レーザー彫刻機を使ったPCB基板作成 Laser Engraving PCB (3)

NEJE Master 3500mWというレーザー彫刻機を入手しました。自作PCB基板作成のワークフローをいろいろ模索しています。

レーザー彫刻機を使ったPCB基板作成
レーザー彫刻機を使ったPCB基板作成(2)

前回までの活動で、LaserWebとNEJE Masterの組み合わせでなんとか問題点をクリアしたと思ってます。そこで、これらのワークフローをまとめて実際にエッチングまでやってみようかと思います。

テストデータ

ただショボい回路しか作成できない自分の回路ではなく、以下のMade With KiCadのリンクから製品のガーバーデータをダウンロードして使います。

http://kicad-pcb.org/made-with-kicad/

0.5mmピッチのQFP64パッケージを使った回路がありました。このレベルの精度が出せれば、自分の場合申し分ないしです。48mm x 30mmぐらいの大きさでテストにはちょうどいいです。

https://github.com/ciaa/Hardware/blob/master/PCB/pico/gerbers/picociaa-F.Cu.gbr

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FlatCAMでガーバーデータからDXFに変換

直接KiCADからDXFファイルを生成することも可能だが、ガーバーデータからFlatCAMでGeometry作成したほうがスピードも速かったのでこのフローとする。

FlatCAM パラメータ Value 備考
Tool dia 0.1mm 実際これくらいの径になる
Passes 2 1パスだとかなり細いので、クリアランスを設ける意味でも2パス以上
Pass Overlap 0.2 隙間に削り残しがないように少しだけオーバーラップ
Combine Passes ON パスを1つのファイルにマージする

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もう少しオーバーラップさせてパスにしたほうが良いかもしれない

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LaserWebにDXFファイルを取り込む

FlatCAMで作成したDXFファイルを取り込んだ後、適宜位置を調整する。図では+Y方向に配置しているが、―Y方向に配置したほうが良かった(NEJE Masterは原点から―Y方向にワークエリアがある)

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すでにFlatCAMで外周方向にオフセットしているので、このままDXFファイルのパスの上をレーザーが彫刻すればいいので、Laser Cutを選択する

LaserWeb パラメータ Value 備考
Cut Mode Laser Cut DXFファイルのパスをなぞるだけ
Laser Power [%] 0.1mm とりあえずフルパワー
Passes [times] 1 1回で銅板まで到達できれば1回でOK怪しい場合は2回
Cut Rate [mm/s] 10 NEJE Masterで設定できる最速スピード

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G-Codeの生成

G-code欄のGenerateボタンを押すだけではあるが、注意点としてこの工程ものすごく時間がかかるので、パラメータを調整しておいたほうが良い。Core i7 3GHz(Iviy Bridge)で30分以上

Settings-G-Codeタブ内のGCODE GENERATIONS THREADSは最大の5、円近似は0.4程度(最適かどうかは不明だが、デフォルトの0.1はパフォーマンスが悪化する)

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あとはGenerateボタンを押して、Gコードが生成できたらRunで彫刻を開始する。

後処理

彫刻が終わったら、燃えカスを除去する。クレンザーと歯ブラシでゴシゴシと縦横に磨くだけ。そんなに強くやる必要はない。

研磨剤が入ったクレンザー

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適量を基板につけて、歯ブラシでゴシゴシ

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同じ回路を彫刻した結果。上が外周1パスのみ。下が外周2パス。明らかに下のほうが太く彫刻されていることが分かる。

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1パスのみでも十分かもしれないが、クリアランスが明らかに少ない。

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2パスでも配線間の中央に若干のカスが残っている。FlatCAMでDXFファイルを作成する際、オーバーラップを0.1ぐらいにしたほうが良いかもしれない。

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2パスの結果。0.5mmピッチでクリアランス0.2mmの狭ピッチでも問題なく作成できている。

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エッチング処理

DLP式3Dプリンタを使ったPCBプリント基板作成

上記で作成したクエン酸溶液で今回もエッチング処理を行う。適宜ドライヤーで温めたり、袋の上からもんだりして、反応を促進させる。塩化第2鉄よりも反応は鈍い気がするが、100均とか薬局ですべてそろう。

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反応が済んだら、黒の塗膜はアセトンで除去する。(100均のエナメルリムーバーでもよい)

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PCB基板作成完了

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2パス基板のエッチング結果(結果良好)

2パスのほうはしっかりエッチングされている感じ。欲を言うと3パスぐらいがベストかもしれない。

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塗膜が弱くてかすれたりしているところもなし。

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やたらと反応の悪い箇所があったが、黒スプレーする前に十分磨いたほうが良かったかもしれない。

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1パス基板のエッチング結果 (結果不良)

反応がなかなか促進されない印象があった。レジストされてない面はある程度必要なのかもしれない。

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十分にエッチングされてない箇所が随所にあり繋がったまま。1パスはダメだと思われる。

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まとめ

  • 結局、FlatCAM、LaserWebの連携によるDXFファイル作成がベター?
  • 2パス以上の彫刻を実施して、非レジスト面積は可能な限り十分にとる
  • レーザー彫刻機と黒スプレーの組み合わせで十分に狭ピッチに対応できる
  • G-code作成は時間がかかる。

今後の課題

  • 両面基板の作成フロー(裏表面の位置合わせぐらいかも)
  • スルーホールのドリル穴空けの効率化

以上