PCB 檔案格式

訂購印刷電路板（PCB）時，必須提供關於電路板設計與規格的精確且詳細資訊。這就是為什麼需要特定 PCB 檔案格式的原因。唯有完整的 PCB 檔案，才能順利進行製造。設計 PCB 並傳達設計決策，需依賴電路圖設計、物料清單（BOM）、PCB 佈局與疊構設計資訊等檔案。

為了確保 Allegro、Altium Designer、KiCAD 與 Eagle 等各種電子設計軟體之間的互通性，業界發展出一套稱為 Gerber 的檔案集合。Gerber 檔案讓人能在不被特定設計軟體綁定的情況下理解 PCB 設計。

為什麼訂購 PCB 需要特定檔案格式？

因此，了解並學習 Gerber 檔案格式已成為今日高度相關的議題。以下為三大主要原因：

標準化：PCB 檔案格式將設計資料的傳達方式標準化，確保製造商以一致且通用的方式接收所需資訊。

詳細資訊：PCB 檔案包含電路板佈局的詳細資訊，包括元件擺放、電氣連接走線、層疊結構、鑽孔及其他關鍵細節。此等細節對於精準製造至關重要。

相容性：不同的 PCB 設計軟體工具會產生特定格式的檔案。製造商通常使用多種設計工具，因此擁有標準格式可確保相容性並降低錯誤發生的可能性。

廣泛採用的 PCB 檔案格式：

僅需 CAD 光圈檔即可訂購 PCB，其中包含疊構層、鑽孔、防焊層與絲印層的資訊。BOM（物料清單）則有助於使用者組裝 PCB。

CAD 光圈檔：

格式為 RS-274X（Gerber x1）、Gerber x2、IPC-2581、ODB++。

BOM（物料清單）：

廣泛採用的格式有 TXT、PDF、CSV、XLSV，通常為 Excel 檔案。

若要由製造商組裝 PCB，則需提供 Centroid 資料檔，以確保製造商能夠組裝您的電路板。

Centroid 檔：

廣泛採用的格式有 TXT、PDF、CSV、XLSV，通常為 Excel 檔案，亦稱為 CPL（Component placement）或 PNP（Pick-And-Place）檔案。

以下列出設計者用來線上訂購 PCB 最常見的檔案格式。讓我們了解這些檔案是什麼及其內容。我們從以下開始討論：

1. 什麼是 PCB Gerber 檔？

2. 什麼是物料清單（BOM）？

3. 什麼是 Centroid 檔？

什麼是 PCB Gerber 檔？

PCB Gerber 檔是一種標準格式，用於向製造商傳達印刷電路板（PCB）佈局的詳細資訊。Gerber 檔又稱「photo plot」，通常以 274D 與 274X 格式呈現，作為圖形與資料轉換及 PCB 製造之間的媒介。

它包含 PCB 每一層的資料，例如銅箔走線、防焊層、絲印與鑽孔，如上圖所示。Gerber 檔對於精準的 PCB 製造至關重要，可確保設計規格被正確傳達與理解。它們用於製作製程中使用的光罩，是 PCB 生產的關鍵環節。欲了解如何從這些檔案製造 PCB，請參閱 JLCPCB 發布的 PCB 製造流程詳細指南。

標準 Gerber 格式類型：

PCB 設計中使用的標準 Gerber 格式主要有兩種：

1. RS-274D：這是較早期、較基本的格式。它需要額外的光圈檔來定義各種特徵的形狀與尺寸，相較於 RS-274X 較不方便且更容易出錯。由於電子產品的成長已遠超當前需求，原始的 RS-274D 格式已逐漸被淘汰，並由此發展出更完善的 RS-274X 版本。

2. RS-274X：擴充 Gerber 格式被廣泛使用，被視為業界標準。它內嵌光圈定義，支援多層結構，提供詳細且全面的 PCB 設計。RS-274X 因其功能提升與易用性而成為首選格式。

99% 的 PCB CAD 軟體支援將 PCB 設計轉換為 Gerber 檔案格式，無論是 RS-274D 或 RS274X 格式。

雖然鑽孔檔通常不是 Gerber 檔，但它們也是生產 PCB 所需的生產資料之一。鑽孔檔通常為 Excellon NC 鑽孔格式，用於告知製造商應在何處鑽孔。

產生鑽孔檔通常是獨立的流程，缺少鑽孔檔是最常見的訂單問題之一，因此當製造商要求 Gerber 檔時，最好習慣同時匯出兩者。Gerber 與鑽孔檔應打包成單一壓縮檔（JLCPCB 支援 .rar 或 .zip 檔案）。在 EasyEDA 等線上軟體中，Gerber 與鑽孔檔會一起產生，如上圖所示。

什麼是物料清單（BOM）？

物料清單是製造產品或組件所需的原材料清單。在 JLCPCB 的一站式 PCB 組裝服務中，BOM 檔案包含所有應由 JLCPCB 採購並焊接於電路板上的零件。BOM 應在 PCB 設計過程中建立並維護，以提高最終流程的準確性。

JLCPCB 創新的報價平台可讀取 BOM 檔案，並與主要經銷商比對料號。透過此方式，平台可在幾秒內提供報價。為了實現快速報價，BOM 檔案需依照 JLCPCB 的格式整理，如上圖所示。它必須包含製造商料號、位號與數量。典型的 JLCPCB BOM 應為 .xls、xlsx 或 .csv 格式，並包含：

1. 元件料號：每個零件的製造商專屬識別碼。

2. 描述：簡要說明每個元件，例如電阻、電容、IC 等。

3. 數量：每個元件所需的數量。

4. 參考位號：標示每個元件在 PCB 上的位置（例如 R1、C2、U3）。

5. 製造商資訊：每個元件的採購來源資訊。

將不想透過 JLCPCB 組裝服務安裝於 PCB 的零件從 BOM 中移除，或在「Customer Supply」欄位標註「DNP」。BOM 對於採購、組裝及確保最終產品符合設計規格至關重要。

什麼是 Centroid 檔？

Centroid 是專門用於組裝的檔案，可快速為組裝機器編程。又稱為 Pick-N-Place、XY 資料或元件放置（CPL）檔案。某些 CAD 工具會自動產生此檔案，有些則不會，您可能需要修改檔案後再產生 Centroid 檔。Centroid 檔描述所有表面貼裝零件的位置與方向，包含參考位號、X 與 Y 座標、旋轉角度與板面（頂部或底部）。表面貼裝與插件零件皆會列於 Centroid 中。它有助於工程師在設計可組裝性（DFA）審查期間定位零件，並為機器組裝設定取放機。典型的 JLCPCB Centroid 檔應為 .xls、xlsx 或 .csv 格式，並包含：

1. 位號：識別零件的參考位號（RefDes）。與 BOM 檔案不同，每個獨立位號必須有自己的列與座標。

2. XY 座標：告知零件位置。X 與 Y 座標應分開為不同欄位，並盡可能以零件原點為中心。

3. 旋轉值：告知元件放置於 PCB 上的方向／旋轉角度（0 至 360 度）。此值可能不盡準確，僅供參考。

某些軟體不會將插件零件包含在 Centroid 檔中，因為這些零件並非由取放機器安裝，而可由組裝人員手動焊接。

其他檔案格式及其優缺點：

另有兩種廣為人知的 PCB 檔案格式（IPC-2581 與 ODB++），有別於 Gerber 檔格式，各有其優缺點：

IPC-2581 檔案格式：

IPC-2581 PCB 檔案格式是一種業界標準、供應商中立、開放式的 XML 格式。由 IPC（國際電子工業聯接協會）開發，提供全面且統一的方式來共享 PCB 設計資訊。此格式透過提供單一標準化檔案格式，簡化從設計到製造的轉換流程。

主要特點：

• 全面資料：包含設計資料（PCB 佈局，如走線、焊墊、導通孔與層疊結構）、元件資料（參考位號、料號與放置座標）、網表與鑽孔資料。
• 基於 XML：基於 XML 使其可被人類閱讀且易於機器解析，提升格式的靈活性與適應性。
• 雙向溝通：促進設計資料向製造商的傳遞，以及製造商向設計者的回饋，改善整體設計與製造流程。

ODB++ 檔案格式：

ODB++ 是一種全面且廣泛使用的檔案格式，由 Valor（現為 Mentor Graphics 一部分）開發；ODB++ 旨在將所有必要資訊整合至單一檔案或資料集，並以階層式格式呈現。以下是 ODB++ 格式的詳細說明：

主要特點：

• 全面資料整合：包含設計資料、網表、元件資訊、鑽孔資料、組裝資料、製造資料與測試資料的詳細資訊。
  
• 單一檔案格式：ODB++ 將所有必要的 PCB 設計與製造資料整合至單一套件，簡化資料管理並降低處理多個檔案時的錯誤風險。

將 PCB 檔案轉換為 Gerber 檔案格式的優點：

PCB 檔案資料會被轉換為 Gerber 與鑽孔檔案，以使 PCB 製造更加順利。然而，許多電子工程師在將 PCB 檔案交給工廠之前，並不會先將其轉換為鑽孔資料與 Gerber 檔案，而是直接將個別檔案發送給 PCB 製造商。由於電子與 PCB 工程師對 PCB 的理解不同，製造商轉換出的 Gerber 檔案可能與您的期望有所差異。

例如：

若您設計了一塊 PCB，發送 PCB 檔案而非 Gerber 檔案，則可能出現特殊需求（如元件名稱顯示與批號）; 絲印設定被鎖定，僅製造商可更改／修改。若您將 PCB 檔案轉換為 Gerber 檔案，即可避免此類情況。