geätzte Platinen bohren und ausfräsen - eagle-mach3

[CPL (Gast)]

Hallo!

Ich möchte geätzte Platinen (selbst in eagle designt) auf meiner Fräse 
bohren und Fräsen . Also kein isolationsfräsen, sondern nur 
Nutzentrennen und Platinen mit komplexeren Formen ausfräsen, Ausbrüche 
und taschen einfügen etc.

Gibt es ein gutes Tutorial, wo beschrieben wird wie man
1) in eagle Bohrungen und Nuten/Fräsumrisse korrekt einfügt
2) Daraus g-code erzeugt?


Leiterplattendesign bekomme ich noch hin, habe bisher aber immer nur 
einfache Sachen geätzt und keine Bohrungen oder Nuten oder ähnliche 
Geometrien eingefügt. Bedienung der Fräse und Mach 3 kann ich (siehe 
Foto). Bisher habe ich, etwas umständlich, die Umrisse in Solidworks 
nachgezeichnet und dann gefräst (Code mit HSMexpress erzeugt). 
Allerdings ist das auf Dauer nix.

Also, kennt ihr gute Tutorials oder Artikel in denen genau das 
beschrieben wird?

Danke und Grüße
Andy

[Otti (Gast)]

Es gibt da eine "ULP" PCB2Gcode das kann man auf der Eagle Seite 
irgendwo Runter laden.
Damit kann man G Code erzeugen. Zum Isolation fräsen Bohren und 
ausschneiden. Einfach Praktisch und super

[Michael K. (tschoeatsch)]

Schau dir das mal an
http://www.einfach-cnc.de/platinen_frasen.html
Die ulp ist inzwischen schon weiter entwickelt und hat ein anderes 
design, aber im Prinzip ist es noch so. Die ulp gibt's hier
http://pcbgcode.org/list.php?12

[Walter T. (nicolas)]

CPL schrieb:
> in eagle Bohrungen und Nuten/Fräsumrisse korrekt einfügt

Umriß: dimension-Layer, Einfräsungen Mill-Layer
Bohrungen: Drill-Layer

All diese Layer lassen sich im Eagle-CAM exportieren (beim Drill-Layer 
bietet sich excellon-rack an, da kannst Du direkt Deine Bohrertabelle 
hinterlegen).

Von Excellung zu G-Code konvertiere ich mit SheetCAM, aber da sollte 
jedes andere 2d-CAM mit Excellon-Support gleich gut sein.

[Carsten S. (dg3ycs)]

Hi,

CPL schrieb:
> Ich möchte geätzte Platinen (selbst in eagle designt) auf meiner Fräse
> bohren und Fräsen

Nur für den Fall das dir das nicht sowieso schon klar is:

Gebohrt (und soweit möglich gefräst) wird üblicherweise vor dem 
Ätzen/Belichten.

Das erspart einiges an Fummelei und Kopfschmerzen beim Ausrichten 
gegenüber der umgekehrten Reihenfolge.  Es vereinfacht dazu sogar noch 
das Ausrichten der Folien beim Belichten von doppelseitigen 
Leiterplatten.

Die umgekehrte Heransgehenweise - erst Ätzen, dann Bohren- ist zwar 
grundsätzlich auch machbar, erfordert aber deutlich mehr Aufwand um die 
Bohrungen da zu haben wo die sein sollten. Dabei gilt: Je feiner die 
Strukturen um so mehr Aufwand! Bei SMD wäre man teilweise mit dem 
HAndbohren fertig bevor man die Platine auch nur einigermaßen 
Ausgerichtet hat.

Diese Reihenfolge setzt natürlich scharfe Bohrer & Fräser sowie etwas 
Grundlagenwissen zur Vermeidung von Bohrgraten vorraus. Zumindest wenn 
man vrbeschichtetes Basismaterial nimmt und nicht zu den 
Selbstbeschichtern gehört.

Gehört man allerdings zu den Tonertransfer-Anhängern, so bleibt 
natürlich nur der Weg des Bohrens nach dem Ätzen. Da würde ich aber im 
Einzelfall entscheiden ob CNC Bohren überhaupt Sinn macht.

Gruß
Carsten

[Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish)]

Hi,

vorneweg - Leiterplatten zerspane ich eher nicht, dafür gab's oben schon 
Tipps.

Zum Thema Ausbrüche und Taschen:
Ich erstelle auch Fräsvorlagen direkt in EAGLE.
Typische Arbeiten sind kleine Vorrichtungen oder Gehäuseausbrüche.

Wenn Du im Layout unbenutzte Layer verwendest, kannst Du sogar 
Elektrik/Mechanik in einem BRD kombinieren.

Ein Layer entspricht einer Kombi aus Werkzeug, Bearbeitungstiefe, 
Vorschub, etc. Auch Taschen haben einen eigenen Layer.
Ein ULP (modifiziertes dxf.ulp) setzt das BRD-File in DXF um.

Im Programm Sheetcam TNG erfolgt die Zuordnung von DXF-Layer nach 
Werkzeugparametersatz.
Hier kann das CNC-Programm (beschleunigt) simuliert werden - gaaanz 
wichtiger Punkt.
Anschließend erfolgt die Umsetzung auf G3-Code.

Der G-Code wird in MACH3 geladen und in der Käsefräse abgearbeitet.

Bilder gibt's hier:
http://www.harerod.de/technology_ger.html#millrouter
EAGLE  SheetCam  Mach3
Das EAGLE-Bild zeigt die POM-Platte von diesem Prüfadapter
http://www.harerod.de/applications_ger.html#RFID_base
Die Mechanik ist um das Layout der zu prüfenden Platine herumgezeichnet 
worden. Da Liniendurchmesser gleich Fräserdurchmesser, sind Ergebnis und 
Nebeneffekte gut erkennbar.

Wenn ich irgendwann mal die vierte Achse einbaue, werde ich wohl bei der 
Design-Software aufrüsten müssen. ;)

Tutorials: EAGLE/MACH3/SheetCam - Doku und Tutorials anschauen.

Cheerio,
 Marcus

[CPL (Gast)]

Hallo!

Erstmal vielen Dank für alle die Tipps! Ich werde mich jetzt mal in di 
einzelnen Bereiche einlesen und dann gezieltere Fragen stellen.

Eine Sache aber doch vorweg (Frage an Carsten):

Wieso wird üblicherweise erst gefräst/gebohrt und dann geätzt und 
belichtet? Ist diese Vorgehensweise tatsächlich Industriestandard?

Ich kenne es auch von den Videos die z.B. Datron ins netz stellt immer 
umgekehrt. Scheint mir auch viel sinnvoller erst zu ätzen, da man so 
immer absolut sauberes Leiterplattenmaterial im Ätzbad hat und keine 
Späne / Staub das Becken verunreinigen können. Zudem ist es doch viiiel 
einfacher, die Fräse per Mikroskop-Kamera auszurichten (Platine auf 
Vakuumtisch, dann zwei Referenzpunkte anvisieren und dann KOS drehen), 
als den Film exakt zur Platine auszurichten.

Du schreibst:
"Die umgekehrte Heransgehenweise - erst Ätzen, dann Bohren- ist zwar
grundsätzlich auch machbar, erfordert aber deutlich mehr Aufwand um die
Bohrungen da zu haben wo die sein sollten. Dabei gilt: Je feiner die
Strukturen um so mehr Aufwand!"

Könntest du mr das erklären?

Grße
Andreas

[Carsten S. (dg3ycs)]

CPL schrieb:
> Eine Sache aber doch vorweg (Frage an Carsten):
>
> Wieso wird üblicherweise erst gefräst/gebohrt und dann geätzt und
> belichtet? Ist diese Vorgehensweise tatsächlich Industriestandard?

Ja, das ist absoluter Industriestandard! Im Hobby- bzw. 
Semiprofessionellen Bereich wird man es sicher dann und wann auch mal 
anders herum erleben.
Aber in der Industrie ist das der nach heutigen Maßstäben wirtschaftlich 
einzig gangbare weg. Der Grund liegt bei den Durchkontaktierungen.

(Wenn es um einseitige Billigplatinen wie die bis vor gar nicht langer 
Zeit in brauner und weißer Ware fast ausschließlich anzutreffenden 
einseitigen Pertinaxplatinen mit gestanzten Löchern geht, dann ist es 
natrlich wieder etwas völlig anderes! Das Folgende gilt nur für 
mehrlagige Platinen (2 und mehr Lagen) mit Durchkontaktierung)

Will man z.b. doppelseitige Platinen mit 35µm dicken (nicht breiten) 
Kupferbahnen herstellen startet man mit Rohplatinen die 18µm 
Kupferauflage haben.

Prinzipiell läuft es so ab:
Diese werden dann in einem allerersten Arbeitsschritt gebohrt. Nach dem 
Bohren wird durch chemische Prozesse im Inneren der Bohrung eine (mäßig) 
leitfähige Schicht erzeugt.
Dann geht es in ein Kupferbad wo galvanisch weitere 17-18µm Kupfer auf 
alle leitfähigen Flächen der Platine aufgebracht werden. Danach hat man 
auf den beidne Aussenseiten 35µm und in den Bohrungen 17µm Kupferdicke. 
Die Platine ist rundherum mit Kupfer überzogen.
Damit das aber funktioniert müssen alle Durchkontaktierungen mit dem 
negativen Pol der Stromquelle verbunden sein. Da man zwei durchgehende 
Kupferfolien hat ist das kein Problem. würde man vorher ätzen müsste man 
aber jede Leiterbahn einzeln kontaktieren.

Erst dann wird die Platine mit einer Ätzmaske versehen, geätzt, dann 
Lötstopplack usw.
(ISt natürlich nur eine sehr grobe Beschreibung wo ettliche Details 
ausgelassen sind. Auch gibt es Verfahren wo bereits vor dem ersten 
Aufkupfern eine Fotomaske aufgebracht wird und so nur gezielt 
aufgekupfert wird statt alles usw.)
Für genauere Infos schaue mal hier rein:
http://www.leiton.de/formulare/Leiterplattenherstellung-Ablauf.pdf

Oder aber in die englische Version des entsprechenden Wikipedia 
Artikels.
Wobei da manche Aussagen auch etwas Diskussionswürdig sind.
https://en.wikipedia.org/wiki/Printed_circuit_board

Aber im Grunde geht es dir ja um die Selbstherstellung:

Deshalb jetzt dazu:

CPL schrieb:
> Ich kenne es auch von den Videos die z.B. Datron ins netz stellt immer
> umgekehrt.

Sicher gibt es Leute die es in dieser Reihenfolge machen. Jemand der 
Tonertransfer macht hat da z.b. gar nicht erst viel Auswahl.
Da ist der Aufwand um das Layout passgenau zu den Bohrungen auf die 
Platine zu bekommen viel größer als beim Belichten.

Aber das heisß sicher nicht das es, nur wei andere dies machen, der 
immer richtige oder auch nur ein habwegs Sinnvoller ist. Für Belichter 
ist das nachher CNC Bohren definitiv der kompliziertere Weg!

CPL schrieb:
> Scheint mir auch viel sinnvoller erst zu ätzen, da man so
> immer absolut sauberes Leiterplattenmaterial im Ätzbad hat und keine
> Späne / Staub das Becken verunreinigen können.

Natürlich reinigt man die Platine nach dem Bohren zumindest grob.
Dazu ist bei vorbeschichteten Material ja noch eine Schutzfolie drauf 
die vor dem Belichten entfernt wird.
So ist der Eintrag von Spänen usw. in die Flüssigkeiten minimal.
Dann ist bei Belichtern die erste Flüssigkeit ja der Entwickler, der 
üblicherweise eine absolute Einmalchemikalie ist. Am Ende des Tages wird 
der Entsorgt. (Problemlos im Ausguss).
Und wenn da trotz des vorsäuberns und der Schutzfolie ein paar Späne im 
Entwickler landen...Was stört es denn?

Erst nach dem Entwickeln kommt das Ätzbad. Dieses ist zwar keine 
Einmalchemikalie sondern kann deutlich länger verwendet werden, aber 
selbst wenn die wenigen in den Bohrlöcher steckenden Späne nicht durch 
den
Entwickler ausgespült werden würden, was stören in der Ätzlösung einige 
Späne? Es ist immer noch ein Verbrauchsmaterial. Bevor sich da so viel 
an Krümelchen angesammelt hat das es einen Einfluss auf die Qualität 
hätte ist die Lösung 100x gesättig.
Was meinst du was bei ältere Fe(III)Cl Ätzlösungen alles an 
Schwebstoffen usw. in der Brühe geschwommen ist...

CPL schrieb:
> Zudem ist es doch viiiel
> einfacher, die Fräse per Mikroskop-Kamera auszurichten (Platine auf
> Vakuumtisch, dann zwei Referenzpunkte anvisieren und dann KOS drehen),
> als den Film exakt zur Platine auszurichten.

Lass mich raten: Du hast es noch NIEEE im Vergleich ausprobiert, oder?
Fräse mit Mikroskop Kamera ausrichten, die Referenzpunkte Anfahren und 
dann dem CAM System mitteilen das es bitte die Fertigugnsdaten auf diese 
beiden Referenzpunkte Transformiert...

Klar, das geht: Wenn man eine Fräse mit integrierter Mikroskop Kamera 
hat, die Referenzpunkte wirklich ganz exakt getroffen werden und vor 
allem das CAM System das man nutzt es Unterstützt...
Ist nur immer noch Langsamer als der umgekehrte Weg. In der ZEit die du 
brauchst um die zwei Referenzpunkte genau anzufahren habe ich die Folien 
schon lange ausgerichtet.

Gerade wenn die Löcher alle schon da sind ist das mit etwas Übung eine 
Sache von Sekunden...
Zumal du ja auch die Folien sauber ausrichten musst. Zwar nicht auf die 
Platine, sondern nur gegeneinander. Aber das auch noch so das die beiden 
Seiten auch nach Einschieben der Platine zwischen die Folie noch absolut 
Deckungsgleich sind. Das ist alles andere als trivial.
(Ok, wenn man nur 0,9mm Bohrungen als kleinstes hat fällt 2/10 Versatz 
nicht auf. Bei 0,3mm die ich für Vias teilweise verwende schon 
erheblich.
Da ist das Ausrichten beider Seiten unabhängig voneinander mittels 
Durchlicht an den Bohrungen erheblich schneller.)

Und jetzt kommt es:
Was meinst du wohl we groß der Anteil derjenigen unter den 
Hobbyfertigern mit eigener Fräse zum LP-Bohren ist, deren Ausrüstung den 
von dir vorgeschlagenen "Einfachen" Weg überhaupt zulässt? Selbst ein 
Vakuumtisch -wenn gleich die mittlerweile wirklich für kleines Geld zu 
bekommen oder gar bauen sind- ist schon eher selten.

Für den durchschnittlich ausgestatteten Hobbyisten gibt es nichts 
einfacheres als einfach die Platine zu nehmen, ganz grob auf der Fräse 
auszurichten und zu fixieren (Mit Vakuumtisch, Doppelseitigem Klebeband 
oder was auch immer!) und einfach loszulegen. Dann die beiden Folien an 
den Löchern ausrichten und Belichten.

Zudem ist das Verfahren mit dem "erst bohren" etwas weniger Anfällig für 
Ausschuss. Beim Bohren bauch tnoch nichts justiert sein. Ein 
Justierfehler gibt es nicht. Beim Belichen sehe ich aber vorher ob die 
Folien richtig ausgerichtet sind. Ich fange erst mit richtig 
ausgerichteten Folien an.

Mache ich es andersherum, kann zwar beim Belichten nichts wegen der 
justierung schieflaufen, aber eine fehlerhafte Nullung beim einrichten 
der Fräse erkenne ich erst wenn die schon fleißig dabei ist. Evtl. ist 
es dann aber schon zu spät. (-> Wobei ich gerne zugebe das dieses 
Argument ein der Realität eher eine untergeordnete Rolle spielt. Und man 
könnte ja auch einen Testlauf ohne Platinenberührung machen usw.)

Wie gesagt, es geht auch erst das Ätzen und dann das Bohren.
Du kannst und sollst es ruhig so machen wie es FÜR DICH am besten 
funktioniert. Wenn am ende das herauskommt was gewollt ist, dann ist es 
auf jeden Fall OK.
Nur versteife die nicht auf einen Weg weil du das mal so irgendwo 
gesehen hast, sondern probiere die Alternativen zumindest mal aus. Dann 
entscheide was jetzt für dich sinnvoller ist.

Gruß
Carsten

P.S.: Ganz Ganz zu Anfang wo ich gerade eine eigene -naja nennen wir es 
mal CNC-Leiterplattenbohrimprovisation- hatte, habe ich auch erst weiter 
erst geätzt und dann gebohrt. Einfach weil ich es so gewohnt war und ich 
mir keine weitere Gedanken darüber emacht habe.

Erst als ich angefangen habe mich mit chemischer Durchkontaktierung zu 
beschäftigen habe ich es andersherum probiert und bin sofort dabei 
geblieben... Auch mit inzwischen -für Hobbymaßstäbe- "echter" CNC 
Fräse...

[Richard B. (r71)]

Carsten S. schrieb:
> Erst als ich angefangen habe mich mit
> chemischer Durchkontaktierung zu beschäftigen

Das machst du zu Hause als Hobby?

[Carsten S. (dg3ycs)]

Richard B. schrieb:
> Carsten S. schrieb:
>> Erst als ich angefangen habe mich mit
>> chemischer Durchkontaktierung zu beschäftigen
>
> Das machst du zu Hause als Hobby?

JA!
Das geht durchaus...
Wurde ja auch schon öfter hier im Forum diskutiert.

Aber eines vorne Weg:
Das ist nur etwas für Leute die zumindest eine grundlegende Affinität zu 
Chemie haben und von ihren Fähigkeiten sowie von den 
Arbeitsmöglichkeiten auch mit nicht völlig ungefährlichen Chemikalien 
sicher umgehen können.
(Gefahrenklasse etwa wie beim Ansetzen von Sur-Tin, nur halt nicht als 
Baukasten. Der Arbeitsplatz sollte fern von Lebensmitteln sein und gt 
gelüftet. Es brauhct auch etwas Bewegungsfreiheit das es schon mehrere 
Bäder sind)
Die Chemikalien sind jetzt nicht völlig unberechenbar, aber halt auch 
nicht harmlos. Man muss halt mit Säuren und bei einem Vefahren auch mit 
konzentrierter Natronlauge arbeiten. Zudem ist bei einem Verfahren 
Pyrrol notwendig, bei einem anderen Formaldehyd. Die Dämpfe davon sind 
auch nicht ohne. (Formaldehyd ist einer der Problemstoffe im 
Zigarettenqualm, Pyrrol ist von der Gefahr etwa vergleichbar). Ein gut 
gelüfteer Arbeitsplatz ist also aus sicht des GMV eine 
Mindestanforderung (besser wäre natürlich ein Chemie-Abzug, aber den 
haben nur die Wenigsten)

Und vor allem sollte man auch Spass an der Arbeit bzw. am Tüfteln und 
verbessern der Prozesse selbst haben. Wenn nur das Ergebniss interessant 
ist lohnt sich der Aufwand wohl auf keinen Fall.
Für eine normale Doppelseitige Platine incl. Bohren, Fräsen und 
Belichten brauche ich vom Zeitpunkt der Layoutfertigstellung daheim 
unter 30 Minuten bis ich die Lötfertig in den Händen halten kann...

Für eine Doppelseitig-Durchkontaktierte Platine mit Löststopp und 
Verzinnung gehen hingegen schon einmal 4-5 Studen drauf.
Wobei der Löwenanteil der Zeit auf Rüstzeit und dem Verbleib in der 
Galvanik entfällt.

Ich kenne bis jetzt vier Verfahren zur chemischen Durchkontaktierung:
Bei allen vier Verfahren werden die Dukos zum Schluss in einem Kupferbad 
galvanisch von innen verkupfert. Die Untershciede liegen in der 
Vorbereitung der Löcher damit dieser Galvanikschritt überhaupt 
funktioniert.

1. Mittels Carbonleitlack:
Hier wird ein leitfähiger Lack in die Löcher eingebracht und dann geht 
es direkt ins saure Kupferbad. Dies kann auch von nicht ganz so 
Chemieliebenden Hobbyisten mit beschränkten Arbeitsmöglichkeiten noch 
mit gutem Gewissen Zuhause durchgeführt werden.
An Zusätzicher Chemie braucht es ausser der Farbe nur noch das 
Kupferbad.
Das Kupferbad ist Chemisch sehr sehr ähnlich wie verbrauchte NaPS 
Ätzlösung. Im Prinzip könnte man sogar solche nehmen, nur wird der Belag 
dann nicht wirklich gut. (Gefahrenpotential ist dabei auch ziemlich 
genau dasselbe wie bei verbrauchter/Gesättigter NaPS Ätzlösung)

Beschreibung:
http://www.progforum.com/showthread.php?8011-Durchkontaktieren-mit-Carbon-Lack-Tinte

2. Mittels Pyrrol:
Hier wird durch mehrere Bäder im Ergebnis eine leitfähige Schicht aus 
Polypyrrol in den Löchern erzeugt bevor es ins saure Kupferbad geht.
Gefahrstoffe sind hier vor allem das Pyrrol sowie die für die 
Vorbehandlung nötige heiße Kaliumpermangat haltige NaOH Lauge.
Beim Einkauf der Chemikalien könnte für Privatleute das 
Kaliumpermanganat sowie das Pyrrol problematisch werden.

http://www.weisser-engineering.de/elektronik-projekte/leiterplatten/durchkontaktieren.html


3. Mittels Silberablagerung
Auch ein Verfahren mit mehreren Bädern, aber andere Chemikalien.
Problematische Chemiekalien sind hier vor allem Formaldehyd sowie 
Thioharnstoff.
Für Privatleute könnte die Beschaffung dieser Stoffe sowie seit ein paar 
Jahren kurioserweise auch von Borax ein Problem werden.

Beitrag "Echtes Durchkontaktieren"

4. Mittels Palladiumalzen.
Ein weiteres Verfahren mit mehreren Bädern.
Hier ist ANGEBLICH ein großes Problem das es wirklich teure Chemikalien 
in nicht unbedeutender Menge braucht und gerade die Bäder mit den 
größtem Materialwert nur sehr kurz haltbar sind.
Fundierte Kentnisse dazu habe ich aber nicht.

Habe dazu leider auch gerade keinen Link parat.


Ich selbst verwende je nach Anforderung die Methode 1 oder 2.
Die Variante 3 wollte ich demnächst aber zumindest mal testen.

Bei Methode 1 hat man fast immer mal die eine oder andere  Fehlstelle. 
Die Fehlstellen sind aber mit bloßem Auge normalerweise schon auf dem 
ersten Blick erkennbar, so das man damit leben kann. (Ich muss nicht 
alles durchmessen, einfach die zwei, drei, immer noch tiefschwarzen 
Dukos mit Draht ausbessern und Fertig.)
Allerdings müssen die Dukos für dieses Vefahren schon eine gewisse 
Mindestbohrung haben. Ab <0,6mm steigt die Versagerquote bei mir enorm 
an. Löcher für THT Bauteile wählt man besser immer 0,1mm größer als bei 
den anderen DuKo Methoden.

Das Verfahren ist deutlich schneller und Bequemer als Verfahren 2.
Daher verwende ich es immer dann wenn ich zwar Durchkontaktieren 
will/muss, aber die Ansprüche an das Layout eher mäßig sind.

Bei Variante 2 habe ich praktisch 100% Erfolgsquote. Versagende Dukos 
sind absolute Ausnahme. Bis 0,3mm Bohrungen ist das bei mir mittlerweile 
Prozesssicher. (Kleinere VHM Bohrer habe ich nicht, alle die ich 
gefunden habe waren exorbitant teurer. ISt mir für den Versuch nicht 
wert. Von der Bruchwahrscheinlichkeit beim Rüsten ganz zu schweigen)

Wenn ich sorgfältig arbeite und auch Lötstopp usw. aufbringe bekomme ich 
am Ende Ergebnisse die durchaus denen der Standard-Poolqualität von PCB 
Pool Entsprechen. Dann ist aber auch wirklich ein ganzer Nachmittag weg!


So, das war jetzt aber mal genug OT für diesen Thread.
Evtl sollten wir mal einen echten Sammelthread für Dukos machen wo wir 
die Verfahren zusammenführen.

Gruß
Carsten