Изготовление печатных плат на ЧПУ, ч.2

Во второй части поста про изготовление печатных плат на фрезерно-гравировальном станке Haase AL640 Expert, как и обещал, подробно опишу весь процесс производства: от подготовки до конечного изделия. 

Надо сразу сказать, что он показывает как сделать плату с помощью универсальной CAM-системы (в этом примере - VisualCAM). Этот способ может быть полезен при единичном изготовлении несложных плат для тех, кто по тем или иным причинам не использует специализированные системы типа CopperCAM и подобные ей.

В качестве примера приведу проект платы для работы с аккумулятором типа Li-Po, Li-Ion, которая выполняет две функции: обеспечивает на выходе бесперебойное напряжение питания в зависимости от подключенного источника (аккумулятор / USB) и при подключенном USB заряжает аккумулятор. О ней планирую выпустить отдельный пост.

Плата односторонняя, используются, в основном, SMD-компоненты за исключением двух клеммников, монтируемых в отверстия. Так выглядит слой TopLayer в редакторе Altium Designer (далее - AD):

Параметры платы (аналогичны проекту из первой части):

• толщина проводников 0,5 мм;
• минимальный зазор между проводниками 0,2 мм;
• ширина контактных площадок для TH-pad 0,35 мм (диаметр площадки 1,5 мм, диаметр отверстия 0,8 мм);
• термозазоры (polygon connect): ширина подключения 0,4 мм, зазор 0,2 мм.

Для составления программы обработки платы в VisualCam необходимо получить рисунок платы в формате dwg / dxf. В AD есть модуль экспорта в dwg напрямую из проекта платы, но результат его работы мне не подошел, пришлось искать обходной путь. 

В начале необходимо сгенерировать файл CAMtastic1.CAM инструментом "File -> Fabrication outputs -> ODB++ Files".

В предложенном диалоге по выбору слоев для вывода можно оставить все по умолчанию.

Теперь из полученного файла CAMtastic1.CAM можно сгенерировать файл DXF инструментом "File -> Export -> DXF". 

Во всплывающем диалоге следует указать слои для экспорта:

• top - рисунок платы;
• drill - отверстия;
• profile - контур платы.

Полученный файл DXF содержит все необходимое для изготовления платы, однако, нуждается в ручной доработке в CAD-редакторе:

• при импорте в CAD-редактор необходимо правильно указать масштаб - в файле он задан в дюймах;
• нет информации о толщине дорожек - необходимо добавить ее вручную;
• соединения полигона с контактными площадками показаны как пересечение дорожек - необходимо удалить лишние контуры.

После обработки файл должен иметь следующий вид (заливка сделана для проверки замкнутости контуров):

Советы по обработки файла:

• проводники удобно делать инструментом "Мультилиния" (пример для KOMPAS) с параметрами: сегмент по объекту с удалением объекта, обход со скруглением - не всегда получается сделать всю дорожку, но в большинстве случаев работает нормально;
• для проверки контуров можно использовать 2 способа:
• собрать контуры с заменой типа линии (например, тонкую на основную), затем выбрать все оставшиеся линии старого типа (тонкие) и удалить их.
• выдавить из полученного рисунка бобышку в 3D-модели;

Это самый неприятный и затратный по времени участок работы.

Теперь все готово для экспорта в CAM-систему. После определения и настройки стратегий обработки (для рисунка платы используется 2D-Pocketing) система создает маршрут обработки, который через постпроцессор переводится в управляющий G-код для станка.

Можно приступать непосредственно к работе на станке. Для создания плоской базовой поверхности, на которой устанавливается заготовка платы, фрезеруется деревянная оправка. Заготовка крепится на оправке двусторонним скотчем.

Для точного определения высоты заготовки удобно использовать мультиметр в режиме прозвонки - один зажим на заготовке, второй на инструменте. При контакте инструмента с платой срабатывает зуммер. Точность в этом случае, по моей оценке, где-то ± 0,01 мм.

Первая операция - сверление отверстий.

Далее идет гравировка рисунка платы. В данном случае использовался твердосплавный гравер типа J32001: ширина полки 0,1 мм, полный угол 20 градусов. Скорость резания: 240 мм/мин. Глубина обработки 0,12 мм (один проход).

Результат гравировки.

Видно, что глубина резания несколько избыточна - места соединения полигонов получились очень тонкими. Также  можно увеличить размеры контактных площадок под монтаж в отверстия. Впрочем, и в таком виде плата получилась достаточно работоспособной.

Последняя операция - вырезание платы из заготовки.

Фото не очень хорошее, тем не менее, достаточно отчетливо видны заусенцы на внешнем контуре отрезного паза (обрезка заготовки производится рашпильной фрезой - "кукуруза"). На самой плате они отсутствуют - весьма положительно влияет отступ рисунка платы от ее края на 0,2 мм. 


Готовая плата с напаянными компонентами. Вид сверху.

Обратная сторона.

Такой способ дает вполне предсказуемый результат, но является затратным по времени и ручной правке dxf. Для более продуктивной работы следует использовать CopperCAM или подобные специализированные системы, работающие напрямую с Gerber-файлами, генерируемыми AD.


Всем, кто дочитал до конца - огромный респект! Let`s go design!