PCB 밀링 보드
기판(회로 기판, 인쇄 회로 기판 등)은 다양한 방식으로 제조될 수 있습니다. 이 글에서는 두 가지 PCB 밀링 방식을 소개하고자 합니다. 첫 번째 방법은 다음과 같습니다.
• 영화 만들기
• 감광성 기본 재료의 노출
• 개발하다
• 에칭
• 드릴링
• 코팅 제거
• 납땜용 바니시로 코팅
PCB 절연 밀링
두 번째 방법 PCB 제조- 언뜻 보기에 더 매력적으로 보이는 PCB 밀링은 절연 밀링입니다. 이 작업에는 다음 단계가 필요합니다.
• DIN 66025에 따라 G-코드로 밀링 데이터 생성
• 기본 소재 클램핑
• 도체 트랙의 윤곽 밀링
• 동일한 클램핑에서 구성 요소에 대한 구멍 뚫기
• 납땜용 바니시로 코팅
단열 밀링에 대한 사항은 다음과 같습니다.
• 기본 PCB 재질 더 싸다
• 화학 물질에 대한 공포가 사라집니다.
• 단일 PCB 프로토타입 생산이 더 빠릅니다.
반면에, 그것은 반대합니다:
• 엄청나게 비싼 CNC 밀링 머신과 필수 제어 전자 장치, PCB 소프트웨어가 필요합니다. 자체 제작 시에도 총비용이 2,000유로 미만이 되어서는 안 됩니다. 2006년부터 중국에서 PCB 제조업체로 활동해 온 TestPcbas는 고품질 PCB를 보장하기 위해 최첨단 CNC 밀링 머신을 사용하여 PCB를 제조합니다.
• 밀링에는 값비싼 카바이드 커터가 필요하며 일반적으로 유럽 보드 1~2개만 사용할 수 있습니다.
• 밀링 데이터 생성은 쉽지 않습니다.
• PCB 밀링 매개변수 설정은 어렵고 일반적으로 시행착오를 거쳐야만 가능합니다.
• 단면 유럽 보드를 밀링하는 데는 1시간 이상 걸릴 수 있습니다.
• 밀링 먼지(유리 섬유!)는 건강에 해로울 수 있습니다.
PCB 제조 절차
인쇄 회로 기판을 밀링하고 싶으시다면, 위에 표시된 100mm x 60mm 크기의 기판을 제작하는 방법을 알려드리겠습니다. 이 기판은 밀링 머신의 스핀들 모터 제어 기판입니다. 이 기판은 단면 기판이지만, 동일한 공정으로 양면 기판도 제작할 수 있습니다. 두 IC 연결부 사이에 트레이스를 형성할 수 있도록 트레이스 폭을 확보하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 매우 간단한 기판만 밀링할 수 있습니다. 이러한 방식으로 밀링이 가능하다는 사실은 다음과 같은 컷아웃 확대 사진을 통해 확인할 수 있습니다.
트레이스 폭은 약 0.3mm, 트레이스와 솔더링 아이 사이의 거리는 약 0.4mm여야 합니다. 이는 PCB 기판을 트레이스끼리 계속 납땜하지 않고도 안정적으로 납땜할 수 있음을 의미합니다. 하지만 이를 위해서는 얇고 긴 팁과 좋은 납땜 와이어(0.5mm)가 있는 적절한 납땜 인두가 필요합니다.
소프트웨어 pcb-gcode
적절한 소프트웨어 없이는 아무것도 할 수 없습니다. 레이아웃 소프트웨어 Eagle을 사용하여 인쇄 회로 기판을 설계할 수 있습니다. TestPcbas를 찾으시면 PCB 제조 요구 사항에 맞춰 PCB 설계를 무료로 받으실 수 있습니다. Eagle은 체험판이나 소규모 프로젝트를 위한 무료 버전을 제공합니다. 이는 다른 레이아웃 프로그램을 사용하는 사람들에게도 유용한 기능이며, 이는 나중에 살펴보겠습니다.
하지만 절연 밀링을 위한 PCB 밀링 프로그램을 만드는 것은 Eagle의 표준 기능이 아닙니다. 하지만 소위 "ULP"(사용자 언어 프로그램)를 통해 이러한 기능을 수행할 수 있기 때문에, John Johnson이라는 사람이 적합한 ULP를 작성하게 되었습니다.
ULP는 CadSoft 다운로드 페이지에서 다운로드할 수 있습니다. 먼저 "pcb-gcode.zip" ULP를 찾으세요. 아쉽게도 검색 기능은 없지만, ULP는 알파벳순으로 정렬되어 있습니다. zip 파일을 다운로드하고 포함된 모든 파일의 압축을 c:-programs-EAGLE-4.12-ulp 디렉터리에 해제하세요.
이제 명령줄에서 Eagle의 레이아웃 보기에 "run pcb-gcode -setup"을 입력하면 다음과 같은 구성 화면이 나타납니다.
여기서 다음 매개변수를 설정합니다.
1. 상단면(PCB 보드 상단, 부품 측면)
• 상단 윤곽선 생성 – 상단 도체 트랙에 대한 PCB 밀링 데이터 생성
• 상위 드릴 생성 – 상위 드릴에 대한 드릴링 데이터를 생성합니다.
• 상단 채우기 생성 – 트레이스와 납땜 고리 사이의 모든 구리를 제거하기 위한 밀링 데이터 생성(일반적으로 필요하지 않음)
2.PCB 하단면(보드 하단)
• 상위 매개변수의 방법
3.PCB 보드(전체 보드에 적용되는 매개변수)
• 밀링 생성 – 보드의 밀링 레이어(예: 윤곽선 또는 더 큰 컷아웃)에서 밀링 데이터를 생성합니다.
• 격리 기본값 – 이것은 매우 작은 값이어야 하며 0.0025가 적당합니다.
• 절연 최대값 – 절연의 최대 너비
• 절연 단계 크기 – 각 패스에서 절연이 얼마나 더 넓어지는지
4.CB 단위(측정 단위)
• 마이크론 – 밀리미터의 천분의 일
• 밀리미터 – 밀리미터
• 밀 – 천분의 1인치
• 인치 – 인치(25.4mm)
그런 다음 "머신" 탭을 클릭하세요. 다음 창이 나타납니다.
여기서 다음 매개변수를 설정합니다.
5.Z축(Z축 설정)
• Z High – 클램핑 장치와의 충돌을 방지하는 위치
• Z축 위쪽 — 서둘러 위치를 조정할 때 보드 위로 Z축이 구동되는 위치입니다. 시간 절약을 위해 너무 높게 선택하지 마십시오.
• Z Down – 커터의 침입 깊이
• 드릴 깊이는 인쇄 회로 기판의 두께보다 약간 더 깊습니다.
• 드릴 정지 – 보링 시간
• 밀링 깊이 – PCB 윤곽선 및 컷아웃에 대한 밀링 깊이는 보드 두께보다 약간 더 깊습니다.
6.공구 교체
• 편리한 도구 교체를 위해 Z축이 구동되는 위치
스핀들(밀링 스핀들)
• 스핀업 시간 – 스핀들이 속도를 유지하는 데 걸리는 시간(초)
• 에칭 도구 크기 – 트레이스 윤곽을 밀링하기 위한 조각 스티치의 너비(아래 참조)
7. 공급 속도
• XY – PCB 밀링 중 X 및 Y 축의 이송 속도
• Z – 커터의 침지 속도
그런 다음 "GCode Style" 탭을 클릭하세요. 다음 창이 나타납니다.
이제 어떤 PC 제어 프로그램에 코드를 생성할지 설정할 수 있습니다. 이는 소위 "포스트 프로세서"(.pp)가 하는 일입니다. 저는 Mach3 팬이기 때문에 "Mach"를 선택했습니다. 사용 중인 제어 프로그램에 포스트 프로세서가 없는 경우, 다음과 같이 직접 만들 수 있습니다.
• 원하는 것과 가장 가까운 포스트 프로세서를 선택하세요
• 그런 다음 편집기를 사용하여 C:-Programs-EAGLE-4.12-ulp 디렉토리에 있는 gcode-defaults.h 파일을 엽니다.
• 필요한 변경 사항을 만듭니다.
• “%f”, “%d” 등의 형식 코드를 변경하지 마세요.
• 파일을 새 이름(예: “Cover.pp”)으로 저장합니다.
그런 다음 "수락"을 클릭하면 구성 변경 사항이 저장됩니다. "수락하고 내 보드 만들기"를 클릭하면 구성 변경 사항이 저장되고 밀링 및 드릴링 데이터 생성이 시작됩니다. "취소"를 클릭하면 모든 변경 사항이 취소됩니다.
Eagle에서 PCB 밀링 및 드릴링 데이터 생성
Eagle에서 데이터를 생성하는 것은 매우 쉽지만, 사용 가능한 회로 기판을 만들려면 몇 가지 세부 사항을 고려해야 합니다. 먼저 "설계 규칙"을 설정해야 합니다. 명령줄에 "drc"를 입력하거나 해당 아이콘을 클릭하면 설계 규칙 창이 나타납니다.
먼저 "간격" 탭을 클릭하고 모든 거리를 16mil(0.4mm)로 설정합니다. 이는 우선 직접 실험해 볼 좋은 시작점입니다. 그런 다음 "크기" 탭을 클릭합니다.
최소 트랙 너비를 16mil(0.4mm)로 설정하세요. Autorouter를 사용할 때 이 설정이 중요합니다. 그런 다음 "Restring"을 클릭하세요.
패드(부품 커넥터)를 16mil로 설정하세요. 이렇게 하면 패드가 너무 작아지지 않습니다.
모든 가치는 제가 실천하고 좋은 성과를 거둔 가치입니다. 물론, 다른 가치로 더 나은 성과를 거둘 수도 있습니다.
그런 다음 "확인"을 클릭하세요. 트레이스 간 간격이 너무 좁다는 오류 목록이 표시될 수 있습니다. 간격을 적절히 조정하세요. 단, IC 포트 간 트레이스 간격이 너무 좁더라도 무시할 수 있습니다. 그렇다고 해서 트레이스가 좁아지는 것은 아닙니다.
모든 것이 괜찮다면 명령줄에 "run pcb-gcode"를 입력하세요.
그러면 다음 파일이 생성됩니다. 이 모든 파일은 회로도 파일의 이름을 가지며, 다음 확장자가 붙습니다.
• top.nc: 보드 상단의 추적 윤곽선
• bot.nc: 보드 하단의 추적 윤곽선
• tf.nc: 상단에 남아 있는 구리를 제거하기 위한 밀링 데이터(일반적으로 필요하지 않음)
• bf.nc: 바닥에 남아 있는 구리를 제거하기 위한 밀링 데이터(일반적으로 필요하지 않음)
• td.nc: 위에서 본 드릴링 데이터입니다. 처음에 필요한 드릴 직경 표가 있습니다. 인치와 밀리미터로 변환해야 하므로 부분적으로 "크런치" 값이 적용됩니다. 가장 가까운 드릴을 선택하세요.
이것은 단면 보드 생산에 사용되며, 그렇지 않으면 보드를 뒤집어야 합니다.
mt.nc: 위에서 본 윤곽선과 잘라낸 부분에 대한 밀링 데이터입니다.
mb.nc: 아래쪽에서 본 윤곽선과 잘라낸 부분의 밀링 데이터입니다.
이러한 파일은 회로도 파일과 같은 디렉토리에 기록됩니다.
첫 번째 테스트로, Mach3에서 top.nc 또는 bot.nc 파일을 열어 결과를 확인할 수 있습니다. 밀링 웹의 디스플레이가 미리보기 창 밖에 있는 것 같습니다. 따라서 보드가 보일 때까지 디스플레이 크기를 줄이세요. 그런 다음, 화면이 선명해질 때까지 계속 움직여 보세요.
이미지를 클릭하여 전체 크기로 보고 트레이스와 부품 커넥터의 윤곽을 확인하세요. 특히 부품 연결부 사이에 트레이스가 형성되는 부분이 중요합니다. 도체 트랙과 연결부 사이에 밀링 트랙이 없는 경우, 구성(에칭 도구 크기)에서 밀링 스티치의 폭을 줄여야 합니다.
보드 클램핑
보드를 밀링하려면 먼저 클램프를 사용해야 합니다. 인그레이빙 깊이 컨트롤러를 사용하느냐 사용하지 않느냐에 따라 상당한 차이가 있습니다. 인그레이빙 깊이 컨트롤러는 PCB 밀링 스티치가 보드의 모든 지점에서 항상 동일한 침지 깊이를 유지하도록 합니다. 스티켈(Stichel)은 V자 모양이기 때문에 깊이에 따라 절연체, 즉 밀링된 웹의 폭이 결정됩니다. 이 폭이 너무 넓어지면 트레이스가 사라지고, 너무 좁아지면 구리가 끊어져 단락이 발생합니다. 제 기계의 깊이 컨트롤러는 다음과 같습니다.
앞쪽의 짧은 파이프는 진공 청소기 연결부이고, 마이크로미터 나사는 높이 조절에 사용됩니다. 깊이 조절기의 작동 방식과 다른 부분에 대한 설명은 나중에 드리겠습니다.
각인 깊이 조절 장치가 보드를 언더레이에 단단히 고정하기 때문에 보드가 들뜨지 않도록 고정할 필요가 없습니다. 대신, 보드가 미끄러지지 않도록 고정하는 것이 중요합니다. 이를 위해 나무판 위에 1.0mm 두께의 단단한 알루미늄 시트로 구성된 프레임을 제작했습니다.
두 개의 판금 스트립이 각도를 이루며, 이 각도에 동일한 재질의 두 쐐기가 보드를 눌러줍니다. 그림을 보면 원리를 쉽게 이해할 수 있을 것입니다. 이러한 고정 방식은 양산 시 보드가 항상 동일한 위치에 고정된다는 장점이 있습니다. 따라서 프로그램과 공구를 계속 교체할 필요 없이 모든 보드를 먼저 밀링하고 한 번에 드릴링할 수 있습니다.
PCB 밀링 도구
밀링에는 인그레이빙 스티치를 사용할 수 있습니다. 인그레이빙 스티치는 초경 원형 막대로 제작한 부품으로, 하단 부분의 절반을 연삭합니다. 그런 다음 다양한 팁 각도로 샌딩합니다. 연삭 각도는 항상 팁 각도의 절반입니다. 팁은 약간 샌딩되어 절삭날을 형성합니다. 절삭 폭과 팁 각도는 주문 시 선택할 수 있습니다. 지금까지 저는 절삭 폭 0.1mm, 팁 각도 40°, 밀링 깊이 0.2mm에서 최상의 결과를 얻었습니다. 그림은 팁의 사용법을 보여줍니다.
샤프트 직경은 3mm여야 하며, Proxxon 콜렛에도 맞습니다. 샤프트 직경이 1/8인치인 스티치도 있는데, 3.2mm 콜렛에 제대로 맞지 않아 "계란" 모양이 되는 경우가 있습니다. 이베이를 확인해 보세요. 여러 업체가 있습니다. 스티치를 구매할 때는 마감 처리된 가장자리를 사용해야 합니다. 스티치 연삭기로 직접 연삭해야 하므로, 재단하지 않고 직접 연삭해야 합니다.
공작물 영점
상단 밀링 데이터에서는 공작물 원점이 PCB 보드의 왼쪽 전면 가장자리에 있습니다. 하지만 하단에서는 오른쪽 전면 가장자리에 있습니다. X축의 모든 좌표 값은 음수입니다!
높이
조각 깊이 슬라이더를 사용하는 경우 높이 조절 방법을 알고 있을 것입니다. 그렇지 않은 경우, 가장 쉬운 방법은 커터를 클램프로 고정하고 보드 위로 잠시 밀어 넣는 것입니다. 그런 다음 척을 풀고 커터를 보드 위로 밀어 넣습니다. 그런 다음 이송을 다시 조이고 Z축을 0으로 설정합니다. Z축을 다시 약간 위로 밀어 넣는 것을 잊지 마세요!
침수 깊이
침지 깊이는 PCB 밀링 웹의 폭을 결정하기 때문에 매우 중요합니다. 침지 깊이에 대한 공식은 다음과 같습니다.
커터 40°: 너비 = 침지 깊이 * 0.7279
커터 60°: 너비 = 침지 깊이 * 1,1547
최소 침지 깊이(제 경험상 0.15~0.2mm)가 필요합니다. 그렇지 않으면 밀링된 웹에 융기가 생깁니다. 기계의 부정확성도 영향을 미치므로, 일부 폐기물을 사용해 보는 것이 좋습니다.
스핀들 속도
버 없는 절삭을 위해서는 밀링 스핀들 속도가 최대한 높아야 합니다. 스핀들 속도는 20,000rpm부터면 충분합니다. 하지만 제 기계에서는 6,000rpm으로도 꽤 깨끗한 보드를 가공할 수 있습니다.
갈기
이제 시작할 시간입니다! 커터의 안전 거리를 충분히 확보하고, 주변에 클램핑 장치가 없는지 확인하세요. 스핀들을 켜는 것도 잊지 마세요! 첫 번째 결과에 만족하지 못해서 여러 가지를 시도해 봐야 할 수도 있습니다.
교련
이 공정의 매력 중 하나는 보드에 즉시 드릴링할 수 있다는 것입니다. 이를 위해서는 해당 페이지의 드릴링 데이터가 필요합니다. 어떤 경우든 구멍은 보드 전체를 관통하지만, 하단과 상단이 거울상입니다. 즉, 드릴링 데이터를 사용하면 하단의 영점이 바로 앞에 있습니다. 드릴 교체가 필요한 즉시 PCB 밀링 프로그램이 정지하고 스핀들을 공구 교체를 위해 지정한 위치로 이동합니다.
양면 PCB
이미 언급했듯이 양면 보드 제작도 가능합니다. 양면 보드 제작을 위해서는 보드 레이아웃에 별도의 작은 구멍을 뚫고 좌표를 기록해 두세요. 명령줄에 "info"를 입력하고 구멍을 클릭하면 작은 창이 나타납니다.
첫 번째 좌표(52.07)는 위에서 볼 때 X축이고, 두 번째 좌표는 Y축입니다. 보드를 밀링하고 윗부분을 드릴링한 후 회전했다면, 밀링 스핀들의 중심을 이 구멍 바로 위에 놓고 컨트롤러에 X축과 Y축 좌표 값을 입력하세요. X축 좌표는 음수 값으로 입력해야 합니다!
기타 PCB 레이아웃 프로그램
다른 레이아웃 프로그램으로 작업하는 경우 Eagle Power Tools를 사용하여 Gerber 및 Exellon 데이터를 읽은 다음 이를 통해 밀링 데이터를 생성할 수 있습니다. 신뢰할 수 있는 PCB 제조업체인 TestPcbas는 2006년부터 인쇄 회로 기판을 제조하고 조립하는 전문 기업이므로 좋은 선택이 될 수 있습니다. 또한 PCB 기판 문제에 대한 모든 질문에 답변해 드리겠습니다!
