Piirilevyjyrsintä

Piirilevyjyrsinnän työvaiheet

Piirilevylayoutin suunnittelu

Piirilevylayoutin suositusspeksit:
- track: 0.5mm, trackien isolaatiot 0.4mm, pad 0805 (=2mmx1.2 mm padit. 1)
- Hacklab piirilevyjyrsinnän peruskonfiguraatiossa oletuksena, että kaikki PTH (=kupari) reijät ovat saman kokoisia. Samoin kaikki NPTH (=kiinnitys= ei-kupari) reijät saman kokoisia. 2)
Piirilevyn sijoittaminen koordinaatistoon 3)
- Yksipuoleisen piirilevyllä origo sijoitetaan piirilevyn vasempaan alanurkkaan
- Kaksipuoleisella origo sijoitetaan piirilevyn alareunan keskikohtaan. Kaksipuoleisen piirilevyn kohdistamista varten Y-akselille kaksi via:aa: 4)
  - Toinen y-akselille kohtaan X=0, Y=-3 mm
  - ja toinen Y-akselille 3 mm piirilevyn yläreunan yläpuolelle.
Piirilevyn layoutin suunnittelun lopputuloksena projektin PROJ Gerber -tiedostot 5)
- PROJ_F_Cu.gbr: etupuolen kuparikerros
- PROJ_B_Cu.gbr: takapuolen kuparikerros
- PROJ_Edge_Cuts.gbr: piirilevyn reunat
- PROJ_PTH.drl: kuparireikien (Plated Through Hole) porausohjeet
- PROJ_NPTH.drl: ei kuparireikien (Non Plated Through Hole) porausohjeet

1) Käytännössä näillä spekseillä pädien välistä olevat vedot eivät onnistu. Tiukemmatkin toleranssit (track 0.25 mm) saattavat toimia.
2) Erikokoisten reikien käyttö piirilevyssä ks. #reijitys
3) CAM - työkalun konfiguraatiossa mahdollista, että CAM -työkalu siirtää piirilevyn origon automaagisesti jyrsinnän kannalta oikeaan kohtaa. Lab jyrsintäputkessa tätä toimintoa ei ole käytetty.
4) 3mm tulee siitä, että Lab:in jyrsintäputkessa vakioitu reunan jyrsintätuokalu 2mm. Kohdistus viat 1mm tämän työkalun ulkopuolelle.
5) Tiedostot =ei zip paketti. Lab:in jyrsintäputkeen ei tuettuna zip -paketin purkua.

Gerber tiedostojen muokkaaminen jyrsinnän gcode:ksi

Työvaiheet Gerber muuntamiseksi gcodeksi:

Projektin PROJ Gerber -tiedostot ( PROJ_F_Cu.gbr, PROJ_B_Cu.gbr, PROJ_Edge_ts.gbr, PROJ_PTH.drl, PROJ_NPTH.drl) kopioidaan etool -työkalun 01-gerber -hakemistoon 1)
etool -työkalun avulla muunnetaan projektin PROJ 01-gerber -hakemistossa olevat Gerber tiedostot gcode -tiedostoiksi 02-ngc -hakemistoon. Tuloksena: 2)
- PROJ_F_Cu.ngc: etupuolen kuparikerroksen jyrsintä
- PROJ_B_Cu.ngc: takapuolen kuparikerroksen jyrsintä
- PROJ_Edge_Cuts.ngc: piirilevyn reunojen jyrsintä
- PROJ_PTH.ngc: kuparireikien (Plated Through Hole) porausohjeet
- PROJ_NPTH.ngc: ei kuparireikien (Non Plated Through Hole) porausohjeet
Kaksipuoleisella piirilevylle tuotetaan lisäksi erillinen poraustiedosto PROJ_PTH-ALIGN.ngc, jolla X=0 akselilla olevat kohdistus -viat porataan syvemmiksi kuin piirilevyllä olevat normaalit viat. 3)
Simulaattorin avulla varmistetaan hakemistossa 02-ngc olevien gcode -tiedostojen oikeellisuus. Erityisesti varmistettava kohdistus -viojen porauskoodin PROJ_PTH-ALIGN.ngc oikeellisuus. 4)
Simulaattorivarmennuksen jälkeen gcode -tiedostot (PROJ_F_Cu.ngc, PROJ_Edge_Cuts.ngc, PROJ_PTH.ngc, PROJ_NPTH.ngc, kaksipuoleisella piirilevyillä lisäksi PROJ_B_Cu.ngc ja PROJ_PTH-ALIGN.ngc) kopioidaan tikulle siirrettäväksi jyrsintäkoneelle.

1) Jos piirilevyn suunnittelutyökalu ja etool -työkalu asennettu samaan koneeseen niin Gerber -tiedostot voidaan ohjata tulemaan automaagisesti 01-gerber -hakemistoon
2) etool.cmd gerber PROJ -komento
3) etool.cmd adrill PROJ -komento. Käynnistää skriptin, jonka oikeellisuudesta ei ole varmuutta: Tarkista simulaattorilla ja korjaa tarvittaessa käsin!!!
4) etool.cmd simulator komento käynnistää linuxcnc -simulaattorin.

Jyrsintä

Jyrsinnän työvaiheet:

Siirrä gcode -tiedostot (PROJ_F_Cu.ngc, PROJ_Edge_Cuts.ngc, PROJ_PTH.ngc, PROJ_NPTH.ngc, kaksipuoleisella piirilevyillä lisäksi PROJ_B_Cu.ngc ja PROJ_PTH-ALIGN.ngc) tikulla jyrsintäkoneelle.
Kiinnitä riittävän suuri piirilevyaihio kaksipuoleisella teipillä puualustaan, joka on tukavasti kiinni jyrsijän pöydässä.
Aseta jyrsijän origo (Touch off X=0,Y=0) piirilevyaihiolle kohtaan, johon haluat piirilevyn origon sijoittuvan
Piirilevyn gcode jyrsintä:

Etupuolen kuparin jyrsintä (PROJ_F_Cu.ngc). 1)
Jos kaksipuoleinen piirilevy:
1. poraa kohdisusreijät PROJ_PTH-ALIGN.ngc) 2)
2. käännä piirilevy. Ennen kääntämistä huomioi missä kohdistusreijät sijaitsevat, jotta osaat kohdistaa piirilevyn puualustalla oikeaan kohtaan kääntämämisen jälkeen.
3. Takapuolen kuparin jyrsintä (PROJ_B_Cu.ngc) 1)
4. Käännä piirilevy takaisin etupuolelle (jälleen kohdistus kohdistusreikien avulla puualustalle)
Poraa kuparireijät: PROJ_PTH.ngc 2)
Poraa kiinnitysrejät:PROJ_NPTH.ngc 2)
Leikkaa piirilevyn reunat PROJ_Edge_Cuts.ngc. 2)

1) Ennen jyrsinnän käynnistystä terän vaihto ja z-koordinaatin asetus ja proben tarkistus. Proben tarkistus: proben kytkentäliuska ottaa kiinni piirilevyaihioon, proben kytkentäliuskasta lähtee johto joka menee hiillen koteloon. Jos vielä lisävarmistusta halua niin proben tilan saa käyttöliittymään näkyviin ja hiilen kyljessä olevassa rasiassa on maadoitusnappi probesignaalin testaamista varten.
2) Ennen jyrsinnän käynnistystä terän vaihto ja z-koordinaatin asetus.

Piirilevyn jälkikäsittely

Reunojen siivous ja mahdollinen hionta

Tarkista mikroskoopille jyysteet ja oikosulut, tasaa mahdolliset purskeet

Piirilevyjyrsinnän työkaluohjeet

Piirilevysuunnitteluohjelmat

KiCad 1)
- File -> Plot -toiminnon dialogissa "Use extended X2 format" ruksi poistetaan
- Jos käytät Lab:in hiljaisen huoneen PC:tä niin Output directory: C:\Users\hacklab\Documents\etool\01-gerber. Kopioi Ggerber -tiedostot tähän hakemistoon, jos teet piirilevy suunnittelun muualla.

Muiden piirilevysuunnitteluohjelmien käyttö saattaa onnistua, mutta ei ole testattu.

1) TODO Suunnittelu kriteerien toteutus KiCad työkaluun.

Hiljaisen huoneen PC asennus

Hiljaisen huoneen Windows 10 PC -työasemaan on asennettu etool työkalu https://github.com/jarjuk/etool.

Työkalun käynnistysskripti sijaitsee hacklab -käyttäjän kotihakemistossa hacklab\bin\etool.cmd. Tuplaklikkaamalla tätä skriptiä (tai työpöydällä olevaan short-cut linkkiä). Tulostetaan käyttöohje ja avamaan <cmd> -ikkuna, jossa etool käyttö tapahtuu.
Työkalun datahakemisto sijaitsee hacklab -käyttäjän Documents\etool

Lyhyt yhteenveto komennoista (lue ne ohjeet!):

etool.sh cleanup : data hakemistojen 01-gerber, 02-ngc siivous. Mitään datoja EI kannata säilyttää tuolla ne putsautuu jatkuvasti
etool.cmd ls: data hakemistojen 01-gerber, 02-ngc hakemistolistaus
etool.cmd gerber PROJ: Projektin PROJ gerbereiden muunnos gcodeksi. Hakemisto 01-gerber --> 02-ngc
etool.cmd ardill PROJ: Projektin PROJ kohdistusreikien gcoden tuottaminen hakemistoon 02-ngc
etool.cmd simulator: linuxcnc simulaattorin käynnistys

Jyrsintä (hiili)

KÄytettävät hiilen terät:
- PCB jyrsinterä: arvaus 0.1 mm/60deg
- PTH poranterä: 0.9mm
- NPTH poraterä 2.5mm tai 3mm
- Reunojen jyrsintä 2 mm leikkausterä
Lähtötilanne: Projektin ngc tiedostot (*_F_Cu.ngc, *_B_Cu.ngc, *_Edge_Cuts,ngc, *-PTH.ngc, *-NPTH.ngc, *_PTH-ALIGN.ngc) on kopiotu siirretty hiilellle.
Kiinnitä piirilevy kaksipuoleisella teipillä hiilen uhripuuhun.
Touch off x ja y siihen kohtaan, mihin piirilevyn origon suunnittelit.
Touch off z:lle (= vie z riittävän lähelle, n. 1 mm päähän pinnasta, z step 0.1 mm, kunnes paperi ei enää mahdu, touch off)
Tarkista, että probe on kytketty ja toimii
- proben kytkentäliuska ottaa kiinni piirilevyaihioon
- proben kytkentäliuskasta lähtee johto joka menee hiillen koteloon
- jos vielä lisävarmistusta halua niin proben tilan saa käyttöliittymään näkyviin ja hiilen kyljessä olevassa rasiassa on maadoitusnappi probesignaalin testaamista varten
Jyrsintä
- aja Front Copper milling: (*_F_Cu.ngc)
- jos kaksipuoleinen piirilevy
  - vaihda kohdistusporanterä, touch off z, poraa kohdisusreijät PTH-ALIGN.ngc
  - käännä piirilevy (ennen kääntämistä huomioi missä kohdistusreijät sijaitsevat, jotta osaat kohdistaa piirilevyn oikeaan kohtaan käätämämisen jälkeen)
  - vaihda piirilevvyn jyrsinterä, touch off -z, aja back copper milling (*_B_Cu.ngc)
  - käännä piirilevy takaisin etupuolelle
- Poraa kuparireijät: Vaihda poranterä, touch off z, aja *-PTH.ngc,
- Poraa kiinnitysrejät: Vaihda poranterä, touch off z, aja *-NPTH.ngc
- Jyrsi piirilevyn reunat: vaihda reunajyrsin, touch off z, aja *_Edge_Cuts,ngc

Reijitys