Fraiseuse de circuits imprimés

image:
image: cabinet_2011s.jpg
fabricant:
MITS
modele:
Autolab
numero:
19ATLB551
utilisation:
Prototypage de circuits électroniques
materiaux:
Plaques composites de cuivre simple ou double couche FR1/FR4
zonedetravail:
229 x 300mm (environ un A4)
emplacement:
Salle 138
acces:
Supervisé
dangerosite:
Peu dangereux
etat:
Opérationnelle
autresinfos:
distributeur en France : Tech-inter
documentation:
90%
tags:
électronique, fraisage, usinage, circuits-imprimés

Manuel : https://nuage.apprentilab.cnam.fr/s/cbBHWXXtz7Asmfm

J'ai déjà lu la doc, afficher le récap

En électronique, la réalisation d'un circuit imprimé permet de relier électriquement de multiples composants. Par rapport à l'utilisation d'une platine de prototypage (qu'on appelle aussi breadboard ou Labdec), ou de plaques pastillées, un tel circuit permet de meilleures connexions électriques, un meilleur maintien des composants et un gain de place.

Les méthodes de fabrication de circuits imprimés :

  • En usine : implique d'en réaliser une certaine quantité et de les recevoir au bout d'environ une semaine, il faut alors être sûr qu'on n'a pas commis d'erreur. À la différence des méthodes artisanales suivantes, la fabrication industrielle permet de réaliser des circuits à plus de deux couches, comme les cartes qu'on trouve dans les ordinateurs.
  • Soi-même, méthode chimique : avec des bains de révélateur et de perchlorure de fer, qui sont des produits chimiques nocifs, et en perçant et découpant la carte à l'aide d'autres outils.
  • Soi-même, avec une fraiseuse à commande numérique : la machine grave, perce et découpe toute seule. C'est un peu plus long que la méthode chimique mais très précis et plus propre.

La fraiseuse à circuits imprimés présentée ici permet donc la fabrication de circuits imprimés mono ou double-couches, pour des composants traversants ou CMS (voir plus loin pour les tailles de boitiers possibles), de façon automatisée (la machine change même d'outil toute seule). Elle n'est pas très simple à prendre en main mais donne de bons résultats. Elle permet également d'usiner d'autres matériaux : plastique, métaux, pour de petits travaux précis où on a besoin de la caméra intégrée (que ne possèdent pas les autres fraiseuses du lab).

Pré-requis : connaissances intermédiaires à avancées en électronique.

Page du fabricant : http://www.mitspcb.com/edoc/autolab.htm

Vidéo de démo (en) : https://www.youtube.com/watch?v=ZJKdUAu7RRo


Le plateau de la machine, par-dessus lequel est fixé un martyr en bakélite de 1.6mm (orange), par-dessus lequel on fixe notre plaque de cuivre.
La caméra intégrée pour regarder le circuit et retrouver l'origine de la pièce.
La tête de la machine, avec le pied presseur (et ses 3 petits points d'appui) qui englobe le mandrin et la fraise et sert à maintenir la plaque fermement sous la tête. La fraise montée est ici l'outil factice “dummy tool” (voir détails plus loin). On ajuste le niveau de la fraise par rapport au pied presseur avec la bague crantée en haut du pied. Sur la gauche, la caméra, sur la droite, le tuyau de l'extracteur.
Le magasin d'outils, avec les postes numérotés de 1 à 10. La machine vient d'elle-même reposer et prendre les outils placés dans les postes. Le poste 10 est réservé à l'outil dummy.
  • CMS / SMD : Composant Monté en Surface / Surface Mounted Device. À l'opposé des composants traversants, les composants montés en surface sont soudés d'un seul côté de la carte, ils ne nécessitent pas de trous de perçage et sont plus petits, ce qui permet un gain de place sur le circuit mais est plus minutieux à souder (on dispose pour cela de pannes de fer à souder fines, ou d'un four à refusion).
  • PCB : Printed Circuit Board, circuit imprimé.
  • Gerber : format de fichier standard pour les circuits imprimés. C'est un export, couche par couche, des formes du circuit : pistes, pastilles, textes… C'est ce type de fichier qu'on envoie à un fabricant pour réaliser notre circuit, ou qu'on importe sur le logiciel de la fraiseuse pour générer les parcours d'outils.
  • Gravure “à l'anglaise” : en fabrication de PCB artisanale, désigne le mode de fabrication avec une fraiseuse, par opposition au perchlorure de fer.
  • CI : Circuit Intégré, puce électronique à base de semi-conducteurs réalisant une fonction plus ou moins complexe : porte logique, compteur, mémoire, traitement du signal, communication série, micro-processeur, etc.

La machine n'accepte que des outils dont la queue a un diamètre de 1/8“ (pouces), soit 3.175 mm. Longueur : 38.1 mm.

Fournisseurs de fraises : Tech-inter, CNC Fraises.

Outil de baguage

On peut baguer (ajouter une bague de butée) nous-mêmes nos fraises à l'aide de l'outil fourni à cet effet, le Simplified Ring Setter du fabricant (voir manuel de la machine). La bague se trouve ainsi à 18mm (20 pour les fraises à graver de 36mm) de la queue.

Forets de perçage

Ces forets servent à percer des trous, pour les composants traversants ou les vias notamment.

  • 1 x 0.3 mm (bague blanche) ⚠ très fragile
  • 5 x 0.6 mm (jaune)
  • 5 x 0.8 mm (jaune ou rouge)
  • 5 x 1.0 mm (jaune)
  • 5 x 3.0 mm (jaune)

Fraises diamant, pour la découpe

Ces fraises servent à découper les contours de la plaque, ou à découper des trous lorsque ceux-ci ont un diamètre supérieur à ceux des forets (trous de fixation…). Les diamètres plus fins sont plus fragiles, mais peuvent servir notamment pour les trous ou découpes internes (les angles droits seront moins arrondis).

  • 5 x 1.0 mm (bague jaune)
  • 5 x 1.5 mm (bague jaune ou verte)

Fraises en V (pointes javelot), pour la gravure

Ces fraises servent à graver le circuit, et donc isoler les pistes et autres éléments en enlevant de la matière. Plus la fraise est pointue (plus son angle est faible), et plus elle pourra graver une piste fine et régulière, par contre, plus l'angle est aigu et plus la fraise est fragile.

  • Fournies avec la machine, recommandées par MITS (bague jaune soleil)
    • 20x pointes javelot (Milling bit), 90°. MITS indique une largeur de gravure minimum de 0.2 mm avec ces fraises. Longueur : 36mm (ce sont les seules qui soient plus courtes, les autres font 38.1mm).
  • Autres :
    • Pointe javelot EVOMAX 30°, pointe de 0.1mm (bague bleue), profondeur de découpe max 0.8 ?? De toute façon 0.8 c'est trop sur des plaques de moins de 2mm d'épaisseur.
    • Pointe javelot CVD-D (enduit très résistant, mais non-conducteur) 45°, pointe de 0.1mm (bague blanche).

Fraises à graver droites

Nous n'en avons pas, mais il serait possible d'en acheter.

Apparemment elles s'usent plus vite que les pointes javelot, mais permettent une bonne précision et régularité de largeur de gravure, ainsi que des diamètres supérieurs pour dégrossir (voir Rubout)

Éléments de comparaison par ici : https://support.bantamtools.com/hc/en-us/articles/115001656913-Engraving-Bit-Isolation-Milling

Éponge en limaille de fer, pour enlever les copeaux de cuivre sur la carte terminée.
Loupe x15, pour regarder rapidement les détails du circuit sans s’abîmer les yeux.
Le microscope numérique, pour regarder le circuit sur écran. Permet de voir le circuit de très près tout en affichant une zone assez large de celui-ci, contrairement à la caméra embarquée de la machine. Il est normalement à gauche de la machine.
L'écran associé à la machine, on peut régler la source sur l'ordinateur avec le logiciel DesignPro, ou sur le microscope (voir section précédente).

Plaques composites de cuivre.

  • Couches : simple ou double-couche, selon le circuit qu'on a dessiné.
  • Épaisseur : 1.6mm. Les épaisseurs sont standard, si vous voulez utiliser une plaque d'une autre épaisseur, il faudra configurer le Board Maker dans Design Pro.
  • Épaisseur de cuivre : 35μm. Il existe d'autres épaisseurs, pour les graver il faudra bien régler son niveau d'outil pour avoir une bonne largeur de gravure. Une épaisseur trop fine sera moins conductrice.
  • Dimensions max : 229×300 mm.
  • Matériau de la couche d'isolation :
    • ==FR4== : à base de fibre de verre. Le plus répandu car idéal pour les trous plaqués apparemment. La poussière de fibre de verre est très nocive, mais la machine dispose d'un extracteur JetStream et d'un carter de protection. D'après Tech-inter (fournisseur), MITS (fabricant) et Christophe Courché de CNC Fraises, ça suffit à nous protéger.
    • FR1 : couches de papier et résine phénolique (contient du formaldéhyde). Moins dangereux, mais apparemment de moins bonne qualité, surtout pour du bicouche.
    • FR2 et FR3 : presque la même chose que du FR1, mais moins résistants en température
  • KiCAD est un logiciel Open Source de conception de circuits imprimés et de schémas électroniques. C’est un logiciel de bonne qualité, très utilisé, documenté et versatile. Le gros avantage de KiCAD est l’étape d’association des empreintes, qui rend son utilisation un peu plus longue mais permet de décorréler la partie schéma de la partie PCB / empreintes. En bonus, KiCAD intègre des vues 3D de la carte et des composants, et des fonctionnalités de scripting en Python.
  • Eagle est également un logiciel de conception de circuits imprimés. Il est propriétaire, très utilisé, la version gratuite permet de créer des petites cartes de 80cm2 en double couche, ce qui peut suffire à un usage amateur. Eagle est désormais développé par Autodesk, donc l'intégration avec Fusion et autres logiciels 3D s'est améliorée considérablement. Beaucoup de projets électroniques, même open source, ont été routé avec Eagle, donc ça peut être intéressant de connaître un peu, bien qu'on puisse importer des projets Eagle dans KiCAD.
  • Altium : autre logiciel de conception, propriétaire, extrêmement cher (300€/mois !), très pro.
  • DesignPro est le logiciel fourni avec la machine. Il est propriétaire, nous avons une licence installée sur le poste de la fraiseuse. Il est divisé en 3 sous-logiciels ou applications :
    • EasyCAD : application de conception, assez mal faite… Ça peut servir si on veut réaliser des formes géométriques pour des tests de gravure, mais sinon il y a très peu d'empreintes, les outils sont incomplets et peu intuitifs.
    • Converter : application de conversion de fichiers Gerber (qu'on obtient avec KiCAD, Eagle ou autre) en parcours d'usinage pour la machine.
    • CAM-Auto : application de commande de la machine, qui exécute les parcours générés avec Converter.
  • DesignView : application pour visualiser le circuit à l'aide de la caméra intégrée à la machine.

Afficher le récap

Dans un premier temps, il faut concevoir son circuit imprimé. Ceci va du schéma électronique classique, au placement et traçage des pistes en passant par le choix des boitiers (est-ce qu'on met une résistance traversante ou en surface par exemple, est-ce qu'on met un régulateur plus ou moins gros…).

Nous recommandons d'utiliser KiCAD.

Cette étape va nous permettre d'exporter des fichiers Gerber standard, qui pourront servir à la fois pour commander directement des PCB à un fabricant, ou pour réaliser ces PCB nous-mêmes avec la fraiseuse (en utilisant la suite de logiciel DesignPro fournie avec la machine).

Contraintes de fabrication liées à la machine

Dimensions max du circuit

Il faut faire d'une part selon les plaques en stock, d'autre part selon les dimensions de la zone de travail (229x300mm) moins les marges d'appui du pied presseur (17mm de chaque côté). Donc 195 x 266 mm

Règles de conception : isolation entre les éléments

Clearance min entre les pistes = largeur de gravure min : 0.2, on peut essayer 0.1 mais c’est difficile.

Clearance min entre les pastilles : 0.5 car on va souder. Problème : il n’y a pas d’isolation différente pour les pastilles et les pistes dans KiCAD. Solution envisagée : créer une lib d’empreintes standard adaptées (plus d’isolation autour des pads, pads que d’un côté). Sinon mettre du 0.5 mm partout.

Boitiers CMS gravables

En fonction de la largeur de gravure minimum (souvent 0.2, voir ci-dessus), on ne va pas pouvoir graver n'importe quel composant CMS, certains seront trop fins pour qu'on puisse graver entre les pastilles et donc les isoler.
  • Composants passifs (résistances, condensateurs) :
    • ✅ 1206 : recommandé
    • ✅ 0805 : ok
    • ⚠ 0603 : ça commence à être difficile, c'est très petit
    • ⚠ 0402 : gravable mais très dur à souder !!
    • ⛔ 0201 : non
  • CI :
    • ✅ SOIC
    • ⚠ SSOP : gravable, mais difficilement ?
    • ⛔ Pas de BGA
    • ⛔ pas de QFP ni QFN

1 ou 2 couches

Si on fait fabriquer son circuit en usine, on peut le concevoir avec de nombreuses couches, mais pour de la fabrication artisanale on devra s'arrêter à 2 couches maximum (on ne peut pas graver à l'intérieur de la plaque, seulement de part et d'autre).

Attention en double-couche car nos trous seront non-plaqués ! Ce qui veut dire que les pastilles des composants traversants ne seront liés au composant que du côté où on les soude (normalement dessous). Donc, il faut éviter de mettre des pistes partant des pastilles sur la couche du dessus, ou alors souder les composants des deux côtés (ce qui est plus difficile à désouder…), ou encore mettre des vias.

Taille des pastilles pour le soudage à la main

Pour souder confortablement à la main, et que l'étain prenne bien, mieux vaut ne pas avoir des pastilles trop petites (pour les composants traversants comme pour les composants CMS).

Une pastille de 1,2mm avec un perçage de 0.8mm (taille standard pour une patte épaisse) risque d'être trop petite pour souder à la main. Il est recommandé de garder environ 0.5mm autour du trou de perçage. Donc, pour un trou de 0.8mm, une pastille de 1.8mm permettra une soudure confortable.

Astuce : pour souder confortablement, sans trop augmenter la taille des pastilles pour ne pas trop compliquer le routage, on peut aussi faire des pastilles ovales ou rectangulaires. On a ainsi une dimension avec beaucoup de cuivre autour du trou de perçage, et une dimension où la pastille reste réduite

Vias

L'ajout de vias est souvent indispensable en double-couche pour passer une piste d'une couche à l'autre. On peut en réaliser de différentes manières, mais attention ça va prendre du temps en plus pour les souder/monter, et ça va prendre plus de place sur le circuit.
Règles générales

Ne pas placer de vias sous un composant, si celui-ci n’est pas isolé. Les vias qu’on va réaliser auront tendance à dépasser un peu et risquent de créer des faux-contacts.

Vias à poinçonner

Nous avons en stock des vias à poinçonner (mais pas le poinçon 😅), à tester !

  • Diamètre du trou de perçage :
  • Diamètre de la pastille :
Bouts de tige de composant traversant (ø 0.5mm)

On peut récupérer les chutes de pattes de composants traversants (résistances…), et s'en servir pour créer une liaison. Il suffit de passer la patte dans le via, de souder de part et d'autre puis de couper ce qui dépasse.

  • Diamètre du trou de perçage : min 0.6mm
  • Diamètre de la pastille : ø perçage + min 0.6mm, soit au moins 1.8mm (il faut que la pastille soit assez large pour souder à la main, sinon c'est difficile).

Export Gerber

Une fois le PCB créé il faut l'exporter sous formes de plusieurs fichiers *Gerber* et *Drill*.

Avec KiCAD

(voir KiCAD).

Gerber :

  • format Gerber RS-274X, pas RS-274D, qui est obsolète. KiCAD le fait par défaut.
  • un fichier par couche (couches utiles : F.Cu, B.Cu, Edge.Cuts)
  • ☑ exclude PCB edge layer from… (ne pas copier la couche de contour de carte dans les autres couches)
  • Coordonnées : format mm 4.6

Drill :

  • format Excellon (.DRL ou parfois .XLN)
  • PTH & NPTH in single file (combine trous plaqués et non-plaqués).
  • même unité (mm de préférence) que les Gerbers
  • Map format : PostScript
  • coordonnées absolues
  • decimal format (normalement DesignPro comprend tout seul, donc on peut mettre un autre format)
Avec Eagle

Dans la version de Eagle utilisée à l'écriture de cette doc (9.6.2), on génère les Gerbers en allant dans le menu de droite Manufacturing, puis CAM… On y accède aussi depuis File/CAM Processor.

Sur le côté gauche, on a 3 catégories de fichiers qui vont être exportés : les Gerbers, le Drill, et des fichiers d'Assembly. On pet à chaque fois soit leur cliquer dessus (clic droit) et les exporter individuellement (par exemple si on veut récupérer la BOM), ou au contraire les supprimer (fichiers Solderpaste, Assembly…)

Notons qu'on peut combiner différentes “couches” dans un même fichier. Par exemple pour le Silkscreen, on n'a pas toujours les valeurs des composants, leurs noms, les formes… Quand on sélectionne cette couche à gauche, on voit au milieu un panneau Layers, qui contient par exemple tNames et tPlace. On peut alors y ajouter tValues. Ce n'est pas forcément utile ici pour exporter des Gerbers à fraiser, mais c'est bon à savoir !

→ PTH & NPTH in single file (combine trous plaqués et non-plaqués). Je crois qu'Eagle le fait par défaut.

Une fois tout mis en ordre, on peut soit exporter le tout sous forme de dossier (ça va générer un CAMOutputs là où on indiquera), ou un .zip (case à cocher en haut). Cliquer sur Process Job pour exporter.

Dessiner avec EasyCAD (non recommandé)

Voici quelques notes au cas où, mais cette appli n'est vraiment pas un cadeau…

On trouve peu d'infos dans les PDFs de doc, plus dans le menu Help/Help du logiciel !

  • se placer dans la bonne couche pour dessiner (barre à gauche), souvent Top.
  • Vérifier qu'on est bien en mm/pouce selon ce qu'on veut faire
  • utiliser le bon preset d'outil, par exemple pour les trous de perçage (menu déroulant en haut, par ex No.4 Type C…0.100)
  • si on dessine un rectangle, trou, n'importe quoi d'autre, on voit un texte en bas de la fenêtre qui nous invite à spécifier le premier point par exemple. On peut soit le faire manuellement en cliquant, soit appuyer sur la touche Tab ⇆ pour entrer les coordonnées précises séparées par une virgule, avec un @ en mode absolu (ex : @0.4,3.65). Si on ne met pas de @, on est en mode relatif, c'est-à-dire relatif au point précédent (0 au début). On peut aussi utiliser le mode relatif directionnel : on entre une distance, puis la direction souhaitée avec les flèches du clavier, puis on fait entrée.
  • je n'ai pas compris comment on active le magnétisme de la grille, mais parfois ça marche, d'autres pas ^^ En tout cas il y a un menu dans Work prefs, qui n'a pas toujours l'air d'avoir un impact haha.
  • Dessiner un rectangle (surface totale qu'on pourra découper après dans converter) → ouche Top, outil rectangle, Tab, ”@0,0“, “Width,Length”, Ok. On pourra ensuite générer le contour facilement dans l'étape conversion…
  • Ajouter un trou : outil Place Hole, sélectionner le bon diamètre (ça se règle dans Tool Table/Drills si on ne trouve pas ce qu'on veut), se placer au bon endroit (souris ou Tab). Même pas besoin de convertir après, ça se met direct dans la couche Drill
  • Ajouter du texte : dans Work Prefs/Text, sélectionner une police “stroke_font”, et définir sa hauteur/largeur. Ajouter le texte où on souhaite qu'il soit gravé. Echap pour sortir de l'outil texte, sélectionner le texte et régler en haut le mode sur “Mill Top” (ou Bottom), puis la largeur de gravure souhaitée. Utiliser ensuite l'outil “Deassemble Text” et cliquer sur le texte. Attention, je crois que si on génère des contours de gravure après, on va regraver autour. Faire le texte après pour éviter ça. Attention également, on ne peut pas éditer le contenu du texte après, il est convertit en chemin.
  • Ajouter des pistes : avec l'outil Line…
  • Ajouter des traits de gravure : outil line, en sélectionnant “Mill Top/Bottom” comme mode (menu déroulant en haut), et la bonne largeur d'outil.
  • ça a l'air très mal fait de déplacer précisément des choses (on utilise un vecteur de translation et pas une translation absolue…). Encore une fois, on peut utiliser Tab pour entrer les valeurs.
  • Si on a des doutes sur les placements/dimensions, il y a un outil “Informations” (bouton bulle i)
Cas particulier : graver les informations de la couche Silkscreen

En usine, on peut ajouter des indications (textes : références et valeurs des composants, licence, dessins…) sur la couche Silkscreen, qui est le plus souvent ajoutée en blanc par-dessus le masque de soudure (vert…).

Ajouter une couche sérigraphiée demande du matériel et des produits chimiques que nous n'avons pas, et c'est trop complexe et long pour du prototypage.

Mais on peut graver en négatif dans le plan de masse (s'il reste de la place), ça demande juste quelques manipulations au moment de la conception.

On peut soit : passer le texte dans la couche de cuivre (Cu), mais il sera alors détouré, ce qui prend plus de place qu'un texte gravé en négatif ; passer le texte dans une couche spéciale, éditer à la main le code Gerber pour le transformer en zone Keepout et l'ajouter au code du Gerber Cu, mais c'est complexe et long à graver ; on peut encore passer le texte dans une couche spéciale et graver cette couche en négatif depuis DesignPro, ce qui est plus simple et plus rapide.

Voir ce tutoriel : Graver des informations dans le plan de masse avec DesignPro, qui couvre à la fois les règles à appliquer dans KiCAD, et les opérations dans DesignPro.

Converter est une des apps MITS qui permet de convertir vos fichiers Gerber ou DXF, ainsi que le ou les fichiers Drill pour créer un fichier .MIT (sorte de GCODE) pour la gravure avec l'app CAM-Auto.

Manuels fournis par MITS :

Dans un premier temps ouvrir DesignPro.exe. En haut à droite, cliquer sur Application et sélectionner Converter.

Note : Raccourcis / Contrôles

  • Scroll (défilement) : déplacement vertical
  • + Scroll : déplacement horizontal
  • Ctrl + Scroll : zoom
  • Esc : pause
  • : Annuler
  • + : refaire

Importer les fichiers

Importer les fichiers Gerber, en allant dans File/Import/Geber In. Des fenêtres d'avertissement s'ouvrent mais normalement tout est ok. Le format est détecté automatiquement, on peut toujours vérifier pour être sûr. Importer ensuite le .DRL (Import/Drill In). Dans la fenêtre qui s'ouvre, cliquer sur Detect Format, ça va ajuster le format du fichier au Drill à celui des fichiers Gerber. C'est pour ça qu'il est important d'avoir la même unité entre les fichiers (mm).

Les types de parcours

  • Percer. Avec des forets (Drill Bit, Voir la liste des outils.), de différents diamètres.
  • Graver pour isoler les pistes entre elles. Avec des fraises javelot en V (Milling bit), de différents angles.
  • Graver les zones à “vider” (”Rubout area“) : avec les mêmes fraises javelot, ou des fraises droites à graver (qu'on n'a pas).
  • Découper les contours et les trous avec des fraises diamant (Routing Bit).

Nous allons voir comment générer tous ces parcours d'outils.

La Tool Table

Le logiciel génère des parcours d'outils en sélectionnant ces outils dans une base définie : la Tool Table. On peut y accéder dans le menu du même nom, en haut de la fenêtre de Converter. Normalement, ces tableaux sont déjà configurés avec les outils disponibles. Si on achète de nouveaux outils, ou si on constate par la suite qu'il manque une valeur, on peut être amené à modifier ce tableau.

Les tableaux qui nous intéressent :

  • Drill : diamètres des forets de perçage disponibles (voir liste des forets disponibles). Il faut vérifier que les diamètres de la liste correspondent aux outils disponibles, sinon on risque de générer des parcours avec des outils inexistants.
  • Milling : diamètres de gravure possibles (selon la fraise et sa profondeur, plus de détails après)
  • Router : diamètres des fraises de découpe.

1. Perçage : Auto Drill

Avant toute chose, vérifier que le fichier a été bien importé : les trous ont-ils la bonne taille ? Certaines diodes traversantes par exemple ont de grosses pattes (>0.6)…

Cliquer sur le bouton Auto Drill. Sélectionner la couche drill dans for drill, la couche edge_cuts dans for PCB outline.

Régler la tolérance sur 0.03 (attention il faut que la grille soit en mm, quitter la fenêtre si les valeurs sont bizarres et recommencer l'auto drill) ; et régler le max diameter sur 1.0.

Ça dépend complètement des outils (fraises) utilisés ! Pour le max diameter c'est simple, si un diamètre de perçage est >= au diamètre de l'outil de routing (on en a de 1.0 et 1.5mm), on découpe avec cet outil, et plus avec l'outil Drill (de perçage) qui est normalement utilisé. Pour les deux paramètres de tolérance, ils servent à arrondir les diamètres de nos trous aux valeurs dont on dispose (qui dépendent des outils Drill Bit). C'est à dire que si on a un trou de 0.770, il va être arrondi à 0.8, un de 1.020 sera arrondi à 1.00. On aura alors besoin de deux outils drill bit différents.

Génère des données dans la couche Drill, et éventuellement dans la couche Routing pour les trous trop gros.

2.Gravure des pistes : Milling outlines

2.a Mesurer la distance minimale

L'étape de gravure ôte de la matière pour isoler les éléments, on va donc d'abord chercher à connaître la plus petite largeur de gravure à réaliser afin de sélectionner les bons diamètres d'outils. Pour connaître cette largeur de gravure minimale, il faut regarder comment sont espacés les éléments entre eux. Plus ils sont proches, plus on devra graver finement, plus l'usinage sera long car il faudra souvent faire plusieurs passes.

Cette espacement minimal est étroitement lié aux règles de conception qu'on aura appliqué en concevant le circuit, et au type de boîtiers (notamment CMS) choisis → plus c'est fin plus l'espacement minimal sera fin aussi, plus il faudra une gravure fine…

Il existe deux méthodes pour mesurer la distance minimale : en repérant à l’œil les endroits les plus “serrés” et en les mesurant (risque d'erreur), ou en utilisant l'outil de détection automatique (un peu long).

Méthode “manuelle” :
Cliquer sur l'outil Display distance between two elements (règle rouge). Deux infos : distance (entre centres) et nearest points, c'est ça qui nous intéresse plus (bord à bord). Trouver les éléments les plus proches et mesurer la distance entre eux.

Méthode automatique :
Dans Information/Clearance Check, sélectionner la couche (Cuivre dessus et/ou dessous), et spécifier les valeurs limites estimées (0.1 à 0.5mm par défaut). Attention ça peut être long. Regarder ensuite la liste générée (s'il y en a une). L'affichage est peu ergonomique, regarder point par point si la mesure détectée est pertinente, le logiciel mesurant parfois un écart à l'intérieur d'une piste par exemple, entre deux segments quand on a un angle. Or, on s'en fiche de savoir qu'il y a un écart de 0.1mm entre deux sections continues d'une même piste. Par contre, c'est décisif entre deux pistes, pastilles, etc. Répéter l'opération si on a 2 couches.

2.b Générer la gravure d'isolation : Milling Outlines

Ce passage va découper les contours des pistes et pastilles pour les isoler.

Particularité par rapport à la Tool Table : comme nous utilisons des fraises en V, elles n'ont pas une largeur de gravure unique qui ne dépendrait que du diamètre de l'outil, la largeur de gravure dépend aussi de la profondeur : plus on rentre dans la plaque, plus on grave large ; à l'inverse, moins on va profondément, plus on grave fin, avec juste la pointe.

On peut donc régler plusieurs diamètres dans la Tool Table même si on n'a qu'une seule fraise ! À nous ensuite de changer la profondeur de gravure lors de l'usinage et de la vérifier à l'aide de tests (on détaillera ceci plus loin).

Ce qui est important, c'est de comprendre qu'il y a malgré tout des contraintes :

  • il nous faut au moins une passe de gravure avec un outil égal ou inférieur à la distance minimale entre les éléments (pour se glisser dans l'interstice), sinon la machine ne gravera pas à l'endroit concerné et il restera des pistes ou des pastilles reliées électriquement.
  • graver finement (en dessous de 0.2 mm) est moins précis (la largeur peut changer si la plaque est irrégulière), c'est plus long, et ce sera plus difficile à souder car on aura plus de chances de faire des faux contacts.
  • si on fait plusieurs passes avec des largeurs différentes, il faut refaire à chaque fois des mesures de largeur de gravure, ce qui est assez long. Il faut donc trouver le bon ratio entre de nombreuses passes fines (ça prend du temps “total”), et un changement de largeur afin de dégrossir (ça prend du temps au moment du changement). Pour mieux comprendre, il faut l'avoir fait une fois, ou lire la suite du guide sur l'étape de l'usinage à proprement parler !
  • on n'a pas besoin d'arrondir les valeurs à 0.1 mm, comme c'est le cas par défaut, on peut aussi régler des diamètres de 0.45, de 0.463 mm…
  • la largeur standard de gravure est autour de 0.3-0.5 mm, il est difficile de faire plus fin que 0.2, ou plus large que 0.8.

Cliquer sur l'outil Make Milling outlines. Assigner la ou les couches Top à Pattern Top, BottomPattern Bottom, Edge CutsPCB Outline. Si on veut ajouter les couches SilkScreen ou autre en plus des couches normales alors il faut les assigner aussi.

Paramètres :

  • nombre de passes. On peut garder une seule passe, si on augmente on va graver des contours plus larges, ce qui est plus pratique pour souder. Mais on n'a pas forcément la place (sinon ça empiète sur les pistes) et ça prend plus de temps.
  • Overlap ratio : si on a plusieurs passes, à quel point ces passes se superposent. Plus fin on risque de laisser du cuivre entre les passes, plus large on perd en largeur de piste. Si on veut calculer l'overlap minimum, il faut faire un peu de trigonométrie et prendre en compte : la largeur de passe, l'épaisseur de la couche de cuivre, l'angle de la pointe javelot. Par défaut, 35% est normalement suffisant pour nos cas de figure.
  • Tools / Outils : assigne des outils pour le traçage de contours (milling bit). Attention c'est là qu'il est important d'avoir bien mesuré l'écart minimal entre les éléments les plus proches, sinon on va empiéter sur des pastilles ou des pistes. Donc il faut sélectionner un diamètre inférieur ou égal à l'écart minimal mesuré plus haut… Notons qu'une largeur plus grande va enlever plus de cuivre et donc aller plus vite si on veut des pistes larges, mais les angles seront moins précis, les angles droits seront plus arrondis dans les creux. Si en plus on grave des détails fins comme du texte ou une image, il vaut mieux faire une première passe avec une largeur de piste fine (0.1-0.2). On peut faire une deuxième voire 3ème passe avec des largeurs plus grosses, mais la première passe est celle qui est “collée” à ce qu'on veut détourer, c'est donc elle qui a besoin de finesse. Pour résumer, plus fin = plus précis mais plus il faudra faire plus de passes si on veut augmenter la largeur et donc garantir l'isolation et la facilité de soudage ; plus large = plus rapide, mais plus arrondi. ⚠️ la précision dépend des outils !!! Avec les fraises fournies (90°), il est presque impossible d'aller en-dessous de 0.2, la plaque n'est pas assez plate, on se retrouve vite avec des pistes mal gravées, voir pas du tout ! Notons que la Tool List enregistrée peut ne pas correspondre à nos besoins. Si on a par exemple envie d'utiliser une largeur de 0.35mm, ce n'est pas dans la liste. On sort alors de la fenêtre Milling Outlines, et on modifie la Tool List dans Tool Table/Milling.
  • Dans Details on a la possibilité de générer des données pour une couche négative, ou de ne pas tracer les contours intérieurs.

Tout ceci génère des données dans les couches Mill Top et Mill Bottom.

Une fois ces couches générées, on a la possibilité de visualiser les chemins de la fraiseuse en cliquant sur Change View of Elements.

3. Gravure des îlots restants : Rubout

En gravant les pistes et pastilles, on n'en grave que les contours. Il peut rester des zones avec des petits îlots de cuivre qu'on souhaite gommer, que ce soit pour des raisons électriques (voir la section Plan de masse de la page sur KiCAD, et des docs de l'electrolab…) ou esthétiques.
Il est impératif de faire cette passe après avec généré les couches Mill.

Paramètres :

  • Rubout for : both (2 couches)
  • Rubout Tools : sélectionner les outils à utiliser selon la largeur des zones à enlever, du plus fin au plus large.
  • Area : zone à gratter. On peut le faire sur toute la plaque (PCB Outline), ou dessiner un rectangle spécifique, ou encore utiliser le paramètre “Only Pocket” pour n'enlever que les tout petits îlots de cuivre entre les pistes, qui n'ont pas été gravés car on n'a pas fait assez de passes avant.
  • Attention, le rubout va prendre BEAUCOUP plus de temps à graver, et aussi considérablement alourdir les calculs.

Cette étape modifie les couches Mill Top et Mill Bottom.

4. Découpe du contour

Enfin, on va générer la découpe du contour de la plaque, la couche Routing. Bouton “Make Contour Routing data”.

Choisir la couche du contour de carte et l'assigner à PCB outline.

Paramètres :

  • Breakout Tabs : tenons pour maintenir la plaque coupée solidaire de la plaque A4. Ce n'est utile que si on a fixé que sur les bords à l'aide de scotch (voir plus loin). Si on a collé toute la plaque, alors elle ne devrait pas bouger lors de la découpe, et on peut se passer de tenons (qui nécessitent de poncer en plus).
    • Gap : largeur des tenons en mm, 0.3mm par défaut.
    • Si on veut prolonger les découpes, et donc supprimer une attache, utiliser l'outil Trim or extend line or arc at any point.
  • Tools :
    • for Outside : outil utilisé pour couper l'extérieur de la carte, son contour. Il vaut mieux utiliser une fraise diamant de 1.5mm, elle s'usera moins vite que la 1mm.
    • for Inside : outil utilisé pour les découpes internes, les trous. Si on a généré des trous de fixation par exemple, ils ne seront pas percés lors de la phase précédente de perçage, car les fraises n'ont pas la bonne taille. Ils sont donc non pas percés (action de perçage uniquement verticale), mais découpés (la fraise va faire un chemin horizontal en rond à l'intérieur du cercle). C'est aussi valable pour d'autres formes que des cercles bien sûr. Pour cette opération, suivant la taille de vos trous, il vaut mieux utiliser une fraise plus fine, de 1mm, si par exemple on a un trou de 1.2mm de diamètre qui serait trop petit pour la fraise de 1.5. Si on a des trous carrés, l'arrondi des angles n'en sera que plus fin. Ça dépend de votre fichier, s'il n'y a pas lieu, utiliser la fraise de 1.5mm, ça évitera de perdre du temps à changer l'outil.
    • EDIT : en fait l'erreur semble avoir disparu… ATTENTION : si vous générez des trous ET que vous utilisez des tenons, le logiciel va en ajouter sur les découpes internes, c'est pas bon du tout ! vous allez vous retrouver avec juste deux points de fraisage au lieu d'un cercle… Pour contourner ça : on commence par générer des découpes avec tenons, on supprime les parcours des trous (désactiver/activer la couche pour actualiser la vue) mais on garde le parcours extérieur de découpe. Puis on retourne dans le menu “Make Contour Routing Data”, cette fois on décoche les tenons, puis on supprime la découpe extérieure sans tenons.

Sauvegarde

On peut enregistrer son fichier .MIT pour un usage futur ou passer directement à la suite et usiner…

Manuel (en) : CAM-Auto Instruction Manual (Ver2.2).pdf

Si vous étiez dans Converter, passer dans l'appli CAM-Auto (menu “Application” en haut à droite de l'appli).

Allumer la machine avec le bouton vert sur le devant (la caméra fait de la lumière car elle est alimentée en USB, ça ne veut pas dire que la machine est allumée). Elle va faire son zéro machine.

Ouvrir DesignView.exe pour voir la vidéo de la caméra embarquée. On peut activer l'option Stay on top pour que la fenêtre reste par-dessus DesignPro.

Quelques infos à garder en tête :

Fixer la plaque

Il faut commencer par prendre une plaque de cuivre (mono ou double couche selon le circuit à réaliser), assez grande pour contenir notre carte, et la fixer sur la surface de travail.

Attention, à cause de la caméra qui est légèrement décalée sur la gauche par rapport au mandrin, il est préférable de centrer la zone sur laquelle on désire travailler par rapport à la surface de travail. (Des repères sont tracés sur le martyr).

Attention également à laisser 1.7cm de marge de chaque côté pour le pied presseur (voir plus loin).

Scotchage

Méthode fabricant : scotcher la plaque de cuivre sur la plaque de protection (martyr en bakélite orange). Notons qu'il est conseillé d'avoir surfacé le martyr, mais nous n'avons pas de fraise assez grosse.

Avantages : plus rapide à mettre en place.

Inconvénients : fixation moins bonne (donc risque de largeur de gravure irrégulière), nécessité d'ajouter des tenons au parcours de découpe pour éviter que la carte se détache brusquement une fois coupée (tenons qu'il faudra ensuite poncer…).

Collage

Méthode CNC Fraises : recouvrir le martyr de scotch bleu. Recouvrir un côté de la plaque de cuivre de scotch bleu également. Enduire le scotch du martyr de colle cyanoacrylate (super glu). Presser immédiatement la plaque dessus (scotch contre scotch), attendre quelque seconde que ça prenne. De cette manière on évite un effet de gondolement de la plaque, qu'on peut avoir en la fixant uniquement sur les côtés. Attention, en la détachant se munir d'une spatule en métal et la glisser entre les deux couches de scotch, y aller très doucement pour ne pas la casser. Si on grave du double couche, il faudra recommencer au moment de retourner la plaque, et bien nettoyer les traces de colle du scotch (avec de l'alcool ?) https://www.cncfraises.fr/content/25-gravure-pcb-fraiseuse-cnc. Ça vaudrait le coup de tester avec du double-face…

Avantages : excellente fixation et régularité de largeur de piste, pas besoin de mettre des tenons.

Inconvénients : plus long à installer/retourner/démonter, plus grande consommation de scotch.

Combler les trous (expérimental)

La tête de la machine possède un pied presseur à 3 points, qui lui sert à maintenir la plaque et à garder la tête à distance régulière. Ce dispositif est censé garantir une largeur de gravure plus régulière, on risque donc d'avoir des problèmes quand on grave dans une plaque “à trous”, ou quand on grave trop sur le bord pour économiser du matériau.

Le fournisseur conseille de simplement prendre une plaque neuve, mais ça semble être un beau gâchis de cuivre, surtout pour du prototypage de petites cartes.

Solution envisagée : combler les trous et les marges avec des morceaux de plaque d'épaisseur égale (fixés bien entendus), afin que le pied ait toujours quelque chose sur quoi s'appuyer.

Placer les outils dans le magasin

La machine dispose d'un magasin d'outil (10 emplacements numérotés où la tête de la machine va venir changer son outil toute seule), il nous appartient donc de bien régler les outils (type, diamètre, vitesses…) et leurs emplacements de 1 à 10 dans le logiciel, et de bien les disposer quand on remplit le magasin d'outils.

Notons que par défaut, la machine est équipée d'un outil dummy (outil plat au bout qui ne sert à rien). La doc indique qu'il ne faut pas laisser le mandrin vide, et donc toujours avoir un outil équipé, même quand on n'utilise pas la machine. C'est à ça que sert le dummy. Sa bague est bleue claire, son emplacement est le numéro 10. ON NE MET DONC JAMAIS D'OUTIL DANS L'EMPLACEMENT 10 !!! En fin d'usinage, la machine est censée reprendre cet outil 10 toute seule.
Il peut y avoir des soucis en cas de déconnexion, interruption… Voir la section Aide pour plus d'infos.

Il nous reste donc 9 emplacements pour disposer les outils dont nous allons avoir besoin pour percer, graver et découper le circuit. Normalement, les outils sont déjà configurés et vous n'avez pas besoin d'éditer leurs paramètres dans le logiciel, il faut juste les placer au bon endroit dans le magasin.

Pour ce faire, aller dans le menu Information/Tool List. Le tableau affiche la liste des outils sélectionnés pour le travail d'usinage ouvert.

La colonne ATC No correspond au numéro de poste dans le magasin d'outil (de 1 à 9). Ne pas confondre avec Tool No, qui est le numéro d'outil, on peut avoir plusieurs outils qui vont au même poste, leur numéro sert à les identifier : par exemple on peut avoir toute une variété de forets (0.6, 0.8, 1.0, 3.0, etc.), ils vont alors chacun avoir un numéro d'outil, mais certains auront le même numéro de poste car on n'a que 9 postes en tout (dont d'autres occupés par des fraises de découpe ou de gravure). Le numéro d'outil sert notamment à garder une trace de l'utilisation de celui-ci, afin d'avoir une idée de son usure.

La colonne Type indique le type de l'outil :

  • Outline : fraise à graver en V pour graver les contours
  • Rubout : en général c'est aussi une fraise en V, mais dans certains cas ça pourrait être une fraise à graver droite, de plus gros diamètre pour aller plus vite. Pour l'instant nous n'en avons pas donc la question ne se pose pas.
  • Routing : fraise diamant pour découper
  • Drill : foret

Enfin, la colonne Size indique la taille de l'outil, son diamètre.

Avec toutes ces informations, on regarde pour chaque numéro de poste (ATC No) quel type et taille d'outil placer.

S'il y a déjà des outils en position et qu'on doit les enlever, bien les ranger dans les boîtes étiquetées, le diamètre n'est pas toujours écrit dessus et les couleurs de bagues peuvent être ambiguës. En cas de doute, vérifier le diamètre au pied à coulisse !

Dans l'image en exemple, il faudrait placer :

  • Poste 1 : fraise à graver pour obtenir une largeur de 0.3mm. On peut utiliser les fraises 90° fournies avec la machine (bague jaune).
  • Poste 4 : foret de 0.8 mm
  • Poste 5 : foret de 1.0 mm
  • Poste 8 : fraise diamant de 1.0 mm
  • Poste 9 : fraise diamant de 1.5 mm
  • Les autres postes (2, 3, 6, 7) peuvent rester vacants ou occupés, peu importe. Pour rappel, le poste 10 est réservé.

Si le placement des outils ne convient pas (on veut utiliser deux forets au même poste par exemple), on peut le modifier en éditant les préférences de la table des outils (en cliquant sur un des trois boutons Milling / Routin / Drill, ou via le menu CAM Prefs..

On peut alors changer le numéro dans la colonne POST, pour l'outil désiré.

Paramétrer les outils

Les vitesses de déplacement et de rotation sont réglées dans CAM-Auto par défaut, selon les conseils du fabricant adaptés à leurs outils.
Il peut cependant être important de bien comprendre ces différents paramètres et quand les modifier. Par exemple, si on utilise des outils différents de ceux par défaut, ils seront peut-être plus fragiles et nécessiteront des vitesses de déplacement plus lentes (forets plus fins, fraises à graver plus pointues…), ou si on usine un autre matériau que de la plaque à PCB FR1, il risque de produire un autre type de copeaux (par exemple une plaque de PMMA peut faire des copeaux qui fondent et se coincent sur le foret à trop forte vitesse de rotation, ça crée des bouchons et agrandit les trous). (Voir les paramètres de Tech-Inter…)

⚠ Vérifier à chaque fois que les paramètres sont bons avant de commencer (on ne sait pas qui est passé avant), et noter ses paramètres s'ils sont différents des valeurs par défaut pour la prochaine fois.

Les paramètres de nos outils et notre matériau sont dans le menu CAM Prefs./Board Maker, et les autres menus de CAM Prefs. (Milling, Drill, Routing).

Vous trouverez une liste détaillée de ces paramètres et de leurs valeurs par défaut dans la section parametres_d_usinage_cam_prefs, ici nous allons juste détailler ceux qu'on va être le plus amenés à manipuler.

Paramétrer les opérations

Cliquer sur Start Job.

Vérifier que X et Y quantity valent bien 1.

Déplacer les opérations de la colonne de gauche vers la colonne de droite, dans l’ordre :

  • Drill Top / Drill Btm : opération de perçage de la couche du dessus / dessous (il faut choisir). On perce par le dessus pour du double-couche (car on va en profiter pour percer des points de repères qui serviront à retrouver la position de la plaque quand on la retournera), on perce directement dessous en monocouche.
  • (Mill Top) : gravure de la couche du dessus (là où il y a les composants à priori), seulement en double-couche.
  • Mill Btm : gravure du dessous (là où on soudera les pattes des composants traversants)
  • Routing Btm : découpe

Ces indications correspondent aux cas d'usage les plus courants, bien sûr si on fait une carte particulière on peut organiser différemment…

Une fois validé, une fenêtre de calcul de temps s’ouvre, faire Ok, puis la machine bouge, c’est normal 😊

Une fenêtre Board Top / Bottom Change apparait, cliquer sur Adjust, ça ouvre la fenêtre Manual Operations.

Régler la zone de gravure

La machine utilise des trous de repère, P1 et P2, à 2 mm des coins de la carte qu'on va graver, ceci afin de pouvoir retrouver la position de notre plaque si on la bouge, et notamment si on la retourne. On va les paramétrer à chaque fois qu'on bouge la plaque, et les percer après le premier paramétrage.

Pour la première face on n'a besoin de régler qu'un seul point, P1, en bas à gauche (origine pièce). On va le placer selon là où on veut usiner notre circuit, donc en général près d'un bord (en gardant des marges de 2mm). Déplacer la tête de la machine à l'aide des flèches, on peut vérifier la position précise en passant en mode Camera. Cliquer sur Set P1-P2. Puis cliquer sur No pour ne régler que P1 et pas P2.

Attention, les trois boutons du menu Set P1-P2 sont assez ambigus (mal traduits ?) :

  • No : valide notre réglage de P1, fixe P2 automatiquement en haut à droite selon les dimensions de notre carte (avec des marges de 2mm environ par rapport au coin de la carte)
  • Yes : valide notre réglage de P1, se positionne là où est censé se trouver P2, on peut bouger de la position auto, on fait Set P1-P2 à nouveau pour régler P2. Ce mode est utile quand on a déjà percé P1 et P2, et que donc P2 ne se trouve pas exactement là où la machine le met automatiquement (couche du dessous, reprise d'un usinage après déplacement de la plaque).
  • Cancel : annule le réglage

Vérifier les positions en cliquant ensuite sur P1 et P2. Ce qu'il faut bien comprendre c'est qu'à cette étape on ne règle qu'un des deux points, puis on vérifie que le second ne dépasse pas de la plaque. Si ça dépasse, on risque d'avoir des erreurs de type “Out of working area”. Parfois c'est normal, il faut en effet vérifier qu'on a assez de marge entre la position normale de la tête et sa position en mode caméra. En mode caméra, la tête se déplace en effet vers la droite, et si on est déjà trop à droite c'est impossible. Or, nous avons besoin de la caméra quand on fait du bicouche, et même en monocouche pour régler la largeur de gravure (profondeur de l'outil en V).

Ajuster la profondeur/largeur de gravure

Changer d'outil (ATC)

Cliquer sur ATC (Automatic Tool Change). L’emplacement 10 doit toujours être laissé vide pour l’outil dummy, qui ne sert à rien mais protège le mandrin.
Indiquer l’emplacement de l’outil de gravure à prendre à la place (le plus souvent la fraise à graver se trouve en 1).

Vérifier que l'emplacement où va être reposé l'outil en place (normalement Dummy) est le bon avant de faire OK.

Ajuster le niveau de l’outil

Avec la molette, régler le niveau de l’outil pour que le bas de celui-ci soit au même niveau que le bas du pied presseur (bas des 3 points d'appui qui dépassent).

Tourner vers la droite ➡ = remonter l'outil = gravure moins profonde, plus fine Tourner vers la gauche ⬅ = descendre l'outil = gravure plus profonde, plus large.

Pour faire un test de gravure en P1, cliquer Spindle ON, Down, Up, Spindle OFF. Vérifier qu’il y a bien un trou (non traversant normalement). Sinon on est trop haut, descendre l'outil jusqu'à marquer le cuivre et voir un trou à la caméra.

On peut alors commencer à régler plus précisément la largeur de gravure, pour cela on va percer des trous successifs et mesurer leur diamètre, jusqu'à obtenir un diamètre correspondant à peu près à celui désiré (par exemple dans la Tool List de la photo précédente, c'était 0.3mm).
Se décaler de 1mm au-dessus de P1 (axe Y), et entrer en mode CAMERA.

Cliquer sur Milling Width. Un écran s’affiche, cliquer sur Go. La machine va percer un trou et mesurer sa largeur à l'aide de la caméra. Si la valeur est mauvaise, tourner la mollette de réglage, cliquer à nouveau sur Go, ça va se déplacer tout seul au-dessus et percer un nouveau trou, répéter jusqu’à obtenir la valeur souhaitée (en tout cas s'en approcher, à 0.01 mm disons), puis cliquer sur Close, sortir du mode CAMERA.

Percer les trous de repère P1 et P2

Prendre un foret : ATC Drill Tool (3 ou 4 en général).

Percer : Drill P1-P2.

Éventuellement réajuster l'offset de la Caméra sur P1.

Puis OK.

Troubleshooting : il peut arriver que le bouton “Drill P1-P2” n'apparaisse pas. Ce qui semble marcher c'est de sortir de la fenêtre en cliquant sur Ok, et de revenir en cliquant sur Adjust à nouveau. Si ça ne marche toujours pas, peut-être que P1 et P2 sont mal réglés. Recommencer ?

Percer le reste des trous et graver les couches du dessus

Les ajustements sont finis, on est prêts à commencer l'usinage !

En faisant Ok on est sortis du panneau d'opérations manuelles, et revenus sur le panneau Board…Change. Cliquer sur Continue. La machine va percer les trous (drill), puis graver la couche du dessus s'il y en a (milling top). On voit pour ces deux phases une fenêtre d'aperçu, avec les passages en jaune, ils deviennent rouges lorsqu'ils sont gravés. La machine change d'outil toute seule. Une fois ces deux phases terminées elle va se mettre en pause le temps qu'on retourne la plaque (si on fait du double couche). Si on fait du simple couche, elle va percer, graver et découper la plaque, on peut passer la section suivante.

(double-couche) Retourner la plaque et graver l'autre face

On décolle les scotchs et on retourne la plaque (horizontalement, le haut de la plaque doit rester en haut et le bas en bas, c'est la droite et la gauche qui s'inversent). La magie de cette machine, c'est que grâce aux repères P1 et P2 qu'on a percés, et à la caméra, on n'a pas besoin de positionner au micron la plaque pour que les deux faces soient parfaitement alignées. On va juste retrouver nos trous P1 et P2. Attention en retournant la plaque de ne pas être trop proche du bord, surtout à droite, sinon la caméra ne peut pas se positionner au-dessus des trous.

Retourner dans Adjust. Déplacer la tête à peu près au dessus de P1. Entrer en mode Camera. Si on voit P1 alors cliquer sur Snap to circle, sinon se repositionner. Set P1-P2 → Yes. C'est bon pour P1, maintenant la machine va aller chercher P2. A nouveau on Snap to circle, Set P1 P2, la machine revient à P1, c'est normal. Les ajustements sont alors terminés, faire Ok.

Cliquer sur Continue. Encore une fois on a deux phases : le milling (gravure), puis le routing (découpe). Quand c'est terminé on fait Close et la machine va récupérer l'outil dummy qui avait été déposé dans l'emplacement 10.



Afficher le récap

Nettoyer la carte et la machine

Ne surtout pas souffler sur la carte pour enlever les poussières car elles peuvent être nocives (de toute façon c'est pas un truc qu'on ferait étant donné les gestes barrières…) → aspirer les poussières, puis gratter le cuivre avec l'espèce d'éponge abrasive, réaspirer.

Vérifier les connexions

Plusieurs méthodes pour vérifier la carte :

  • Test de continuité au multimètre : est-ce que ce qui est censé être connecté l'est bien ? Et ce qui n'est pas censé l'être (attention aux faux-contacts, courts-circuits) ?
  • Inspection visuelle avec le microscope. Le lab dispose d'un microscope numérique sur pied, normalement sur la gauche de la machine, relié à l'écran de l'ordinateur (il faut allumer la caméra et changer la source de l'écran avec les boutons en bas à droite de celui-ci). Régler la luminosité, la hauteur et le point pour avoir une image bien éclairée et nette. Regarder ensuite les pistes, ça permet de voir notamment s'il reste des bouts de cuivre indésirables, si la largeur de gravure est suffisante, etc.
On voit grâce au microscope qu'il reste un peu de cuivre entre les deux passes (notamment entre les pastilles ovales à gauche), l'overlap ratio entre les deux passes de gravure était trop faible. Mais c'est très fin et ne devrait pas gêner le circuit ni la soudure.

En cas de problème, comme la carte est encore attachée à la plaque, on conserve P1 et P2 et on peut donc réusiner la carte en changeant quelques paramètres.

Séparer la carte de la plaque

Séparer le PCB de la plaque, si besoin avec une petite pince coupante pour couper les tenons.

Nettoyer la machine

Éteindre la machine. Ranger et nettoyer l'espace de travail et les outils, en bref remettre dans l'état où il était quand on a commencé.

Ranger aussi les fichiers, sauvegarder ce qui doit l'être, et éteindre l'ordinateur.

Mettre les vias

Comme mentionné au paragraphe de conception, on peut soit utiliser les petits bouts de patte de composant (résistances 1/4W) pour faire des vias, soit utiliser des vias à poinçonner.

Vias à souder

Récupérer les restes de pattes de résistances (une fois qu'on les a soudées, on coupe leurs pattes pour pas que ça dépasse, ces bouts de tiges conductrices sont très pratiques pour faire des vias). Les insérer dans un trou de via, il faut que ça dépasse assez de chaque côté pour pouvoir souder. Souder un côté, puis l'autre. Une fois qu'on a fait tous les vias, vérifier la continuité (multimètre) puis couper à ras ce qui dépasse.

Vias à poinçonner

Il faut les insérer d'un côté, retourner, se munir du poinçon à via (qu'on n'a pas pour le moment…) et d'un petit marteau, frapper pour tordre le rivet et obtenir à contact de chaque côté avec le circuit. Vérifier la continuité.

Optionnel : protéger la carte

Avec du soldermask / Masque de soudure On en a acheté deux types, liquide et film (dynamask). https://www.youtube.com/watch?v=bLP-gzqJ-r4

Pour la réalisation du typon, il nous faudrait du densifieur, et vérifier qu'on peut l'imprimer avec nos imprimantes. On a des feuilles transparentes mais sont-elles adaptées ?

Premier test à l'arrache du masque en pot, rouge (dessin au marqueur, durcissage au soleil) : pour l'instant ça ne durcit pas au soleil, même au bout de 20 min (au lieu de 20s), donc il nous faut acheter une lampe UV (Suzanne en a une)… Pour la lamineuse, certains commentaires Youtube mentionnent l'utilisation d'un fer à repasser à la place, ça tombe bien il en faut un pour l'atelier couture.

Point notable : si on trouve une bonne procédure pour réaliser le masque de soudure, l'ordre des opérations va légèrement changer : on usinera les deux faces, mais sans la dernière opération de découpe, avant d'appliquer le masque, pour ensuite reprendre la passe de découpe. On aura ainsi un résultat plus propre, qui ne bavera pas sur les côtés…

Optionnel : réaliser un pochoir pour la pâte à braser

Dans le cas de la refusion de composants montés en surface, on applique la pâte d'étain avec un pochoir métallique (stencil). On ne peut pas couper de métal avec un laser CO2 (juste graver), donc à voir si on essaie de couper un pochoir dans un autre matériau rigide et fin ?

Utiliser des empreintes spéciales pour la gravure

Dans KiCAD, ne pas utiliser les empreintes qu'on prendrait pour faire usiner nos PCB par un fabricant, mais : grossir les pastilles, mettre les pastilles d'un seul côté de la carte (Bottom) car nos trous sont non-plaqués, etc.

Imprimer un Gerber sur papier

Avant d'usiner, si on n'est pas sûr des empreintes qu'on a choisies, du placement des composants, si certains risquent d'être trop proches les uns des autres, on peut imprimer son Gerber (depuis KiCAD/Gerber View).

De cette manière, on évite de gâcher de la plaque de cuivre et du temps. Bien sûr on peut aussi vérifier dans l'aperçu 3D de KiCAD, mais tous les composants n'ont pas forcément de modèle 3D associé.

Pas besoin d'imprimer tous les Gerbers, on peut sélectionner seulement F.Cu.

Attention l'impression ne sort pas toujours une échelle 1:1 parfaite.

Vérifier la carte avant de la souder

Avec le microscope, et le multimètre (tests de continuité).

Converter ne détecte pas le contour

Si cette étape ne marche pas et qu'on a une erreur “no data found in the specified layer”, ça vient normalement du fichier, le polygone doit être mal fermé.

Retourner dans KiCAD, faire un DRC et modifier le polygone.

↩ revenir à la section Converter/Contour

CAM-Auto veut reposer l'outil actuel au mauvais emplacement

⚠ Risque de collision

Cette erreur arrive quand la machine n'a pas retenu le bon numéro d'outil suite à une coupure manuelle, ou un oubli. Par exemple elle croit avoir le 10 (dummy) alors qu'elle a le 1 (fraise).

  • On peut rectifier l'erreur manuellement en bougeant l'outil qui sera déposé pour qu'il le récupère juste après. La machine est assez lente donc c'est possible. Exemple : la machine a encore le dummy (10) mais croit qu'elle a le 1. Vider l'emplacement du 1, et bien sûr du 10. Faire un ATC 10 (dépose le 1 et prend le 10). La machine va alors mettre le dummy à la place du 1, dès que c'est fait le prendre et le mettre en 10 pendant qu'elle se déplace pour aller chercher cet outil 10. La machine aura alors repris exactement le même outil, mais on a rectifié l'erreur de numéro.
  • Sinon, la procédure officielle : aller dans CalibPro et remettre l'outil à la main (voir PDF Auto Lab_How to fix tool change function.pdf)

↩ revenir à la section ATC

La largeur de gravure est irrégulière

La gravure n'est pas la même à différents endroits de la carte.
  • Peut-être que le contact entre la plaque et la tête n'est pas de bonne qualité, car la plaque est mal fixée, ou qu'elle a des trous et que le pied presseur ne peut pas appuyer correctement dessus pour la maintenir. Voir comment fixer la plaque et combler les trous.

Il reste des bandes de cuivre entre les différentes passes de gravure

Les passes successives ne se chevauchent pas assez → augmenter le Overlap Ratio.

Les trous de perçage n'ont pas traversé la carte

On peut soit :
  • les réusiner (si on a encore P1 et P2), il faut juste paramétrer l'opération de perçage (Drill Top ou Btm), et mieux régler le niveau de l'outil de perçage, dans Board Maker/Drill/Depth of cut (augmenter, mais normalement 3mm ça marche).
  • percer à la main, avec la petite perceuse Proxon, avec la bonne taille de foret, en étant minutieux

Board Maker

Paramètres et informations générales sur la machine, le matériau, la caméra, les vitesses par défaut des outils…

Common parameters (à gauche) :

  • Board maker : modèle de la machine, AutoLAB
  • Resolution : 0.00063
  • Milling circle : Circle as drawn
  • INC milling : ON
  • Reference hole : P1-P2 revised
  • Mill. speed (mm/s) : la vitesse de déplacement horizontale en gravure. Par défaut : 12 - conseillé : 12-18
  • Dry Run (mm/s) : vitesse de déplacement horizontale dans l'air. Par défaut : 30 - conseillé : 20-30
  • Lower1 (mm/s) : ??? Vitesse de déplacement verticale dans l'air ??? Aucune info dans la doc. Par défaut : 25
  • Thickness (mm) : épaisseur du matériau. Le plus souvent, les plaques mesurent 1.6mm d'épaisseur.
  • Underlay (mm) : épaisseur du martyr (la couche de bakélite orange). Normalement 1.6mm également.
  • Sim depth (mm) : ??? Mode simulation ??? Par défaut 0
  • Pencam height (mm) : ??? Offset pour le focus de la caméra ? Par défaut 3
  • Drill wait (ms) : ??? Temps pendant lequel le foret reste dans le trou avant de remonter. Par défaut 100
  • Before cutting (ms) : ??? Temps entre le moment où la fraise entre dans le matériau et celui où elle commence à se déplacer horizontalement ?? Par défaut 100
  • After cutting (ms) : l'inverse ?
  • RS232C port : port de communication série, si on ne débranche rien c'est COM3.
  • Baud rate : vitesse de communication série. 9600
  • Camera monitor : ON, on utilise la caméra.
  • Surface detector : OFF, il n'y a pas de capteur de surface.

Default for each tool (à droite, Milling/Drill/Routing) :

  • Lower2 (mm/s) : ??? Par défaut 15 pour milling et routing, 10 pour drill. Si on perce des trous fins (avec des forets de 0.3/0.4mm), baisser cette vitesse à 3-4 mm/s, et augmenter Drill Wait et Before Cutting (sinon on risque de bouger trop vite et de casser le foret).
  • Depth of cut (mm) : Par défaut 3
  • Step milling/Start offset (mm) : Par défaut 0
  • Step milling/Each depth (mm) : Par défaut 0.4

CAM Prefs Milling

Paramètres des outils (fraises à graver, forets, fraises de découpe). C'est ici qu'on peut changer notamment le ATC No d'un outil. On peut aussi accéder à ces fenêtres depuis la fenêtre Informations/Tool List (boutons en bas), et donc au début de l'usinage.

Paramètres :

  • Skip : ?
  • No : numéro d'outil (identifiant servant à compter son usure), ne pas confondre avec le POST (emplacement dans le magasin)
  • Diam. : diamètre
  • Speed : vitesse de déplacement horizontale (gravure et découpe). Par défaut 12mm/s en gravure, moins vite pour les diamètres fins ; 1-2mm/s en découpe
  • RPM : vitesse de rotation du spindle. Par défaut 30/40 (x1000) rpm (gravure/perçage+découpe). Attention si on usine du PMMA, diminuer fortement cette vitesse (autour de 10 ?), sinon le plastique va fondre !
  • POST : ATC No, emplacement (de 1 à 9) dans le magasin d'outil. Les postes 1 et 2 sont normalement réservées aux fraises à graver, 3 à 5 aux forets, 8 et 9 aux fraises coupe diamant. On peut donc mettre d'autres outils en 6 et 7 (par exemple des fraises à graver droites).
  • Depth : pour le mode Step milling, désactivé par défaut, sinon remplace la valeur par défaut définie dans Board maker. Voir le PDF : https://nuage.apprentilab.cnam.fr/s/j9nbqNpPDP249Wx
  • Lower2 : pour le Step milling également
  • Step : désactivé par défaut, sinon ON
  • Comment : commentaire

Régler le port USB

La machine communique en USB, il faut donc dire au logiciel où elle est branchée lors de la première utilisation, ou si on rencontre un problème.

Dans CAM Prefs/Board Maker, régler le RS232 Port sur le bon COM. Pour le trouver on peut aller dans Device Manager de Windows (en français Gestionnaire de périphériques), regarder les USB Ports et voir où est connecté la AutoLAB (il faut aller dans Affichage/Afficher les périphériques cachés si ce n'est pas le cas). Il faut parfois redémarrer le logiciel pour que le changement soit pris en compte.

Ordi de la salle 138 : port COM4

Paramétrer la caméra

Outils

Les fraises et forets s'usent, ça peut se voir à l’œil, mais CAM-Auto a aussi une fonctionnalité ”Trip Meter“, qui totalise pour chaque outil (postes 1 à 9) combien celui-ci a été utilisé.

Voici les recommandations du fabricant pour les fraises fournies :

  • Milling : environ 25000mm
  • Drill : environ 2000 trous
  • Router : à l’œil, quand la surface est émoussée/brûlée

Machine

Manuel de maintenance (en)

Une fois par an : nettoyage de la tête

Il faut la démonter, voir le manuel, et utiliser la petite brossette verte (armoire forte).

→ à faire !

Une fois par an : huiler les tiges filetées

Voir le manuel.
  • ✅ Axe X
  • ✅ Axe Y
  • ✅ Axe Z

→ à faire !

Trous plaqués

Quand on fait fabriquer ses circuits en usine, on différencie trous plaqués (les parois conductrices relient les deux côtés du trou électriquement) pour les composants traversants, les vias, et non-plaqués pour les trous de fixation. Il semble exister une méthode artisanale pour plaquer les trous, mais ça semble complexe. Voir les explications du fabricant à ce sujet : http://www.mitspcb.com/edoc/th_paste.htm

Masque de soudure

Le masque de soudure (souvent vert), est une couche qui protège la carte de l’oxydation, et facilite la soudure sur les pastilles des composants.

Traditionnellement, ce masque est réalisé avec des méthodes chimiques d'insolation/révélation, mais certains fabricants de fraiseuses à PCB (Voir la vidéo de Wegstr) disent qu'il est possible de le répartir uniformément sur la carte une fois le cuivre gravé, puis de refaire une passe de gravure pour enlever le masque de soudure à certains endroits.
C'est assez délicat car la couche de cuivre en-dessous est très fine (35 μm), et il ne faut pas la graver en allant trop loin. C'est donc rendu possible en ajoutant à la machine un capteur pour détecter le contact entre la fraise et la plaque, et en montant la fraise sur ressort.

Nous avons contacté le fabricant de notre machine, ils disent que c'est trop compliqué, et qu'un tel capteur n'est pas en option sur la machine.
Le fournisseur français (Tech-inter), a également répondu que c'était impossible.

Il faudrait donc envisager de le faire de façon traditionnelle, en alignant un transparent imprimé + lampe UV (Suzanne a) + bain de révélateur (on en a).

On a commandé à la fois du masque en feuille (dynamask), et en solution, reste à comparer les deux, sachant qu'en feuille il nous faudrait une lamineuse ou un fer à repasser pour coller la feuille sur la plaque. À tester donc.

Demander ce qu'il en pense à Michel Jenger ?

Piloter/hacker la machine avec un autre logiciel de CAM

L'ergonomie de DesignPro/CAM-Auto étant ce qu'elle est, avec en plus des fonctionnalités limitées (on peut en faire la liste en lisant cette page et notamment cette section de questions à creuser, par exemple il est impossible d'ajouter un détecteur de contact), il pourrait être intéressant de piloter la machine avec un autre logiciel (comme LinuxCNC, couplé à FlatCAM pour la génération de parcours).

Pas possible selon MITS (un employé a soumis l'idée mais pas de compatibilité pour l'instant). Ils vont regarder chez Tech-inter mais à priori non.

Pour commencer, il faudrait connaître le firmware utilisé, et/ou sniffer la communication série entre DesignPro et la machine…

Détecter/corriger le niveau de la plaque

Corriger le niveau :
  • CNC fraises conseille de surfacer le martyr et de coller les plaque au lieu de les scotcher
    • Il n'y a pas de fonction de surfaçage, il faudrait générer un fichier de gravure spécial.

Détecter le niveau :

  • MITS dit qu'on ne peut pas mettre de capteur
  • Etrange, Tech_inter dit qu'ils revendent un accessoire MITS, un Tool Protrusion Equipement, qui sert à faire ça. Ça coûte 2000€ environ donc non ?
  • Dans le logiciel il existe une option “surface detector”
  • Si on pouvait piloter avec un autre soft, on pourrait utiliser un capteur et Auto Leveller : http://www.autoleveller.co.uk/ https://www.youtube.com/watch?v=v7JUMlOk8DE

Usiner d'autres matériaux : plastiques...

Il faut adapter les vitesses d'avance et de rotation dans le Board Maker et les CAM Prefs., chez Tech-inter ils vont peut-être nous donner leurs paramètres.

Est-ce qu'on peut graver en-dessous de 0.2 mm ?

CNC Fraises propose une méthode : faire un fichier où on grave plusieurs carrés, faire un carré par largeur en allant de plus en plus fin et en réglant l'outil entre chaque, vérifier ensuite au multimètre que le carré est bien isolé électriquement.

Créer une lib de composants avec les pastilles d'un seul côté

Comme nos trous sont non-plaqués, on va souder les pattes des composants traversants sur le dessous, et si on route des pistes depuis les pastilles de la couche du dessus, elles ne seront pas raccordées électriquement.

Au lieu de garder cette contrainte à l'esprit, et faire attention pendant la conception, on pourrait créer une lib des empreintes des composants traversants les plus fréquents à apprentiLAB, avec des pastilles d'un seul côté. On ne risquerait alors plus de commettre cette erreur.

Reprendre un usinage raté après la découpe

Si on constate trop tard un soucis d'impression, et que la carte est découpée, on n'a plus les points de repères P1 et P2 pour retrouver l'origine pièce et regraver par-dessus.

Suzanne : il me semble que la machine a une fonctionnalité de mapping de la carte avec la caméra, où elle peut recaler le circuit par rapport au Gerber. Mais ça pourrait très bien servir à autre chose, je n'ai pas testé…

Tutos, ressources fabricant…
Tutoriels internes

Manuels fabricant (en) sur le nuage : https://nuage.apprentilab.cnam.fr/s/5d59575Xm6Gy9ge

Tutoriels :

sélection de quelques exemples emblématiques, puis liens vers les réalisations

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  • Dernière modification: 2022/04/05 11:29
  • de ApprentiLab CNAM