过去一年，行业开展了大量的智能设计数据格式学术活动，新的数据格式（其实并不是那么新）正逐渐赢得用户。但绝大多数PCB设计仍然采用Gerber格式输出设计文件。作为有60年历史的数据格式，Gerber最初的开发目标并不是为了将PCB设计传输给制造商。

最近，I-Connect007编辑团队采访了Ucamco公司总经理Karel Tavernier（Ucamco是Gerber格式的开发者，拥有其知识产权）以及Gerber格式的支持者——Eurocircuits公司总经理Dirk Stans。他们阐述了Gerber为设计师和制造商提供的优势，以及为什么其仍然是PCB设计界通用数据格式的原因和具有高适应力数据格式的发展前景。

 

Karel Tavernier任Ucamco公司常务董事

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Dirk Stans任Eurocuits N.V.公司经理合伙人

 

Andy Shaughnessy：Karel，能否介绍Gerber的发展历史及其最新版本？

 

Karel Tavernier：Gerber历史可以追溯到很久以前。它最初是光绘图仪Gerber线的输入格式，是一种纯图像格式。有许多针对特定绘图仪的变体。Gerber非常成功，业界很多企业采用Gerber格式或其变体作为其图像格式。Ucamco于1998年接管了Gerber Systems公司。当时，我们推出了扩展Gerber，从本质上讲，它统一和简化了Gerber图像格式系列，去除了许多针对于具体设备的内容，形成了简单明了的统一格式。它非常成功，业界几乎都采用过这种格式。

推出扩展Gerber是在1995年，那时，ODB问世。扩展Gerber成为主流格式并不是说它一定比ODB更好，而是因为它易于采用，并且在很大程度上与当时的软件兼容。很长一段时间以来，Gerber格式没有任何变化。ODB增加了元件信息，有利于行业应用。2010年，Ucamco再次升级Gerber格式。

第一阶段，先简化再扩展。通过简化去除所有很少或从未使用过的功能。第二阶段，添加了Gerber作为CAD到CAM数据传输格式中缺乏的信息。Gerber是完美的图像格式，但缺乏设计意图信息。包括不包含关于哪些钻孔是导通孔或元件孔的信息。最终，Gerber X2于2014年发布。Gerber X2在Gerber文件中添加了额外的信息，包括是正像还是负像，是铜层还是阻焊层，哪些焊盘是元件焊盘，是位于顶部还是底部，等等。这一版本已经被广泛采用，如今大多数Gerber文件都是X2版本。

它被迅速采用的原因仍是其使用简单。输出的难点在于图像，要正确输出图像并不容易。对于已经具有Extended Gerber输出（即所有输出）的CAD供应商，生成额外的X2信息非常直接。例如，Gerber软件以Gerber格式输出顶部铜层时，可智能识别并添加说明。

Gerber X2与输入端兼容。如在没有更新软件的情况下接收Gerber X2文件也可应用。未升级软件，仅是没有享用到Gerber X2的好处，不会遇到操作问题。

我们与IPC-2581标准开发组进行了沟通。我在《PCB Design 007》上读到一篇关于IPC-2581 DPMX的文章，介绍说这项标准不错。然而，它很难应用 ，因为必须采用新的图像语言，但这种语言非常难。这种新图像语言没有带来任何新功能。但是DPMX有弥补Gerber中不存在的功能，而这些功能又确实是客户需要的。我建议DPMX发布允许使用Gerber图像文件的版本，但要在DPMX中添加新内容。应该允许客户只采用DPMX那部分新功能，不过，DPMX核心团队应该只想实现完整的功能。

我认为业界不接受DPMX的原因在于，其核心团队将应用DPMX变得异常困难。许多PCB设计公司规模都不大，他们会为开始应用DPMX之前必须仔细阅读一本有1000页的手册而缺乏耐心。所以，DPMX计划没有成功。这也是我们在绝望中启动X3项目的原因。我原本希望IPC团队能开始这个项目，但好吧，只好我们自己做了（笑）。

Gerber X3项目中，向Gerber文件添加了元件信息。再次赞扬ODB的同行，他们很久以前就这样做了，但采用了相当复杂的方法。在Gerber中添加元件信息的好处在于它非常简单，在语法和语义上与X2兼容。即使有一个低版本的扩展Gerber阅读器，仍然能够读取元件并获得部分信息。如果有X2，则可以获取更多的信息。当然，如果需要获取具体元件的功能，就需要采用X3。但是对于读写，无需升级版本。任何拥有X3文件的人都可以使用专用在线查看器以了解元件信息。总之，在Eurocuits的大力支持和推动下，Gerber X3添加了元件信息。

第三步是添加Gerber作业文件，它是一个单独的文件，包含表面涂层、IPC等级、材料堆叠厚度等。其规范是不到20页的单独文件。之所以需要此作业文件，是因为信息（如表面涂层）通常未包含在CAD系统中。它在ERP系统中，用Excel文件或其他格式文件编写。将这些信息增加到复杂的图像格式中是没有意义的，因为编写或读取这些信息的人是ERP程序员，而不是CAD程序员。他们可以阅读作业文件，并且更愿意阅读仅有20页的规范。但是如果面对1000页用于描述所有图像文件的规范包时，他们也会失去耐心。有一些企业已在内部实现并使用了Gerber作业文件，因为它是描述材料的简便格式。这是由ERP程序员实现的，他们从未见过Gerber文件，也希望永远也不必看。

因此，目前来说，Gerber格式是完整的，包含了制造所需的一切信息以及非设计相关信息。当然，Gerber文件不包含ODB文件内的部分信息，反之亦然。我的意思是，两种格式的细节会有所不同，但都包含了主要的信息。Gerber的好处是可以兼容的方式完成数据传输，易于理解和使用。

可以用Gerber和ODB制作PCB，也可以用DPMX制作PCB，但这都不是重点。Gerber的优点是简单性和兼容性。在过去的20年里发生了很多事情。

 

Shaughnessy：Dirk，谈谈你作为制造商对Gerber的看法如何？

 

Dirk Stans：我们以样品和小批量产品为主。我们在欧洲约有12000家活跃客户，有近20000人使用我们的系统。当然，这些人使用了大量不同的CAD系统。我们的网站上有专门介绍Gerber发展历史的网页，介绍了其最新格式和它的所有好处。我们把这些信息传递给了使用CAD系统的设计师。

在CAD系统中，考虑的是电气功能。另一方面，制造商正在使用CAM系统，从力学角度思考是否能制造这个部件。这两个领域之间有很大的差异。你需要以某种方式将其结合在一起，不仅要了解各自要实现的目标，还要以同一种语言沟通。需要有一个具有所有颜色、三维尺寸、三维视图的出色CAD系统，并将此信息传达给制造商，但几乎没有任何办法能实现这一目标。大多数CAD系统对良好的DFM规则和可制造性设计几乎一无所知。

这些系统不体现实际的制造经验。通过CAD系统管控PCB制造的想法是不合理的。我的意思是，有人认为这是可能的，当时，还需要从CAD到CAM的转换，我的梦想是在CAD和CAM之间搭建一座桥梁，并能够从两个方向穿越这座桥梁。为什么会这样？因为在样品生产阶段，你不是在和采购者打交道。采购者可能从未近距离看过PCB板。

你要面对的是设计电路布局的人，而设计师会犯错。几乎没有一块PCB的设计是没有错误的。制造商会通过样品清除和纠正错误，而这些更正信息如何反馈给设计师？如果能从两个方向通过这座桥，双方的沟通、信息共享将非常高效。Gerber格式是解决这一问题的上佳工具。

30年来，我们一直生产PCB样品，过去4年，又增加了组装业务，于是生产变得更加复杂。PCB领域是非常有组织的，但是组装领域就像杂乱的丛林，无任何组织，甚至没有很明确地指定格式。客户可以用任何喜欢的方式制作BOM。只要自己明白所做的内容就好。只要停留在CAD系统里，一切都是美好的。然后输出文件，就再没有人能理解它了。我们需要CAD系统内部的标准化。

多年来，我一直在和Karel说，“请为我开发X3”，因为可以至少标准化如何从CAD系统输出元件信息。一些CAD系统已经采用了元件放置文件（component placement file，简称CPL）；就元件而言，我认为是向前迈出了一大步。唯一的问题是“是否可从CAD方面实现它？”这不是一件无关紧要的事情。比如，我们每年处理10万多个PCB数据包订单，其中大约1万个订单要组装。对于每个订单，计算和分析的数量至少是之前的5倍。业界可以在我们的网站上自由地计算分析，并且所有Eurocuits用户均可免费使用这些工具。这意味着，我们的工具每天至少处理约2000个数据包。底层工具是由Karel提供的软件，然后我们在Integrator上构建了自己的平台。

 

Tavernier：我想说，这个平台令人印象深刻。

 

Stans：谢谢。作为PCB和PCBA可视化工具，因在订购前可以在线可视化、虚拟生产和组装PCB。对于Eurocuits用户，它是免费的。如果每天需要获取这些数据，那么提供的文件大部分是Gerber X2，以及一部分本地EAGLE和本地Ki CAD。为什么是本地EAGLE和本地Ki CAD？因为它们也是开放的、可读的格式，我们已经编写了输入处理器，可将这些数据自动转换为内部Ucamco格式，即DPF格式。我们跳过了中间的Gerber翻译步骤，直接从EAGLE和Ki CAD转换为Ucamco格式，这当然是一种优势，因为这样就无需翻译步骤了。以每天2000个文件计算，如果换用ODB++格式，文件数量将10~20倍增加。

原因是，许多客户没有使用大型CAD许可证。大型CAD公司在资金投入上是巨大的，但他们拥有的许可证数量并不多。市场上大量小设计师使用的都是较小的CAD系统，这些系统并没有Karel介绍的这些功能强大的输出处理器，只针对Gerber、Gerber X1，现在是Gerber X2。实际情况就是这样。这就是我们得到这个结果的原因。对于EAGLE和Ki-CAD，我们已经解决了问题。这就是欧洲的样品和小批量业务情况。

 

Ucamco提供了一套免费的在线Gerber查看器

 

Shaughnessy：你们也接受ODB++格式。

 

Stans：是的。而且愿意接受ODB++，比方说，每月10~20次。众所周知，不能误用Gerber，因为每个Gerber数据包对一个版本的PCB。如果ODB container保留了这块PCB的版本1和版本2的最终形式和非最终形式，首先我要问 “应该制作其中的哪一块？”事情会变得一团糟。对于Gerber来说，有清晰的一对一输出，无需讨论。这对每个人来说都很轻松。如果你想让我生产3块不同的PCB，那么你需要发送3个数据包；如果想让我生产同一块PCB的3个版本，也需要发送3个数据包。以上均不会把设计文件都装在一个大ODB文件包里发送给我，造成我必须向设计师确认，才能找到正确的文件包。

 

Tavernier：事实上，目前Gerber X3已经完成开发。我想添加一些属性，但这取决于客户端需求，我不喜欢编写尚未实施的规范。正如孔子所说，“只有你实施了规范，你才能理解它。”而且，如果它没有被使用，只会使规范变得混乱。Gerber规范中没有未使用的功能，我想保持这种方式。

 

Stans：我的朋友，有一样东西不见了。

 

Tavernier：是什么？

 

Stans：在它后面放一个D，使它成为X3D，这是我长久以来的梦想。可以包含STEP文件，但这取决于CAD系统。CAD库通常维护不良，只能输出其中的内容。如果里面没有东西，就不能输出。但这确实是向前迈出的一步。我们正朝着电子制造的方向发展，这意味着我们将生产PCB、组装，到今年年底，我们将开始生产外壳，在内部完成所有工作。有了X3D，我们就可以在制程开始时就进行完整的虚拟制造，将在外壳组装等之后，完成完整的DFM。

这将是一个巨大的优势，因为在价值链开始时纠正的错误成本非常低，而最后纠正的错误成本高昂。这就是我们坚持的宗旨——第一次就把事情做对。但实现的基础在于高效的CAD库。

 

Nolan Johnson：Dirk，这正是我想说的，您刚才提及了CAD库。你能多谈谈这个主题吗？

 

Stans：一切都始于设计师在CAD库中的内容。其中信息来自哪里？是来自一个规范还是来自互联网上下载的东西？输入到数据库的信息质量如何？我们发现许多错误，甚至很少有没有错误的文件。有些错误非常基础，比如不匹配的占位。某家客户传来的PCB设计中CAD系统标注了占位，然后我们进行DFM。我们用数据库中的制造部件号对此复查，然后发现封装占位不匹配，随后出现异常，需要找到原因。

在许多情况下，客户的占位是错误的。在很多情况下，我们已经见过这种占位10次了，这很常见。如果在开始制造之前没有进行DFM，那么你一定会遇到这样的情况——EMS公司根据客户的数据订购部件，采购回PCB、元件物料，然后发现它们装不到一起。

 

Johnson：那么，在CAD系统中选择封装占位有问题吗？Gerber文件准确地表示用户在其数据库中输入的内容。

 

Stans：是的。

 

Johnson：这不是文件问题，而是部件质量问题？

 

Stans：没错。

 

Tavernier：在Gerbers的实现中，可以看到属性中的错误。例如，如果形状比矩形稍微复杂一点，它有时会作为不同部件放入部件库，或者在Gerber输出中得到相同的结果，这甚至不是Gerber格式或CAD软件的错误。只是因为部件的构造方式。错误更多地来自数据库用户错误，而不是CAD软件。

 

Stans：对于组装来说，真正令人深思的问题是已经存在很长时间的IPC从未成功地说服元件制造商创建一个包含所有元件的全球可访问数据库。整个行业都被迫反复做这项工作，这意味着错误会一再发生。

 

Johnson：就好比所有人使用的文字处理器拒绝提供字体，让我们所有人都自己制作字体。

 

Tavernier：这是个很好的比方。

 

Stans：确实是这样。元件制造商不愿意提供元件数据信息，形成标准化、统一的公开数据库。这就是目前的实际状况。

 

Shaughnessy：幸运的是，在经历了大约20年没有太多新人进入制造业之后，现在看到越来越多的年轻人进入PCB行业。你认为这些新人会更倾向使用更时髦的格式吗？ODB还是IPC-2581？开发者从一开始就说这两种格式是智能的、双向的、数字化的。你认为随着时间的推移Gerber的使用量会减少吗？

 

Tavernier：我认为它的使用量不会下降，因为从某种意义上说，其他格式不会带来实质利益，比如ODB文件中的制造或组装信息，Gerber都有。此外，正如Dirk提到的，可以在ODB文件中放入更多信息。ODB是Genesis CAM格式，它并不是真正为CAD和CAM之间传输数据设计的。所以，其中有很多信息会阻碍数据传输。对于CAD和CAM之间的数据传输，ODB文件包含的信息，在最新一代Gerber文件中都有涵盖。除了政治原因，为什么要抛弃Gerber？ODB现在归强大的西门子所有。如果ODB和Gerber之间发生冲突，这可能会起作用。但最终，由软件开发人员群体决定（其中绝大部分来自小公司）。给程序员DPMX规范包和Gerber规范包，他们会对要用什么格式犹豫10毫秒。我认为，Gerber不会消失，恰恰相反，会一直存在于这个行业。

 

Stans：如果回顾过去30年，你会发现那时更专业化。设计师制作原理图后，有元件专家、布局专家（更接近制造侧）、嵌入式程序员共同合作。但现在，深度专业化消失了，年轻的电子人一切都要自己来。他们更愿意有人告诉他需要使用什么材料以及符合哪些相应的标准。

今天的设计师需要做的事情太多了。我们每天都在聊天室里看到同样的问题。人们问的问题和20年前一样，没有任何进步。

 

Tavernier：我同意。我们总是可以通过Gerber格式开放地与人沟通并获取信息，比如发一封电子邮件，就会得到回复。但是，当你和CAD程序员讨论相关问题时，通常他不想花时间讨论，只想让你告诉他必须要做什么，他们不想花时间讨论技术指标的实现方式。

 

Stans：是的，而且他们不必靠精美的输出来赚钱；只需通过新奇的阻抗计算工具或CAD系统中任何功能就能赚钱。Altium也一样。他们讨论了很多年，现在这个部门特别注重精美的输出，对此我非常感谢，因为这正是使CAD系统更具可制造性所需要的。但是，市场上不销售任何具有这项功能的CAD系统。

 

Tavernier：Gerber是电子行业的PDF格式。那些PDF文件，你真的在乎里面的内容吗？当发送PDF文件后，对方能够阅读它，你不必担心它是这个还是那个，你只需要关心它是哪个版本。 

 

Shaughnessy：这是一个很好的总结。谢谢你们的精彩分享。

 

Tavernier：谢谢你，Andy。

 

欢迎扫码关注我们的微信公众号

“PCB007中文线上杂志”

点击这里即可获取完整杂志内容。

 

#PCB  #EMS  #Design  #设计  #业务  #制造工艺与管理  #Ucamco  #Gerber