Gerber-Dateien für Leiterplatten: Das ultimative Format-Guide

Einführung: Die Sprache der Fertigung

In der Welt der Elektronikfertigung (EMS) ist die Kommunikation zwischen Design und Produktion kritisch. Sie können das beste PCB-Layout entwerfen, aber wenn die Fertigungsdaten nicht präzise sind, wird das Endprodukt fehlerhaft oder unbrauchbar. Der Standard für diese Kommunikation ist seit Jahrzehnten das Gerber-Format.

Viele Ingenieure, besonders Einsteiger, behandeln den Export von Gerber-Dateien als nachträglichen Klick im Menü ihres CAD-Tools. Das ist ein gefährlicher Fehler. Gerber-Dateien sind nicht einfach nur "Bilder" Ihrer Leiterplatte; sie sind maschinenlesbare Anweisungen, die jedem Belichtungsgerät in der Welt sagen, wo Kupfer bleiben soll und wo es geätzt wird.

Was ist eine Gerber-Datei?

Eine Gerber-Datei ist ein offener, ASCII-basierter Vektorformat-Standard für den Druck von Leiterplatten (PCBs). Er wird von Ucamco, dem ehemaligen Unternehmen Gerber Systems, verwaltet. Eine Gerber-Datei beschreibt jede einzelne Schicht (Layer) der Leiterplatte separat – von den Kupferleitern über die Lötstoppmaske bis zum Siebdruck.

Stellen Sie sich vor, Sie bauen ein Sandwich. Jede Zutat (Brot, Käse, Salat) muss separat beschrieben werden, damit der Koch (die Fertigungsmaschine) weiß, wo sie platziert wird. In der PCB-Fertigung ist jede Gerber-Datei eine dieser "Zutaten".

• Kupfer-Layer: Definieren die leitenden Bahnen (Spuren) und Flächen (Pads).
• Lötstoppmaske (Soldermask): Der grüne (oder andere Farbe) Lack, der Kupfer schützt, aber Lötaugen freilässt.
• Siebdruck (Silkscreen): Die Beschriftungen, Logos und Komponentenbezeichnungen.
• Bohrdaten: Obwohl technisch oft ein separates Format (Excellon), gehören sie zum Gerber-Paket.

Die Evolution: RS-274D zu RS-274X

Um zu verstehen, warum wir heute bestimmte Einstellungen wählen, müssen wir kurz zurückblicken. Es gibt im Wesentlichen zwei Generationen des Gerber-Standards, die heute noch relevant sind – wobei eine davon veraltet und gefährlich ist.

Gerber X2: Der intelligente Standard

RS-274X ist großartig, aber es hat eine Lücke: Es weiß nicht, welcher Layer es ist. Eine Datei namens top.gbr könnte vom Menschen als Top-Layer interpretiert werden, aber für die Maschine ist es nur Vektordaten.

Hier kommt Gerber X2 ins Spiel. Es erweitert RS-274X um Attribute, die die Datei "intelligent" machen. Die Datei sagt der CAM-Software explizit: "Ich bin die Lötstoppmaske auf der Oberseite" oder "Ich sind die Bohrdaten für Durchkontaktierungen".

Wichtige Dateiendungen und Layer

Es gibt keine gesetzlich vorgeschriebenen Dateiendungen, aber die Industrie hat Konventionen etabliert, die Sie kennen müssen. Wenn Sie Ihre Daten an einen Hersteller wie Wiringo senden, hilft die Einhaltung dieser Namenskonventionen enorm.

Hinweis: Bei Multilayer-Boards (4, 6, 8+ Layer) finden Sie oft Dateien wie .G2, .G3, .GP1, .GP2 für innere Lagen.

Bohrdaten: Excellon und andere Formate

Ein häufiges Missverständnis ist, dass Bohrdaten auch im Gerber-Format vorliegen. Das ist meistens nicht der Fall. Bohrdaten werden fast immer im Excellon-Format geliefert.

Die Excellon-Datei enthält die Koordinaten und Durchmesser aller Löcher. Es ist absolut kritisch, dass Sie auch eine Bohrwerkzeug-Liste (Tool List) mitsenden, da die Excellon-Datei oft nur Werkzeugnummern (T1, T2, T3) enthält, aber nicht den finalen Durchmesser in Millimetern, wenn dieser nicht explizit kodiert ist.

Die 7 häufigsten Gerber-Fehler

Als EMS-Dienstleister sehen wir täglich Dutzende von Designs. Hier sind die Fehler, die die Fertigung verzögern oder – schlimmer noch – fehlerhafte Boards produzieren:

1. Falsche Einheiten (Zoll vs. Millimeter):

   Ein klassischer Fehler. Das Design ist in Millimetern, der Gerber-Export aber auf Zoll (Inches) eingestellt. Das Ergebnis ist ein Board, das 25,4-mal zu klein oder zu groß ist. Oder noch schlimmer: Die Strukturen sind minimal falsch skaliert.

2. Fehlende oder falsche Lötstoppmaske (Soldermask):

   Vergessen Sie die Soldermask-Dateien, erhalten Sie möglicherweise ein Board, das komplett mit Lötstopplack bedeckt ist – kein Löten möglich. Ein häufiger Fehler ist auch, dass die Lötstoppmaske die Pads nicht freigibt (kein Expansion-Wert).

3. Silkschrift über Pads:

   Wenn Beschriftungen direkt über Lötflächen liegen, verhindert dies eine gute Lötverbindung. Moderne CAM-Software entfernt dies oft automatisch, aber nicht immer zuverlässig. Säubern Sie Ihr Design!

4. Null-Abstand (Zero Clearance) zwischen Kupfer und Kontur:

   Kupfer darf nicht direkt am Rand des Boards enden. Es muss ein Sicherheitsabstand zur Kontur (Board Outline) bestehen, sonst wird das Kupfer beim Fräsen beschädigt oder es kommt zu Kurzschlüssen.

5. Fehlende Kontur (Board Outline):

   Sie haben die Leiterbahnen perfekt, aber vergessen, die Form des Boards zu definieren. Der Hersteller weiß nicht, wie er das Brett zuschneiden soll.

6. Aperturen nicht definiert (RS-274D):

   Wie oben erwähnt, ist der Export im alten RS-274D ohne eingebettete Aperturen ein Hauptgrund für Rückfragen.

7. Falsche Formatierung (Leading/Trailing Zeros):

   Koordinaten wie 02500 können 2.500 oder 25.000 bedeuten, je nachdem, ob führende oder nachfolgende Nullen ignoriert werden. Eine falsche Einstellung hier zerstört das Layout komplett.

Checkliste für den Datenaustausch

Bevor Sie Ihre Daten hochsenden, gehen Sie diese Liste Punkt für Punkt durch. Es spart Ihnen E-Mails hin und her.

Fazit

Das Verständnis von Gerber-Dateien ist eine fundamentale Kompetenz für jeden Hardware-Entwickler. Es ist die Schnittstelle, die Ihr virtuelles Design in ein physisches Produkt verwandelt. Während moderne CAD-Tools (Altium Designer, KiCad, Eagle, OrCAD) den Export weitgehend automatisieren, liegt die Verantwortung für die Richtigkeit der Daten immer beim Designer.

Nutzen Sie immer den aktuellen RS-274X Standard und prüfen Sie Ihre Dateien vor dem Versand. Ein paar Minuten der Überprüfung können Tage der Fertigungsverzögerung verhindern. Wenn Sie unsicher sind, zögern Sie nicht, Ihren Fertigungspartner (EMS) frühzeitig in den Prozess einzubeziehen.