
5) Solder Mask 阻焊
  > Surface prep 前处理
  > LPI coating side 1 印刷
  > Tack Dry 预硬化
  > LPI coating side 2 印刷
  > Tack Dry 预硬化
  > Image Expose 曝光
  > Image Develop 显影
  > Thermal Cure Soldermask 印阻焊
6) Surface finish 表面处理
  > HASL, Silver, OSP, ENIG 热风整平，沉银，有机保焊剂，化学镍金
  > Tab Gold if any 金手指
  > Legend 图例
7) Profile 成型
  > NC Routing or punch
8) ET Testing, continuity and isolation
9) QC Inspection
 >  Ionics 离子残余量测试
  > 100% Visual Inspection 目检
  > Audit Sample Mechanical Inspection
  > Pack & Shipping 包装及出货
说明图为Circuitronic美国总部做的，比较好看，拿过来用了。