Kontúrmarás és marás NYÁK-on belül

Írta: Kategória: Tudásbázis Dátum: 2015-02-27 még nincs hozzászólás

 

Ma már a nyomtatott áramkörök jelentős része kontúrmart kivitelű. A lemezollós vagy egyéb vágással történő kontúrkialakítás csak akkor használható, ha az összes élnek egyenesnek kell lennie, és nem támasztunk különösebb elvárásokat a vágás igényességét illetően. Mi kizárólag kontúrmart NYÁK-okat gyártunk és forgalmazunk, tehát érdemes kihasználni az ebben rejlő lehetőségeket villamos, mechanikai vagy akár csak esztétikai szempontból is.

A kontúr marással történő kialakítása nem mindenki számára olyan egyértelmű, mint például a huzalozás megtervezése. Sokszor nem világos, hogy milyen kontúrt tevezhetünk és milyet nem. Emiatt fontosnak tartom ismertetni a legfontosabb paramétereket és kritériumokat az eljárással kapcsolatban.

A cikk címe utal arra, hogy a marást nem csak a kontúr mentén végezhetjük el, hanem NYÁK kontúrján belül is. Ennek akkor van szerepe, ha valamilyen különleges alakzatban kell az anyagot eltávolítani, például egy illesztés miatt, vagy egy bizonyos alkatrész csak úgy ültethető be, ha a megfelelő helyen (alatta, mellette, stb.) nincsen anyag. Tehát a marás tulajdonképpen mindegy, hogy a kontúr mentén vagy a nyomtatott áramkör kontúrján belül történik, ugyanazok a szabályok vonatkoznak mindkét esetre, a marás alakja pedig – a lejjebb olvasható megkötések mellett - szinte tetszőleges lehet.

 konturmaras_3D_nyakaruhaz

A fenti animációt a NYÁK gyártás marási folyamatának szemléltetésére készítettem, a megmunkálás lépései jól láthatóak. A kimart alakzatok megtervezését a következőkben az Eagle szoftver használatával mutatom be, de ettől függetlenül az elv bármilyen tervezőszoftverben használható.

 

A kontúrmarás tervezése

A demonstráció kedvéért egy egészen egyszerű szilárdtest relé kapcsolást terveztem a MOC3041 típusú triak kimenetű optocsatoló adatlapja alapján. Ennek apropóját az adta, hogy az optocsatolóval történő galvanikus leválasztáskor gyakran használunk marást az optocsatolók alatt, hogy az áramkör két oldala közötti szivárgóáramot csökkentsük, amely az esetlegesen nagy potenciálkülönbség miatt jönne létre. Nagyon leegyszerűsítve pedig azt mondhatjuk, hogy ahol “nincs anyag” (csak levegő), ott szivárgóáram sincs.

konturmaras_kapcsolasi_rajz

A kapcsolás és a NYÁK huzalozásának megtervezése után az alábbi kép szerint nézett ki a terv. A kontúr jelenleg csak egy téglalap alak. A kemnob_13 vonal, kemnob_15 körív és kemnob_14 kör rajzolásával ezt a kontúrt tetszőlegesen átrajzolhatjuk, a szükségtelen részeit pedig az kemnob_17 “Elem törlése” ikon segítségével eltávolíthatjuk. Lássuk, hogyan!

 kemnob_0

 

1. lépés

A rácspontokat (kemnob_16 Grid) 0,5mm-re állítottam a rajzolás megkönnyítése érdekében.

kemnob_2

 

2. lépés

Most készítsünk egy 1,5mm sugarú lekerekítést a bal alsó sarokba kemnob_15 körív rajzolással! Ügyeljünk arra, hogy a rétegek közül a 20 Dimension legyen kiválasztva ( kemnob_16 ikon mellett jobbra), azaz a kontúr rétegben rajzoljunk, és a vonalszélesség 0mm legyen.

kemnob_3

 

3. lépés

Töröljük ki a felesleges sarkot a kontúrból: az kemnob_17 Elem törlése ikon kiválasztása után kattintsunk az eltávolítani kívánt részekre!

kemnob_4

 

4. lépés

Rajzoljunk egy 3mm széles beugró részt az alábbi kép szerint, ahova egy M3-as csavar beilleszthető rögzítőelemként. Használjuk a kemnob_15 körív és az kemnob_17 Elem törlése funkciót!

kemnob_5

 

5. lépés

Ismételjük meg a műveletet minden sarokban!

kemnob_6

Ha a kontúron kívül további marást nem szeretnénk kérni, akkor ezen a ponton véget is érhet a tervezés, a Gerber fájlok exportálása megkezdődhet. Erről bővebben itt írtunk.

 

Marás NYÁK-on belül

Ahogy a cikk elején írtam, a NYÁK gyártás során marást NYÁK-on belül is kérhetünk, amelyet ugyanúgy rajzolhatunk a 20 Dimension rétegbe, vagy válszthatjuk a 46 Milling réteget is (kemnob_16 ikon mellett jobbra). A különbség ilyenkor mindössze annyi, hogy ez utóbbi esetben az Eagle ezt más színnel jelzi. Ezután az igényeinknek és a technológiai korlátoknak megfelelő alakzatokat berajzolhatjuk. Ez jelen példában így néz ki:

 kemnob_7

 

A Gerber exportnál a .MILLING kiterjesztésű fájlba a 20 Dimension és a 46 Milling rétegeknek kell bekerülniük. A többi réteg is tartalmazhatja 20 Dimension és a 46 Milling rétegeket, különösebb jelentősége ennek nincsen, mert a gyártás előkészítésekor ezeket eltávolítjuk.

A kontúrt (20 Dimension) nem szükséges minden Gerber fájlba kiexportálni, ugyanis ha a rétegek egymástól elcsúszva jelennének meg, általában számos más módszerrel a helyükre tudjuk igazítani őket.

Természetesen a marás tervezéskor nem feltétlenül szükséges a 20 Dimension és a 46 Milling rétegekben dolgozni (bár célszerű arra használni az egyes rétegeket, amire kitalálták őket), a lényeges szempont, hogy a marni kívánt rétegek mindig a .MILLING kiterjesztésű Gerber fájlba kerüljenek.

A marás végeredményét az alábbi kép mutatja.

_konturmaras_osszeallitas_109

  

A marás korlátai

Érdemes tisztázni, hogy a megmunkálás – a fúráshoz hasonlóan – egy olyan marószerszámmal történik, amelynek átmérője nagyobb, mint 0mm. Ez azért fontos, mert a maróátmérő szabja meg majd azt a minimális rádiuszt a sarkokban, amellyel tervezhetünk. Vagyis az olyan helyeken, ahol a szomszédos élek 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással, egész biztosan keletkezik a sarokban egy rádiusz (lekerekítés).

Megjegyezendő továbbá, hogy a NYÁK terven – a marószerszám átmérőjétől teljesen függetlenül – mindig a készméreteket kell megrajzolni. Ha például egy 20mm készátmérőjű kört szeretnénk marni, akkor annak a rajzon is 20mm-es átmérőjűnek kell lennie. (A szükséges rádiuszkompenzációt a marógép szoftvere végzi el, és az alapján generálja a tényleges szerszámpályát.). Teljesen mindegy hogy milyen szélességű vonallal rajzolja meg a kontúrt, mert a kontúrvonal középvonalát fogjuk a kontúrként értelmezni.

Esetünkben a minimális rádiusz 1mm, azaz legalább 2mm átmérőjű maróval végezzük a megmunkálást, ami azt is jelenti, hogy két párhuzamos oldal között legalább 2mm távolságnak kell lennie, hogy “beférjen” a maró.

Az alábbi ábra szemlélteti, hogy mely részei munkálhatóak meg a kontúrnak a rajz szerint a NYÁK gyártás során.

 

kemnob_12

 

Előfordulhat olyan eset, hogy a NYÁK-on belüli marási rajzolat egyáltalán nem tartalmaz lekerekítéseket, például téglalap alakú. Ebben az esetben a sarkokban a gyártás során keletkezik majd egy-egy minimum 1mm-es lekerekítés, mert oda a szerszám egyszerűen nem fér be. Így a NYÁK tervben nem lekerekített belső sarkok rádiuszát az fogja megszabni, hogy éppen milyen átmérőjű szerszám van használatban, ugyanis a marás azzal történik majd.

Ebből következik, hogy a marás technológiája miatt teljesen sarkos, lekerekítés nélküli alakzatok nem marhatóak, ha 180 foknál kisebb szöget zárnak be egymással a marni kívánt élek.

 

kemnob_10

Fontos továbbá, hogy a kontúrnak vagy a belső marásoknak kivétel nélkül egy-egy folytonos vonalnak kell lenniük. A kontúrból vagy belső marásokból elágazó rajzolatrészekre nem tudunk egyértelmű szerszámpályát generálni, ezért ezeket figyelmen kívül hagyjuk. Az alábbi ábrán a kontúrból kiálló kis rajzolatrészen (sárgán karikázva) nem fog a marószerszám végigmenni!

Helytelen NYÁK kontúr

 A fentiektől függetlenül a lekerekítés nélküli vagy elágazó kontúrral rendelkező rajzokat is elfogadjuk a NYÁK gyártás alapjaként, de ebben az esetben a terv és a valóság között az imént említett különbség fog jelentkezni, amiért felelősséget vállalni nem tudunk. Ezért javasoljuk mindenkinek, hogy a vázolt korlátokat figyelembe véve tervezzen, így kézhez vételkor nem éri majd meglepetés.

Forrszemek és réz a NYÁK szélén a kontúrvonalon

Esetenként előfordul, hogy arra van igény, hogy a rézfólia a NYÁK széléig kiérjen, vagy olyan (akár galvanizált vagy nem galvanizált) furatok vannak a NYÁK tervben, amelyek félig kilógnak a kontúrból. Ezek azért speciális esetek, mert a réznek és az üvegszálas FR4 hordozónak eltérőek az ideális forgácsolási paraméterei. A réz puha, az üvegszál pedig erősen abrazív (koptató) tulajdonságú anyag. Az FR4-et jelen pillanatban a  leggazdaságosabban gyémántbevonatos maróval tudjuk kontúrmarni, mivel a bevonat miatt az élettartama többszöröse egy bevonat nélküli keményfém vagy gyorsacél marónak. A gyémántbevonatos szerszámok azonban nem olyan élesek, mint a bevonat nélküli marók – ez a szerszámgyártás technológiája miatt van így. Ez azt okozza, hogy ezek a marók bár rendkívül jól teljesítenek az FR4 marásakor, a réznél viszont katasztrófális a végeredmény. A rezet felgyűrik, miközben az FR4-ben gyönyörűen haladnak.

Ha mindenképpen arra van szükség, hogy a réz kiérjen a NYÁK széléig, vagy kontúrmaráskor a maró galvanizált furatokat vagy forrszemeken fog keresztül menni, ott nem használhatunk CVD bevonatos marót, csak hagyományos keményfémet. Ezek élettartama azonban rövidebb, így ez drágítani fogja a gyártást. Tehát a félig elmart furatokat vagy a NYÁK széléig kiérő rezet csak akkor javasoljuk, ha erre feltétlenül szükség van, és ebben az esetben egyedileg adunk árajánlatot a gyártásra.