Tutorial para fabricar placas de circuito impreso con la

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1 Tutorial para fabricar placas de circuito impreso con la fresadora de LPKF Protomat 91S, CircuitCam y BoardMaster Patricio Coronado Collado, Universidad Autónoma de Madrid (SEGAINVEX ELECTRONICA) nov.2010 GENERACION DE TAREAS DE FRESADO EN CIRCUITCAM. Una vez terminada la pcb (figura 1) con el Layout de Orcad, hay que generar los ficheros con las tareas para procesarla en la fresadora. Generación de los ficheros gerber desde Orcad Layout figura 1 En el Layout, en el menú Windows vamos a Windows\4 Post process y vemos la ventana de pos procesado, como en la figura 2. Picamos con el botón derecho del ratón en la capa *.TOP y picamos en Properties. Se abre la ventana de la figura 3. Realizamos las selecciones que se ven. El formato de salida es Extended Gerber. En Options, son imprescindibles Create Drill Files para que cree el fichero de taladrados y Enable For Post Processing para que se incluya la información de esta capa en los ficheros de salida. Hacemos lo mismo con la capa botton (*.BOT). 1

2 La capa de corte *.BRD no la incluye el Layout por defecto. Se crea fácilmente incluyendo lo que se ve en la figura 4, dándole una extensión *.BRD y un nombre, por ejemplo Borde De Placa. Figura 2 Figura 3 2

3 Repetimos el proceso anterior con la capa de corte. Podemos ver lo que hay en esta capa picando, en la ventana de post procesado sobre *.BRD y seleccionando Preview. Figura 4 En la figura 4 vemos el preview donde además hemos pulsado el icono de Color Settings para que se vea que lo que incluye esta capa es el borde de placa. Una vez que las capas top, bottom y Borde de Placa se han configurado y seleccionado para el pos procesado, en la ventana principal del Layout, se selecciona del menú Auto\Run Post Process. Se generan los ficheros de salida del Layout (figura 5), que serán los de entrada al CircuitCam. El fichero de taladrado se genera con el nombre thruhole.tab, es recomendable renombrarlo, para que se llame igual que el resto de ficheros generados, así no habrá ambigüedad a la hora de importar ficheros desde el CircuitCam. Los ficheros de interés para continuar son los que se ven en la figura 6. 3

4 Figura 5 Figura 6 CircuitCam Ahora continuamos abriendo el CircuitCam. En este tutorial se utiliza la versión que se ve en la figura 7. Figura 7 4

5 Con este programa se generan los ficheros que contienen las trayectorias de las fresas necesarias para fabricar la pcb. El procesado con CircuitCam se realiza simplemente utilizando los iconos que se ven en la figura 8. Figura 8 Figura 9 5

6 Con el primero se importan los 4 ficheros; el de la capa top, el de la bottom, la de corte y la de taladrado. Con el segundo se genera la capa de salida de corte. Con el tercero se selecciona el área de limpieza de cobre. Con el cuarto se realiza el proceso de aislamiento, generándose las trayectorias de las fresas de aislamiento, limpieza y los taladros. Con el quinto se exporta el trabajo realizado a un formato que entiende el software que controla la fresadora, el BoardMaster. Importación de ficheros desde CircuitCam Con el icono 1 de la figura 8 vamos a importar uno tras otro los 4 ficheros antes citado. Pulsamos el icono y se abre un pop up para seleccionar ficheros. En la figura 9 se destacan en amarillo los 4 ficheros. Empezamos seleccionando la capa top que está en el fichero ADAPTACION.TOP. Nos aparece la ventana de la figura 10. En el formato extended gerber solo hay que indicar la capa de destino seleccionando Layer:TopLayer. Dígitos n.m viene fijado a 3 y 4, el resto de los campos también vienen determinados correctamente por defecto. Figura 10 6

7 Podemos pre visualizar la importación con el botón Previsualizar, figura11. Cerramos la ventana de pre visualizado y para finalizar hay que pulsar Importar. Veremos la capa top en el entorno. Figura 12. Figura 11 Hacemos lo mismo con el fichero ADAPTACION.BOT, asegurándonos de seleccionar como destino la capa Layer:BottomLayer. Repetimos el proceso con la capa de borde de placa ADAPTACION.BRD seleccionando como destino Layer:CuttingOutside. Por fin importamos el fichero de taladrado ADAPTACION.TAP. Como este no es un fichero en formato extended gerber, los dígitos n.m hay que seleccionarlos a 3 y 4. Ahora la capa de destino es Layer:DrillUnplated, figura 13. Figura 12 7

8 Figura 13 Pulsamos importar y vemos el entorno como en la figura 14. Corte de contorno Pulsamos el icono 2 de la figura 8 Corte de Contorno y aparece el pop up de la figura 15. Debemos hacer las selecciones que se ven en la figura. El corte será exterior (el interior se utiliza para hacer ventanas en la pcb). El camino de corte se traza en la capa de destino CuttingOutside. El Breakout son puntos en el corte del contorno de placa que se quedan sin cortar (gaps), para que el corte no se haga completo evitando que salte la placa al terminar. Se selecciona el tamaño del gap y cada unos cuantos milímetros del trayecto (Seleccionados en Distance) del corte se crea un gap. Una vez realizadas las selecciones se pulsa ejecutar. Ahora podemos ver la tarea de corte que se va a realizar. Figura 16. Podemos ver los gaps que ha creado automáticamente. 8

9 Figura 14 Figura 15 9

10 Figura 16 También vemos la trayectoria que va a seguir la fresa de corte. Limpieza de las capas La siguiente fase se realiza con el icono 3 de la figura 8 (Rubout Todas las Capas). Esta tarea no es imprescindible. Si no se realiza, la fresadora se limita a aislar las pistas y pads de la pcb con un ancho determinado. El resto del cobre no se elimina, a menos que realicemos esta fase, que consiste en determinar el área de la placa en que se va ha hacer una limpieza o borrado total del cobre sobrante. Para proceder con esta fase pulsamos el icono. Nos aparece un mensaje en la parte de abajo a la izquierda, Pulsar el ratón para fijar el rectángulo. Lo que nos pida es que piquemos con el ratón en dos puntos del área de la pcb para definir un rectángulo en el que queremos que se elimine el cobre sobrante. Lo que haremos será seleccionar un rectángulo que cubre toda la pcb, pero sin salirnos por fuera, a la zona de corte. Al seleccionar toda la pcb la placa quedará tal como la hemos diseñado en el Layout de Orcad. Aislamiento de todas las capas Al pulsar el botón 4 de la figura 8, CircuitCam calcula las trayectorias de las fresas necesarias para procesar la pcb, eliminando el cobre sobrante. Para ver y modificar los parámetros que se van a utilizar para hacer esto, seleccionamos en el menú superior de CircuitCam: Editar\Aislar Aparece la ventana de la figura

11 Figura 17 En el campo Trabajo seleccionamos la capa bottom, con la capa de salida InsulatedDefaultBottom. A continuación configuramos para esta capa. En Herramienta vemos que fresa va a utilizar en cada subfase. En la figura se ve que utilizará 2 subfases, la Estándar y la grande y con qué herramienta va a procesar cada una. En cada cara y por cada subfase se crea una capa de salida; en este caso se crearán capas InsulatedBottom_Std e InsulatedBottom_Big para la cara bottom. En el campo Ruteado de layout se selecciona la dirección preferente de las trayectorias de las fresas, según el ruteado de las pistas. Si estas son mayormente horizontales en la cara botton,, conviene seleccionar el icono donde se ven las pistas horizontales y viceversa. En el campo de Ancho se selecciona el ancho del aislamiento de pistas y pads. Esto solo tiene sentido si no se va a realizar la fase de Rubout Todas las Capas. En el caso del ejemplo que estamos utilizando, como he puesto un plano de masa en el Layout y le he dado un aislamiento de 0.6mm, será este el aislamiento final. Pulsamos Guardar y realizamos la configuración para la cara top, le damos a Guardar y luego a Aceptar, cerrándose la ventana de configuración. Para que realice la tarea recién configurada pulsamos el icono 4 de la figura 8 Aislar todas las capas. En un rato calcula las trayectorias de las fresas y ya se pueden ver en el entorno. Figura

12 Figura 18 Si pulsamos el icono de Capas en la columna de la izquierda, podemos ver las capas que hay cargadas en el entorno de CircuitCam; las que importamos (grupo 1) y las recién creadas (grupo 2). Figura 19. Figura 19 Desde esta ventana podemos hacer las capas visibles o invisibles, para verlas independientemente en el entorno. 12

13 Desde el entorno principal de CircuitCam, podemos seleccionar una capa y eliminarla, a fin de generarla nuevamente. Para eso hay que seleccionarla, figura 20. Y en el menú principal acceder a: Seleccionar\Capa. La capa queda seleccionada pudiéndose eliminar pulsando la tecla Supr. Ahora podemos repetir la fase que crea esa capa. Figura 20 Exportación de las tareas creadas Por fin solo tenemos que pulsar el icono 5 de la figura 8 para que se genere el fichero ADAPTACION.LMD, que podremos cargar en el programa de la máquina BoardMaster. También se genera el fichero ADAPTACION.CAM, donde se guarda el trabajo realizado en CircuitCam. 13

14 FABRICACIÓN DE LA PCB EN LA FRESADORA PROTOBOARD92S CON BOARDMASTER. Ahora vamos a fabricar físicamente la pcb. Primero creamos el área ocupa la pcb virgen que utilizaremos como materia prima. Luego que importamos el fichero con extensión *.lmd generado con CircuitCam. Creación del área de pcb Abrimos el Board Master, figura 21.. Para ver toda la superficie de trabajo de la fresadora, desde el menú principal seleccionamos Ver\Material. Ahora vamos a definir el área de cobre sobre el que se va a fresar nuestra pcb. Figura 21 Desde el menú principal seleccionamos: Configuración\Material\Area, figura

15 Figura 22 Nuestra placa de cobre tiene 290x110 mm. Para situarla en la máquina seleccionamos las coordenadas como en la figura 23. Ahora podemos ver la PCB base sobre la máquina. Importación del fichero de nuestro proyecto. Desde el menú principal seleccionamos: Archivo\Importar\LMD/LPR. Y buscamos el fichero de salida de CircuitCam, en el caso del ejemplo que estamos siguiendo nuestro proyecto es ADAPTACION.LMD. Al pulsar Abrir nos presenta un pop up con el mensaje Al menos una 15

16 herramienta no asignada! Vaya a asignación de herramientas para asignarlo. Pulsamos aceptar y el pop up se cierra. Figura 23 Figura 24 16

17 Ahora vemos el rectángulo del área que ocupará la pcb. Podemos manipularla con los iconos que se ven en la figura 24. Seleccionando el icono 1 y picando con el ratón el rectángulo de nuestro proyecto, podemos situarlo en la zona de cobre que queramos. Y seleccionando del menú principal: Editar\Situación.... Podemos rotar el proyecto figura 25. Figura 25 Para eso, en el campo Rotación Hay que poner 90. Desde esta ventana podemos además panelar el proyecto (para hacer varios a la vez) con Cantidad. Agregar otro proyecto, borrar el proyecto e incluso situarlo sobre el material con coordenadas x,y. Figura 26 17

18 Ya tenemos el proyecto sobre el material según nuestras preferencias. Figura 26. Hay que asegurarse de que en ningún momento la fresador va a pasar por ninguno de los tetones de sujeción, que no se ven en Board Master, pero si en la máquina real. Para eso podemos mover la fresadora con el icono señalado en la figura 26, y asegurarnos de que hemos colocado nuestro proyecto fuera de los tetones. Asignación de herramientas. En el menú principal seleccionamos: Editar\Herramientas asignadas. Se abre la ventana de la figura 27. Figura 27 Vemos que la Fase InsulateTop (abajo a la izquierda) está seleccionada. Picamos con el ratón en la flecha del campo (a la derecha) Fase y seleccionamos Fresado_Comp. De esta manera asociamos la fase InsulatedTop con la tarea FresadoComp. Ahora picamos en plumilla y vemos que hay 2 plumillas para esta tarea. Una es 0.20 M a la que asociamos la herramienta M Universal Cutter 0.2mm en el campo Herramienta que está más abajo. Y otra plumilla es 1.00 M a la que asociamos la herramienta Double Edged Cutter 1.0 mm. Continuamos picando otra fase abajo a la izquierda para seleccionarla, por ejemplo InsulatedBottom. La asociamos con la tarea Fresado_Sold y hacemos la asociación plumilla herramienta idéntica a la de la fase anterior. 18

19 Para continuar seleccionamos a la izquierda la fase CuttingOutside, que asociamos con la tarea Cortado_Sold. Como la plumilla es 1.00 M le asociamos como herramienta M Contour Router 1mm long. En las fases de la izquierda, hay dos que se llaman DrillUnplated. Comprobamos que una de ellas tiene asociada una plumilla 0.20 D. Esta fase no es necesario hacerla, porque lo único que pretende es marcar los taladros con la fresa Universal Cutter 0.2mm. Seleccionamos la otra fase DrillUnplate y la asociamos con la tarea Taladrado_Comp. Esta fase utiliza una plumilla 1.00 D, que es la broca de 1mm. Para hacer la asociación seleccionamos en herramienta D Spiral Drill 1.0mm. Si en otros proyectos, vemos que en esta fase hay otras plumillas, les asociamos las brocas que les correspondan. En la tabla 1 vemos las asociaciones que se han hecho. CircuitCam Plumilla Board Master Herramienta InsulatedTop_Std 0.20 M Fresado_Comp M Universal Cutter 0.2mm InsulatedTop_Big 1.00 M Double Edged Cutter 1.0 mm InsulatedBottom_Std 0.20 M Fresado_Sold M Universal Cutter 0.2mm InsulatedBottom_Big 1.00 M Double Edged Cutter 1.0 mm CuttingOutside 1.00 M Cortado_Sold Contour Router 1mm long DrillUnplated 1.00 D Taladrado_Comp D Spiral Drill 1.0mm Tabla 1 Figura 28 19

20 Para ver en detalle nuestro proyecto seleccionamos en el menú principal: Ver\Material y quedará como en la figura 28. Se ven las tareas que se van a realizar por la cara bottom o de soldadura. Si en el menú desplegable marcado en la figura seleccionamos la tarea Fresado_Comp veremos el resultado de girar el material base sobre el eje x=0 que se ve siempre en negro. Ahora se aprecian las tareas a realizar en la cara Top o de componentes. La estrategia es fresar la cara de componentes, girar el material, fresar la cara de componentes, taladrar y cortar por esta misma cara. Figura 29 20

21 FRESADO DE LA PCB. Colocación de la pcb virgen (material) Tenemos una pcb virgen de 290X110mm. Para colocarla en la máquina hay que practicarle 2 taladros que coincidan con 2 tetones de la máquina. Para esto se utiliza la plantilla de metacrilato, figura 30. Figura 30 Hacemos 2 taladros de 3mm para fijar la placa sobre la máquina. Figura 31. Figura 31 21

22 Figura 32 Pulsando el control remarcado en la figura 31 y luego punteando con el ratón en cualquier punto de la máquina, el cabezal soporte de la fresadora se desplaza a este punto. Punteamos los cuatro vértices de nuestro proyecto para que la máquina se desplace de uno a otro, de esta manera comprobamos que el proyecto está colocado sobre el cobre y además la fresadora no va a pasar cerca de ningún tetón. Si dibujamos el recorrido del cabezal, lo veríamos como en la figura 33. Prueba de profundidad Figura 33 Vamos a colocar la fresa universal de 0.2 mm y rayar una zona de la pcb, modificando el mando de profundidad del cabezal, para asegurarnos de que el fresado es de 0.2mm. Para eso utilizaremos los mandos de la figura

23 Figura 34 Con el control (1) hacemos girara o parar la fresadora. Con el (2) subimos o bajamos el cabezal Con las flechas (3) desplazamos el cabezal. Con el campo de distancia (4) determinamos los milímetros que se va a mover. Con el mando de la figura 35 podemos hacer que la fresa profundice más o menos en el cobre. Figura 35 Hacemos pruebas a distintas profundidades y medimos cual es la que hace un surco de 0.2 mm. Entonces ajustamos a esa profundidad. En la figura 36 vemos 3 recorridos de 1cm cambiando 5 puntos hacia el + de la rueda de profundidad. Fresado de la cara de componentes Figura 36 23

24 Para ver claramente nuestro proyecto, seleccionamos desde el menú principal: Ver\Todos los proyectos. Seleccionamos la fase Fresado_Comp (1) en la figura 37. A continuación pulsamos All+ (2) La tarea cambia de color. Añadimos con pulsando + (3) y comenzamos pulsando Start (4). Figura 37 Board Master nos pedirá que le coloquemos la fresa Universal Cutter 0.2 mm con la que va a hacer el aislamiento Figura 38. Una vez hecho esto pulsamos OK y la fresadora comenzará la fase. Cuando la termine nos pedirá la fresa para hacer el borrado de cobre sobrante, Doble Edged Cutter 1.0 mm Pulsamos OK y la fresadora realizará la tarea. Cuando finalice nos avisará con un pop up de Final de la fase. Pulsamos a aceptar y comprobamos la tarea realizada llevando el cabezal a un extremo de la máquina seleccionando desde el menú principal: Ir a\pausa. Figura 37 Figura 38 24

25 Figura 39 25