Go from PCB toner transfer making to 3-axis CNC G-code PCB making - part 4: Learning
Hur går det?
Har nu tillverkat en mängd kretskort med CAD och sen fräst ut dessa med en CNC fräs.
Inledningsvis så är inlärningskurvan brant, men även fortsatt ser inlärningskurvan ut att fortfarande var brant :-)
Att tillverka kretskort är en specialistverksamhet.....och verktyg för att tillverka är invecklade....och felfrekvensen är hög, mycket kan gå fel och det gör det ofta....
Med lite AI hjälp så är det numera enklare att hitta svar, man frågar AI och promptarna blir bättre och bättre, man kan fråga efter stegvisa instruktioner för olika steg i kretskortstillverkningen man har svårigheter med.
Man måste ha checklistor för de olika stegen i kretskortstillverkningen, speciellt för att hantera Gerber och för att hantera .nc filerna i respektive verktyg.
Just nu:
- Att göra enkelsidiga kretskort för hålmonterade komponenter på FR4 känns helt OK i nuläget. God repeterbarhet.
- Att göra enkelsidiga kretskort för ytmonterade komponenter ner till storlek 0805 och ledningsbanor ner till 0.5mm på FR4 1.6mm känns helt OK i nuläget. God repeterbarhet.
Nästa steg är att få bättre resultat på:
- Non Copper Clearing/Rub out: bort med koppar under komponenter, försvårar lödpasta lödning idag.Kan göras med multi depth milling och en annan fräsbits, vertygsbyte.
- Milling bit calculation: Få grepp om den verkliga effektiva fräsbredden på fräsbits, skär ofta för brett, visar på begränsningar i CNC hårdvaran.
- Isolation routing: att fräsa 0.4- 0.2ish mm smala ledningsbanor, dessa förstörs idag helt
 |
| 0.4mm paj |
 |
| 0.4mm paj |
- Multi-depth milling: att fräsa 0.4 och 0.2ish mm smala ledningsbanor i två steg för att minska risken för förstöra ledningsbanor och belastning/glapp i CNC hårdvaran.
Saker som inte varit prioriterande är:
- Kantfräsning, PCB contour routing: enklare att klippa med plåtsaxen, mindre damm
- Dubbelsidiga kretskortsbanor: enklare att dra en eller två ledare med kopplingskabel.
CNC förbättringar som gett bättre resultat:
- Z probe funktionen, ett måste för god repeterbarhet
 |
| Z probe |
 |
| Z probe |
- Ny motor på spindeln, bytte från en långsam 775 motor till en som kan gå över 10 000rpm och ända upp till 20 000rpm med rätt spänning. Ny motor är fortfarande en 775 motor som kan drivas av den inbyggda motordrivande 10Ampere fet transistorn i CNC kontrollerkortet. Hoppas att bytet från glidlager till kullager inte syns alltför mycket i fräsresultaten (återstår att se).
Den långsamma motorn är misstänkt att orsaka V-bitens sidotryck på kopparbanorna var större, det märktes tydligt på små kopparlödytor som tenderade lossna så fort man lade på lödpasta och värme....provade med långsam X,Y matning men kanske inte långsamt nog....
 |
| 20 000 rpm 775 motor |
Speciella situationer som ställt till det i tillverkningsprocessen
- Jag har inga gränslägesbrytare för att kunna använda HOMING funktionen, så jag har en grbl sekvens i Candle som ställer spindeln på ett säker plats, min längd på Z är begränsad och kan ofta stöta i övre ändläget och Z kalibreringen blir oanvändbar
- Mjukvaru bugg i Flatcam som gör Z kalibreringen helt oanvändbar för V-bits, Z djupet nollställs om man har grbl11 processing och senaste Flatcam versionen med V-bits data. Lösningen är en "workaround" då man anger att använda C (cylindrical, flat end) bits, räknar först ut den effektiva fräsdiametern med kalkylatorn för V-bits och sen använder man den dimensionen för C1 bits. C bits är raka så man använder V-bits diametern vid det fräsdjupet som används, något som kalkylatorn i Flatcam kan ange. Man kan även byta processing till grbl med lite sidoeffekter.
- Billiga V-bits från öst är inte att lita på, fräsbredden på isolation routing blir oftast mycket bredare än tänkt. Spetsarna kan vara fula redan i boxen dom kommer i. Man måste inspektera och kassera vissa bits. Spetsdiametern är inte 0.10mm för alla bits i boxen, vissa är bredare än så. Tittar man på dyra V-bits så ligger styckpriset runt 600SEK, på dessa billiga ligger styckpriset runt 17SEK.
Ska man tillverka 0.4 -> 0.2mm = 025mm isolationsfräsning - är det en chansning och man måste först göra "kretsbanekalibreringstestfräsningar" innan man vet vad man får, för varje V-bit man tänker använda på det slutliga kretskortet eftersom spetsarnas riktiga diameter är sådär....
I teorin ska V-bits med 0.08 respektive 0.13 spetsar klara av att fräsa;
0.005'' / 0.0762mm (0.08mm) = klarar 0.152mm spacing på PCB (plus dåliga CNC egenskaper)
0.003'' / 0.127mm (0.13mm) = klarar 0.254mm spacing på PCB (plus dåliga CNC egenskaper)
En box med 10st riktiga V-bits med rätt spetsdiameter kostar runt 5900:-
Med så smala och dyra spetsar måste man använda Z multi depth milling ?
Utmaningen fortsätter att göra 0.4-> 0.20mm anslutningar med 0.25mm separation - till enstaka QFN ytmonterade komponenter
- Nr #1 Hårdvaruproblem
Spindeln är inte centrerad, varken på den gamla eller nya snabbare spindelmotorn är bra.
I båda motorerna finns en variation på 0.11-0.12mm över 360graders rotation.
! > dvs. frässpindeln gör förstorade hål och större fräsbredd <!
Att fixa till detta blir 1:a prioritet innan gå vidare med några mer försök på 0.25mm isolationsfräsning / 0.20mm ledare.
Felet ligger i ER11 chuck, hylsa och spänninsats som tillverkats i öst.....precision kostar mer
Har sett liknande problem med större borrchuckar från öst, har då bytt chuck tills ett exemplar uppvisar bra resultat, verkar vara stora variationer i tillverkningen och ingen kalibrering efter montering av chuckdelarna.
ER11 chuck är värmekrympt på motoraxel och svår att få loss utan att riskera skada motor/lagerlägen.
Första försöket är att använda den gamla checkens mutter och fjäderhylsa eftersom dom ser ut att vara av ett bättre utförande än den nya chucken (som är har vassa kanter efter maskinbearbetningen).
Med gamla chuckmutter och hylsa på den nya chuckhållaren finns nu 0.06mm variation på 360grader, en halvering!!!
Exempelvis: Om en V-bit 0.12mm spets med -0.042mm Z djup så anger kalkylatorn 0.142mm effektiv fräsbredd och med chuckproblemen blir då effektiv fräsbredd 0.0202mm ???? eftersom V-bit spetsen vobblar runt centrum 0.06mm???. Inte bra :-(
Dessutom varje gång man monterar om en fräsbit i chucken blir felet olika varje gång, har monterat om fräsbiten flera gånger och mätt med mikrometern - mellan varje montering varierar det mellan 0.06 till 0.08mm - repeterbarheten är inte konsistent, inte bra :-(
- Jag försöker slipa in precision i den nya ER11 chuck med fjäderhylsa. som sitter på nya motorn. Den gamla chucken på långsamma motorn får vara som den är tillsvidare.
 |
| Gamla chucken, men samma princip att slipa på |
 |
| Denna version av spännhylsa har mer flexibilitet än den nya spännhylsan som inte har dessa yttre små skärningarna som gör hylsan mer följsam |
Ny ER11 chuck justering
- Dra ett slippapper igenom alla slitsarna på fjäderhylsan, eventuella skarpa kanter tas ned
- Kontrollera mutterns inre koniska yta där fjäderhylsans spets ligger an - finns vassa kanter? så tas dom bort med mycket fint slippapper lindat runt ett borr, se upp så det inte blir repor på koniska ytan annars kan mutter och fjäderhylsan material hugga tag i varandra och göra spår...(gissa hur jag vet det....)
- Montera en mindre borr, typ 2.8mm diameter och dra åt chucken, ny flexar fjäderhylsan lite extra i chucken
- Sätt chuck och fjäderhylsa i en fast fixtur, för in en roterande 3mm rundfil/brotsch fjäderhylsan, låt dessa jobba/slipa en stund, dra successivt åt chuck något om det går runt lite lättare.
- Sätt upp enbart fjäderhylsan i roterbar fixtur (t.ex med en lång igenomgående skruv 3mm + mutter + bricka igenom hylsan), slipa yttersidorna på de koniska delarna av fjäderhylsan, låt jobba en stund med roterande chuckhylsa.
- Rengör noggrant, slipdamm bort, blås ur fjäderhylsan
- Provmontera komplett chuck med 3.1mm borr och mät med mikrometer under rotation
- Jag fick ned variationen på 360grader rotation till 0.03mm - Bäst resultat hittills!!!
- Teori och V-bits
- Med teoretisk V-bit spets på 0.10mm plus 0.03mm "ovaltitet" har jag 0.13mm att beräkna isolation routing med.
Enligt V-bit kalkylatorn blir då det frästa isolationsspåret 0.1514mm bredd (med 30 Grader V-bit) och Z -0.040mm fräsdjup.
Även om detta är optimistiska siffror, bästa fallet, så är det långt ifrån den 0.127mm som anges för att kunna klarar 0.254mm spacing på kretskortsledare :-/ - En tillverkare av 0.127mm tip diameter V-bits och 30graders V-bits anger att man kan klara av 0.254mm spacing med den tip diametern - troligen med en proffsigare CNC fräs....
Det finns 15 och 20graders V-bit vilken är mer intressant med tanke på geometrin vid små skärdjup och smala isolationssspår.
Mer saker att förbättra?
Japp - det finns mer
Kretskortshållarfixtur är nästa grej att få kontroll på
Har hittills använd aluminiumtejp (3M Scotch 425) som har kraftigt lim och styv tejp och det har räckt till som fixering upp till nu när 0.25mm ska kunna provas....
Har en misstanke om att det kan flexa lite och det syns på 0.20mm kretskortsledare som blir ojämnt utförda.....
 |
| Ett första försök men detta fungerar inget bra, kretskortet lyfts upp lite granna när man drar åt skruvarna så det blir att prova en ny variant med helt annan klämfunktion än med dessa brickor |
