Préambule à la version française

1. Masquage et Gravure Sélective

Le but de cette opération est d'éliminer dans certaines zones, par gravure, tout le cuivre qui resterait après l'opération de détourage des pistes. L'intérêt de cette procédure est de pouvoir fournir une isolation maximale entre pistes dans les zones ou la tension est élevée ou bien encore, pour les circuits haute-fréquence, de diminuer les capacités parasites des pistes situées sur la face opposée du PCB. Le reste de la carte sera traité selon la procédure de détourage classique des pistes.

Fig. 1.1 : Simulation du type de résultat à atteindre [1]

1.1. Zone Sans Cuivre (Non-Copper Area):

• Ouvrir le fichier gerber en premier, l'inverser (miroir) si cela est nécessaire mais ne pas procéder tout de suite aux opérations de détourage des pistes.

Fig. 1.2 : Première opération

• Au lieu de faire ceci, sous Régions Sans Cuivre (Non-Copper regions), définir une marge (Boundary Margin), c'est la distance entre la zone dépouillée de cuivre et la frontière (Bounding Box) ici: c'est le bord de la carte. La valeur est positive pour une limite externe à la frontière et négative pour une limite interne (à la fin, il restera une bande de cuivre autour de la région usinée Fig. 1.11).

• Ici, il n'est pas indispensable de laisser cette bande de cuivre mais cela permet d'illustrer la procédure.

Fig. 1.3 : En rouge: Frontière de la zone sans cuivre (Non-Copper area boundary), plaquée contre les pistes d'une part, et à 1mm des bords du PCB d'autre part

• Un nouvel objet vient d'être créé:

Fig. 1.4 : Nouvel "objet géométrie" contenant la zone sans cuivre (non-copper area)

• Sauver le projet

1.2. Masque:

• sur cette géométrie "zone sans cuivre" (non-copper geometry), tracer la forme de la zone où le cuivre sera enlevé de manière sélective. C'est la partie transparente du masque qui couvrira le reste de la carte. Sur cette partie masquée, la gravure consistera à détourer simplement les pistes. L'opération se fera ultérieurement. Voir le manuel au chapitre du détourage des pistes (isolation milling). Les opérations entre objets geométries séparés sont impossibles. Il en est de même entre un objet géométrie et un gerber car le gerber n'est pas un objet géométrie.

• Une variante, parade à la limitation du procédé décrit ci-dessus, consiste à fusionner deux géométries. La première est la géométrie de la Zone Sans Cuivre "non-copper geometry", la seconde est le masque qui sera appliqué sur la carte.
  • Créer d'abord un nouvel Objet Géométrie (bouton "New blank Geometry", figure ci-dessous) puis tracer les contours du masque (bouton "Edit"). Poursuivre par la sélection de la forme puis par la mise à jour de la géométrie (update the geometry), la couleur des contours vire du bleu au rouge.
  • Ouvrir l'onglet "Projet", sélectionner le nouvel Objet Géométrie et l'objet "xxx.gbl_non_copper" puis les fusionner (Menu "edit", "join geometry").
  • Un nouvel Objet Géométrie "Combo" vient d'apparaître sous l'onglet Projet. Il contient la Zone Sans Cuivre plus la forme fraichement dessinée.

Fig. 1.5 : Créer une géométrie séparée pour le masque et fusionner celle-ci avec l'Objet Géométrie "Zone Sans Cuivre"

• Ouvrir l'objet Zone Sans Cuivre, décocher la case "plot", faire la même chose avec l'objet "Nouvelle Géométrie" (New Geometry). Conserver la visibilité de l'objet "Combo".

NOTE : Je ne sais pas encore exactement à quoi je vais aboutir avec cette variante, ni quels sont ses avantages et ses inconvénients mais j'espère bien réussir à traiter directement des masques et des épargnes générés par le logiciel de CAO. A priori, traiter séparément le masque de la géométris Zone Sans Cuivre semble également être une manière plus souple de procéder, surtout quand il y a beaucoup de formes proches les unes des autres.

• A ce stade, le masque et la frontière de la Zone Sans Cuivre se trouvent sur le même objet géométrie.
• Sauver le projet.

Le processus nominal et la variante ont abouti exactement au même résultat. Nous allons maintenant masquer la Zone Sans Cuivre de manière à la restreindre à la partie "transparente du masque".

• Nous travaillons à présent sur l'objet "Combo". Sélectionner d'abord le contour du masque : (edit geometry), le mode "sélection" (bouton flêche) est actif par défaut et la forme est brunâtre, un petit point bleu suit le curseur.

• Presser la touche Ctrl, pointer ** dans cet ordre**: un angle de la forme définissant le masque et cliquer sur le bouton de gauche de la souris, ensuite, sans relâcher la pression sur la touche Ctrl, pointer un angle de la forme Zone Sans Cuivre, nouveau clic puis relêcher la touche Ctrl.

• Les deux Objets Géométries sont sélectionnés.

Fig. 1.6 : Sélection des objets

• Cliquer sur le bouton Intersection des Polygones (polygon intersection). Des calculs sont effectués par le logiciel sur l'Objet Géométrie "Combo", cela peut durer plusieurs minutes.

• Cliquer sur le bouton Mise à Jour Géométrie (update geometry). Le résultat est présenté sur la figure ci-dessous.

• Sauver le projet.

• Le moment est venu de préparer l'usinage de cette zone.

Fig. 1.7 : Masque pour la Gravure Sélective

1.3. Préparation de la Gravure Sélective

• Sous Zone de Remplissage (Paint Area) figure ci-dessus, choisir une fraise cônique ayant un méplat en bout assez large afin de réduire le temps d'usinage.
• Si la fraise ne va pas dans tous les recoins, cela ne devrait pas être très critique cat l'opération de détourage des pistes utilisera un outil plus fin qui passera de toutes façons dans ces régions
• Dans cet exemple nous utiliserons un outil cônique de 30 degrés avec un méplat de 0.5 mm en bout.
• Avec un outil cônique, pour une profondeur de gravure de 50 µm, les tables donnent une largeur de gravure de 0.527mm. Choisir un outil de ce diamètre.

• Toujours sous Zone de Remplissage, sélectionner la méthode stardard, cliquer sur "Generate" puis, à la demande du logiciel: "click inside the desired polygon", cliquer sur la partie interne du masque où l'on veut retirer le cuivre (attention, pas sur une piste !). L'opération peut également durer plusieurs minutes. Toute la surface à l'exception des pistes est remplie par les chemins de fraisage. Nous verrons au paragraphe 1.5 une comparaison des résultats obtenus avec les deux méthodes: "Standard" et "Cercles Concentriques" (Seed-Based).

• Un nouvel objet "Combo_paint" apparaît. Il correspond à la vue de gauche de la figure ci-dessous. Noter que les contours de la carte, impotrés après l'opération de remplissage, ont été ajoutés. Désormais, ils figureront sur les vues.

• Sauver le projet.

Fig. 1.8 : Le résultat du remplissage de la Zone Sans Cuivre, avec le contour de la carte, sans le gerber (à gauche) et avec lui (à droite)

• A partir de l'objet "Combo_Paint", sous "Créer un Objet CNC" (Create CNC Job), générer le fichier de Commande Numérique avec le même outil que celui qui a servi au remplissage

• Cela crée le nouvel objet "Combo_paint_cnc":

Fig. 1.9 : Objet "Combo_Paint". Dernière opération avant l'écriture du g-code

1.4. Finition de la carte:

Comme la Gravure Sélective et le Détourage des Pistes n'utilisent pas le même outil, il faut générer séparément les fichiers g-code correspondants. On pourra ensuite les utiliser indépendamment l'un de l'autre ou les fusionner mais avant le fichier résultant devra être édité pour affecter des outils différents à chaque opération de gravure. Par défaut, Flatcam n'indique pas l'outil de gravure quand il génère le g-code. C'est l'utilisateur qui doit le faire dans la case réservée à cet effet: "Ajouter en tête du g-code" (Prepend to g_code) de l'objet "CNC Job Object" avant d'écrire le fichier g-code.

• Ecriture du g-code:
  • Rien de spectaculaire, le travail est très simple si l'on n'entre pas dans le détail du g-code.
  • Des lignes de g_code peuvent être ajoutées en tête et en fin de fichier afin de fournir (de manière non exhaustive) des directives de mise en oeuvre, la liste et les caractéristiques des outils, les instructions d'usinage et des commandes (voir ci-dessus) ou, par exemple, une commande de relevage de la broche (spindle) en début et en fin d'usinage.

• Le moment est venu de terminer la carte:
  • Détourage des pistes. Il va se faire sur toute la surface de la carte, zones sans cuivre déjà gravées incluses.
  • Perçage des trous métallisés et des trous non-metallisés (PTH & NPTH).
  • Découpe ou rainurage des bords de carte.
  • Gravure éventuelle des marquages (valeurs, références, repères, logos, ...).

Fig. 1.10 : A gauche: Détourage des pistes. A droite Gravure Sélective et détourage des pistes

Fig. 1.11 : Carte terminée avec Détourage des Pistes + Gravure sélective, usinage des bords et perçages

1.5. Comparaison des méthodes de remplissage:

Fig. 1.12 Tableau de comparaison des méthodes

Fig. 1.13 : Chemins de fraisage avec méthode "Standard"

Fig. 1.15 : Chemins de fraisage avec méthode des "Cercles Concentriques" (Seed-Based)

Fig. 1.15 : Comparaison visuelle des résultats. A gauche: méthode Standard, à droite: méthode "Seed-Based"

On se rend immédiatement compte de la meilleure qualité du résultat obtenu avec la méthode des "Cercles Concentriques" (seed-based). Cependant l'opération de fraisage subit de nombreuses interruptions pour faire passer l'outil au-dessus des pistes. On peut logiquement supposer que cela allonge le temps d'usinage. Par ailleurs, la simulation ne tient pas colmpte de l'élasticité du bâti de la CNC ni de son inertie. Le résultat final ne pourra être apprécié qu'après quelques essais. Dès que cela sera testé, ce document sera mis à jour.

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