Generar Gerber en EAGLE: TIPS Cadsoft EAGLE

EAGLE, el popular editor de diagramas y PCB multiplataforma nos permite convertir nuestros diseños en circuitos impresos de muchas formas. Una de ellas es mediante el método de la plancha y la impresora láser, otra es la utilización de fotolitos, placas fotosensibles y químicos reveladores. Pero… ¿Que pasa cuando necesitamos algo más serio? ¿Como podemos enviar nuestro diseño a una casa de fabricación de circuitos impresos?. En este tutorial explicaremos comogenerar los gerber en EAGLE y también repasaremos otros conceptos y tips importantes que nos ayudaran en el proceso.

En la foto de portada del articulo vemos una captura de pantalla de VIEWPlot mostrando un juego de archivos generados en EAGLE.

¿Como generar Gerber en EAGLE y mandar a fabricar un PCB?

La mayoría de los fabricantes de circuitos impresos aceptan diseños en un formato que no ha podido ser reemplazado desde hace mucho tiempo, conocido como formato Gerber. En realidad, la salida del software CAD (En este caso EAGLE) es una serie de archivos con distintas extensiones, cada uno contiene información sobre distintas partes del proceso de fabricación del PCB, como las capas superior, inferior, mascara antisoldante, etc. Dichos archivos se utilizan por el fabricante para alimentar a las maquinas que realizan el proceso de manufactura asistida por computadora (CAM).

Los archivos que se solicitan comúnmente son:

• .GBL – Gerber Bottom Layer – Capa inferior
• .GTL – Gerber Top Layer – Capa superior
• .GBS – Gerber Bottom Solder Resist – Máscara de soldadura inferior
• .GTS – Gerber Top Solder Resist – Máscara de soldadura superior
• .GBO – Gerber Bottom Overlay – Serigrafía superior
• .GTO – Gerber Top Overlay – Serigrafía inferior

Esto no quiere decir que sean los únicos, hay otras capas que se requieren para otras partes del proceso de ensamble, sin embargo con este juego de archivos básico se tiene la información suficiente para fabricar un circuito impreso.

Revisando las reglas de diseño (DRC).

Una de las partes más críticas de enviar el diseño de un circuito impreso para su producción es cumplir con todos los requerimientos y limitaciones del fabricante, ya que si nos saltamos este paso lo más seguro es que los archivos para la fabricación sean rechazados. EAGLE incluye herramientas que nos permiten acelerar este proceso, automatizando la revisión de errores en nuestro diseño. Para acceder a la herramienta de revisión, hacemos click en “Tools>DRC” en la barra de herramientas del editor de PCB.Algunos fabricantes que dan servicio a hobbistas ponen a nuestra disposición archivos de reglas de diseño (.drc) para revisar que nuestro diseño cumpla con sus limitaciones tecnológicas. Tal es el caso de Batch PCB y Olimex. Estos archivos nos ahorran el trabajo de tener que introducir las limitaciones del PCB manualmente y podemos utilizarlos haciendo clic en el botón ¨Select¨ del cuadro de dialogo de DRC.

Dialogo de DRC donde se especifican las distancias entre elementos del PCB

Al hacer clic en el boton  “Check” aparecerá una ventana con las partes del diseño que no cumplen con las reglas. Habrá que corregir los problemas y volver a correr el chequeo de reglas de diseño para verificar que efectivamente se hayan corregido los problemas y no hayamos generado nuevos conflictos.

Hay que considerar que existe la posibilidad de que la librería con la que estamos trabajando tenga entre los pads del encapsulado una separación menor que el espaciado mínimo requerido, por lo que en caso de ser necesario y viable hay que editar los encapsulados en la librería para hacer que sea compatible con nuestras reglas de diseño.Una buena práctica es crear nuestro diseño sin abusar de las capacidades de producción de la empresa que va a fabricar nuestras tarjetas, ya que mientras más sofisticadas y pequeñas sean nuestras pistas, hay mayor posibilidad de que la tarjeta sea producida con algún error en el proceso de manufactura. 10 mils parece un espaciado razonable si nuestro fabricante menciona que puede fabricar PCBs con un “clearance” de 8 mils.

A continuación se encuentran los archivos DRC que utilizo para revisar mis diseños con distintos espaciados

• Archivo DRC con clearance de 8 mils
• Archivo DRC con clearance de 10 mil

Para ver más detalles sobre como configurar las reglas de diseño (DRC) puedes referirte a otra entrada de este blog donde tratamos con mas detalle el tema.

Máscaras antisoldantes y serigrafía (silkscreen).

La máscara antisoldante y la seigrafía de distribución de componentes son los dos elementos que finalmente dan un acabado profesional a nuestros PCBs. Hay fabricantes que solamente permiten serigrafía en una de las caras: la de componentes. La serigrafía en la cara inferior (bottom) tendrá un costo adicional; Por otra parte la máscara antisoldante es la sustancia que da al PCB el característico color verde al que estamos acostumbrados (aunque se pueden aplicar otros colores) y su principal función es permitir la adherencia de la soldadura solo en aquellos lugares en los que debe estar. Sobre todo si emplearemos alguna técnica de soldadura y ensamble automatizada; Ambos elementos deben tener un aspecto y diseño correctos para que nuestros prototipos sean funcionales. A la izquierda vemos un ejemplo de serigrafía en color blanco y máscara antisoldadura en color negro.

Un aspecto importante a considerar en al momento de generar los Gerber es que algunos fabricantes tienen un límite en cuanto al tamaño de trazo mínimo de las letras en la cara de serigrafía. EAGLE incluye algunos ULP  (User Language Program) que permiten cambiar todos los trazos  y letras en las capas tNames, bNames, tPlace, bPlace a un trazo mínimo de 8 mil.

Para solucionar esto, podemos utilizar los siguientes programas escritos en ULP de EAGLE para hacer ajustes y correcciones de la máscara de soldadura. Para ejecutarlos hacemos click en File>Run… y seleccionamos el programa correspondiente de la carpeta que se muestra.

• renumber-shc.ulp: Lo uso para mantener el orden en los nombres de los componentes. El programa se encarga de asignar nombre a cada uno de los componentes de acuerdo a su posición en el esquemático, debe correrse desde el editor de esquemáticos y debemos tener abierto el PCB al mismo tiempo para que se apliquen los cambios en ambos.
• normalize-text.ulp: Este programa normaliza el tamaño del texto en las capas de serigrafía. Por ejemplo, puede que los componentes en una librería tengan un texto de 60 mil y en otra tengan 50 mil. Con este programa podemos definir un tamaño estándar.
• silk_gen.ulp: Con este programa podemos generar las capas de serigrafía pero que cumplan con los requisitos mínimos de anchura para obtener un texto legible. Genera dos nuevas capas donde se coloca la serigrafía de la cara superior e inferior.
  

  Interfaz del programa de usuario “silk_gen.ulp”, podemos seleccionar las capas para la serigrafía nueva y la anchura mínima de las pistas

Exportar archivos Gerber con el CAM Processor.

Una vez que tenemos listo y bien revisado nuestro diseño podemos comenzar el proceso de exportar los archivos gerber. EAGLE incluye en la instalación un script que configura el Procesador CAM para generar los archivos de salida Gerber RS-274X para PCBs de dos capas. Podemos utilizar este archivo como base para nuestro proyecto, o también puedes utilizar el nuestro.

Si hicimos uso de silk_gen.ulp será necesario cambiar las capas de origen que serán exportadas como la serigrafía final, ya que el script crea dos capas adicionales(superior e inferior) para la serigrafía que ha generado. A continuación te mostramos el procedimiento.

1. Para exportar nuestro PCB en formato Gerber, en el editor de PCB hacemos click en File>CAM Processor
2. En la ventana del “CAM Processor” hacemos click en File>Open>Job… para cargar el archivo que configurará el procesador CAM para exportar a formato Gerber RS-274X. Esto lo podríamos hacer manualmente, pero el objetivo de estos archivos cam es simplificar las cosas.
3. Cargamos nuestro archivo CAM y verificamos que la configuración de las capas sea correcta. El archivo que uso para configurar el procesador CAM se puede encontrar aquí. Por defecto este archivo debería funcionar bien para la mayoría de las aplicaciones, sin embargo, aún podemos cambiar algunas cosas.
4. Si utilizamos el programa “silk_gen.ulp” hay que seleccionar las capas que generó el programa con la serigrafía nueva, para hacer esto, hacemos click en la pestaña ” Top Silkscreen” de la ventana CAM Processor y cambiamos la capa seleccionada en la lista del lado derecho de la ventana. Normalmente tendremos seleccionadas las capas “21 tPlace” y “25 tNames”. Las quitamos y seleccionaremos solo la capa “121 _tsilk” quedando como se muestra a continuación. 
5. Si utilizamos el programa “silk_gen.ulp” hay que repetir el procedimiento anterior con la capa de serigrafía inferior, de manera que la salida sea basada en la capa nueva generada por el programa silk_gen.ulp, esta vez seleccionamos solamente la capa “122 _bsilk”.  
6. Verificamos una ultima vez las capas que se incluirán en cada uno de los archivos Gerber. Recordemos que nuestro diseño se divide en varios archivos de salida como lo explicamos al principio. Cada pestaña en el CAM Processor representa un archivo y podemos cambiar las capas del diseño original de EAGLE que componen ese archivo.
7. Cuando estemos listos, hacemos click en el botón “Process Job” del CAM Processor para generar los archivos Gerber.

Hay que notar que el archivo .cam que hemos usado también genera los archivos necesarios para la perforación del circuito impreso en formato EXCELLON con extensión .TXT. Si este es el formato de taladros que requerimos, no hacen falta más pasos y nuestro juego de archivos Gerber estará completo. De lo contrario habrá que determinar cual es el procedimiento correcto de acuerdo al fabricante de circuitos impresos.

Verificando los archivos Gerber.

El último paso antes de mandar nuestros archivos a producción es verificar con un visor de archivos Gerber la salida de nuestro programa CAD. Buscaremos errores evidentes y no tan evidentes… Seguramente no podremos detectarlos todos pero algunas de las cosas que verifico en los gerber antes de mandarlos a producción se enlistan a continuación:

• Capas en espejo, capas que no están alineadas.
• Verificar empaquetetados (footprints) de los componentes, por ejemplo si estamos diseñando solo con resistencias SMD 0805, verificar que no haya resistencias con otro footprint.
• Verificar que la serigrafía no obstruya los pads de los componentes.
• Verificar la correcta posición y alineación de las perforaciones.
• En caso de ser posible utilizar el visor de Gerber para realizar un chequeo de reglas de diseño.
• Verificar que hayamos generado el juego completo de archivos que requiere el fabricante de PCBs.

En general, seguir los pasos anteriores antes de enviar los archivos para manufactura debería ahorrarnos dolores de cabeza al recibir nuestros circuitos y también evitaremos que rechacen nuestros archivos por contener errores.

Revisión de los archivos Gerber generados por EAGLE con VIEWPlot

Para revisar los archivos Gerber Generados con EAGLE podemos utilizar VIEWPlot, que es un visor/editor de archivos Gerber. En su versión gratuita, solo funciona como visor de archivos Gerber, sin embargo es más que suficiente para los fines que perseguimos. Se puede encontrar en su página web oficial:http://www.viewplot.com/

Tips de diseño.

Finalmente aquí hay algunos tips de diseño que conviene tener en cuenta al diseñar nuestros PCBs. Aunque no todos están relacionados con la generación de gerbers; seguir estas observaciones podría mejorar nuestro resultado final.

• Realizar siempre el diagrama esquemático y luego pasar al PCB, nunca rutear manualmente el PCB.
• Verificar si los componentes necesarios se encuentran en la librería estándar, si no, crear o buscar los que sean necesarios. Crear nuevos componentes puede dar lugar a errores, es mejor si usamos algunos que ya hayan sido probados en entornos de producción.
• Utilizar lineas del grosor mínimo o mayores que este para la serigrafía de los componentes al crear nuevas partes o componentes.
• Al crear componentes nuevos, colocar los trazos e indicadores de polaridad y posición en la capa tPlace, cualquier símbolo o trazo que no deba aparecer en la serigrafía debe colocarse en la capa tDocu (Muy importante para evitar que la serigrafía cubra los pads)
• Evitar colocar texto o lineas sobre los pads en las capas de serigrafía (silkscreen) tPlacet y tNames .
• Tratar de estandarizar los tamaños de las perforaciones, ya que algunas compañías cobran extra por herramental.
• Usar tamaños de cuadricula (grid) estándar  (50 mil, 25 mil, 5 mil) .
• Colocar en su posición primero los componentes con lugar fijo: Conectores, displays, botones, etc.
• Colocar juntos los componentes con muchas conexiones entre ellos.
• Preferentemente utilizar pistas cortas para señales veloces.
• Inspeccionar visualmente, localizar y corregir problemas de componentes encimados.
• Rutear primero las pistas cortas y las que están destinadas a proveer alimentación a los componentes.
• Marcar las perforaciones para montaje del PCB y dejar suficiente espacio para el hardware de montaje.
• Evitar en lo posible el uso de vias, sobre todo cuando estas se colocan debajo de algún componente.
• Evitar ángulos menores de 90 grados en las pistas.
• Rutear manualmente en la medida de lo posible, sobre todo con señales rápidas o diferenciales (USB, RS-485).

Conclusión.

Con los programa de diseño gratuitos existentes hoy en día es posible desarrollar la mayoría de los prototipos de manera rápida y más profesional. En esta entrada hablamos sobre el procedimiento para enviar los archivos generados por EAGLE para su producción, de manera que tú puedas hacerlo. Dadas las tecnologías de montaje superficial que existen hoy en día y los componentes cada vez mas pequeños, es recomendable tener en mente que para diseños medianamente sofisticados puede ser más eficiente dejar que una empresa especializada fabrique nuestros prototipos en vez hacerlos manualmente.