Consideraciones generales

Para hacer un diseño de PCB, independientemente de como se vaya a procesar la misma, es recomendable tener en cuenta algunas recomendaciones y precauciones.

Hay que tener en cuenta, que si bien las medidas se pueden expresar en milimetros (mm) el Kicad siempre trabaja en pulgadas, esto es importante cuando se tiene que realizar alguna disposicion de presicion, ya que una medida puesta en milimetros, sera llevada a la medida mas proxima expresada en alguna fraccion de pulgadas. La relacion es 1 pulgada = 25,4 mm.

Conviene ubicar los componentes utilizando una rejilla grande 0,254 mm. De la misma forma, para el trazado del contorno de la placa, un valor tipico seria de 1,27 mm, esto evita que pueda salirnos un borde de placa mal escuadrado.

Utilizar preferentemente los pads ovalados.

Otra consideracion importante si se va a mandar la placa a procesar en un fabricante de pcb, sin utilizar through hole, es que el Kicad no pone mascara de soldado en las vias, por lo cual si no las agregamos, los pads de las vias van a quedar tapadas por el barniz que se le aplica a las mismas. Ademas de esto, hay un defecto en las librerias de componentes estandar, en el cual la serigrafia de los componentes, "pisa" el pad de soldado, esto debe corregirse para evitar defectos o complicaciones en la soldadura.

El uso de componentes que posean la vista en 3D, ayuda bastante en el diseño de la placa, por lo que debe ser tenido en cuenta su uso. Y recordar que aveces es preferible no hacer un diseño tan compacto porque despues puede resultar muy dificil el soldar los componentes.

Configuración de Kicad para hacer un PCB que sirva para la Fresa

Pads

• No usar pads tan chicos
• Tamaño recomendado: 1,5 a 2 mm de diámetro
• Taladrado:

En general conviene ver el diametro de la pata del componente, cuidando de no colocar un agujero excesivamente grande porque complica la soldadura. Algunos valores tipicos y orientativos serian:

• 0,6 - Para resistencias de 1/4 y capacitores pequeños
• 0,7 - Para patas de encapsulados dip
• 0,9 - Para las patas de los TO-220 y las tiras de pines

Los valores de mechas que deberian estar disponibles para la fresa son: 0,6 a 1,1mm en pasos de 0,1mm, 1,5 y 3mm

Pistas

El ancho de pista minimo probado, fue de 0,3mm, aunque es recomendable usar pistas de 0,4-0,5mm siempre que se pueda, para evitar que las variaciones en la calibración de las fresas afecte el trazado. Otro parametro a tener en cuenta es que la minima aislación entre dos elementos es de 0,2mm, aunque es tambien recomendable usar una aislacion de 0,4mm.

• Configuración de Design Rules:

Vías

• Diámetro: 1,5mm
• Taladrado: 0,6mm

Zonas

Es preferible setear en las propiedades de la zona, que los pads incluidos en la zona se incluyan con freno termico, ya que al no tener mascara de soldadura, resulta mas dificil soldar los componentes porque el estaño se corre. Esto es mas critico en componentes SMD, porque hace que se suelden cruzados o que tengan aportes de estaño muy grandes.

Como hacer la exportación de los gerbers y archivos de taladrado

1. Vamos a Archivo->Trazar

2. Seleccionamos el formato Gerber
3. Si la placa tiene una capa, solo seleccionamos esa capa, ya sea la de Front o Back; si la placa es de 2 capas seleccionamos Front y Back. Siempre debemos seleccionar PCB_Edges.
4. Luego presionamos Trazar.
5. Para generar el archivo de taladrado, presionamos Generate Drill File.
6. En esta ventana destildamos la opción de Mirror y Axis y apretamos aceptar.

Esto nos generará 1 archivo por cada capa (.gbl, .gtl), 1 archivo de drill (.drl) y un archivo de contorno (.gbr). Estos se los debemos entregar al FresaMan.

IMPORTANTE: debido a que los programas de las fresadoras están basadas en Winchot, y por una incompatibilidad con respecto al retorno de carro, se debe SI O SI una vez generado el archivo de taladro, abrirlo y guardarlo sobreescribiendo dicho archivo con algún editor de texto, por ejemplo, el Notepad, en Winchot.

Como utilizar la Fresa

1. Abrimos el programa ColiLiner.

2. Automáticamente se nos abre la ventana de importación y aquí seleccionamos el archivo de borde de la placa (.gbr). Presionamos aceptar.
3. A continuación se abre la ventana Import Parameters. Esta ventana indica a que capa de la fresa corresponde cada capa generada en el Kicad. En el campo Import to layer debemos seleccionar cual es la capa destino. Para la capa de borde del pcb generado en kicad debemos asociarle la capa Board Outline/Cut-outs de la fresa. Apretamos close y luego yes.

4. Una vez que asignamos la capa de corte capa de corte, debemos decirle a la fresa que la debe cortar en esa capa. Esto lo hacemos desde la barra de herramientas de la izquierda con el ícono que está más abajo (Assign milling/cutting/copper remove mode). Esto nos muestra 3 formas de cortar la placa, seleccionamos la del medio (F2), que significa que cortará la placa por fuera del borde generado con kicad.

5. Ahora debemos seleccionar el borde amarillo, una vez seleccionado correctamente aparecerá una línea de corte blanca por fuera de la línea amarilla.

6. A continuación por cada capa de la placa (Front/Back) seleccionamos desde el menú Tasks->Import artworks&Drilling y luego le decimos que la importe a la capa de la fresa correspondiente. A la capa Front del kicad le asociamos la capa Top de la fresa. A la capa Back del kicad le asociamos la capa Bottom de la fresa.

7. Por último desde el menú Tasks->Import artworks&Drilling seleccionamos la capa de taladrado del kicad (.drl) y automáticamente el programa nos propone importarla a la capa non-plated holes, le damos yes. Esto nos generará un error diciendo que el archivo es inválido, esto es debido a la distinta manera de codificar que tiene linux con respecto a winchot, por esto debemos abrir el archivo .drl con el wordpad y guardarlo sin modificarlo. Luego volvemos a importar la capa de taladrado. Ahora andará una joyita.

8. Es muy normal que los agujeros no coincidan con los pads, para alinearlos seleccionamos nuevamente en la barra de la izquierda el último ícono que ahora se llama Align Layers (es lilita (carrio)). En el submenú seleccionamos Align to Pad Position or hole (F2) (tiene un dibujo con un circulo rojo y un triángulo negro). Modo complicado ON: ahora seleccionamos cualquier agujero (gris) y lo alineamos con su pad correspondiente. Esto alineará todos los pads.

9. Ahora apretamos contour all layers en el menú Tasks->Countour All. También tiene un ícono que se llama Contour All Layers (al lado de la carpetita).

10. Ahora debemos seleccionar la capa Top y presionamos desde el menú Tasks->Rules Check-Tool Clearances . Seleccionamos la fresa de 0,4mm y le damos aceptar. Si no da ninguna violación de clearance significa que podemos hacer la placa con una fresa de tamaño mínimo 0,4mm. En caso de que aparezcan violaciones, si son posibles de arreglar con el kicad se arreglaran con este y se empezará nuevamente. Si es imposible arreglarlo (ejemplo distancia entre pines menor a 0,4mm) debemos hacer nuevamente el design rules check pero con la fresa de tamaño 0,2mm. Si sigue habiendo violaciones se deben arreglar obligatoriamente con kicad o la placa no se podrá fresar. Si no da violaciones continuamos.

11. Ahora presionamos Fabricate PCB y elegimos el lugar en donde queremos guardar el pcb y el nombre. El archivo será de tipo .bff.

12. Si la fresa está encendida, automáticamente nos abrirá el programa ColiDrive y la fresa hará un lindo chrchrchr.

13. Desde ahora usaremos el programa ColiDrive

14. Si se usa por primera vez en la sesión nos pedirá hacer una reference run, le damos ok. Jugará un rato y después continuaremos.

15. Vamos al menú Material y presionamos Set&Place material.

16. Aquí seleccionamos Placa pcb A4 (Aquí Cosquín) y le damos ok.
17. Ahora arrastramos la placa a algún lugar del PCB donde se pueda fresar la placa. El software permite rotar la placa para ubicarla en caso de que sea necesario (click secundario en la placa en el menú transform).
18. Para controlar que la placa se hará en el lugar correcto, usando el ícono Go to Position, le decimos a la fresa que vaya a los bordes de la placa que vemos en el soft y una vez que llegó a la posición controlamos que esté bien en la placa física. El colidrive nos muestra con una cruz roja en que lugar se encuentra la punta de la herramienta.
19. Con Go to Position desplazamos el cabezal de la fresa a la posición Object Bottom Left, en la ventana Saved Positions clickeamos Save current position y le damos un nombre, como Pupo. Esto nos servirá para que la fresadora, en caso de que se cuelgue o algo por el estilo tenga un punto de referencia de donde retomar y no perdamos todo el trabajo hecho sobre la placa.
20. Una vez hecho esto, le damos Make It. Se abrirá una ventana en la que nos dice las mechas y fresas que usará.
21. Presionamos Start y nos pedirá que pongamos la primera mecha. Una vez que la mecha esta puesta (ponida) le damos continue.
22. El programa automáticamente, nos irá pidiendo las mechas y fresas que necesite. Es necesario controlar que la altura de la punta de cada mecha a la hora de colocarla, sobrepase el espesor de la placa por 1 mm aproximadamente. Esto se puede comprobar visualmente con la ayuda de alguna chapa o plaqueta aledaña al aparato, haciendo tope en el cabezal. Las fresas no necesitan controlarse, basta con hacer tope dentro del cabezal con el aro de plástico que llevan incorporado.
23. En caso de que la placa sea de 2 capaz también nos pedirá que la demos vuelta.

Consideraciones especiales

Para evitar perder una placa, es recomendable que antes de pasar de hacer una capa a la otra, se revisen los fresados de las pistas buscando zonas donde la heramienta no corto adecuadamente. De encontrarse esto, bastara en muchos casos con cancelar el fresado y volver a repetirlo (seteando los casilleros de SKIP en los pasos que no se deseen hacer). Este control debe realizarse en ambos lados de la placa. Una vez cortada la placa, conviene limpiarla bien con el abrasivo (parece una esponja gris) para remover los restos de cobre que hayan podido quedar sueltos. Luego de eso, hay que limpiar bien la placa con alcohol y un sepillo, a fin de remover todo el polvillo de cobre que queda en las ranuras que hace la herramienta.

Despues de eso, es conveniente revisar con buena iluminacion y lupa las pistas, buscando restos de cobre que puedan haber quedado mal removidos durante el fresado. Otro paso sería revisar algunas pistas en las que tengamos dudas, con un tester, buscando continuidad entre pistas. Por ultimo barnizar la placa, ya que sino esta se oxida y complica su soldado.