Фрезерование печатных плат
Платы (схемные платы, печатные платы, …) могут быть изготовлены многими способами, в этой статье мы хотели бы представить два способа фрезеровки печатных плат. Первый способ выглядит так:
• Создание фильма
• Экспонирование светочувствительного базового материала
• Развивать
• Офорт
• Бурение
• Удаление покрытия
• Покрытие паяльным лаком
Фрезерование изоляции печатных плат
Второй способ Производство печатных плат- Фрезерование печатных плат, которое на первый взгляд кажется более привлекательным, является фрезерованием изоляции. Для этого требуются следующие шаги:
• Создание данных фрезерования, предпочтительно в виде G-кода согласно DIN 66025
• Зажим основного материала
• Фрезерование контуров токопроводящих дорожек
• Сверление отверстий для компонентов в том же зажиме
• Покрытие паяльным лаком
В пользу фрезерования изоляции говорят следующие моменты:
• Основные Материал печатной платы дешевле
• Паника по поводу химикатов отступает
• Производство одного прототипа печатной платы происходит быстрее
С другой стороны, это говорит против:
• Вам нужен ужасно дорогой фрезерный станок с ЧПУ, а также необходимая электроника управления и программное обеспечение для печатных плат. Ничто не должно быть ниже 2,000 евро общей стоимости, даже при самостоятельном изготовлении. Как производитель печатных плат в Китае с 2006 года, TestPcbas производит печатные платы с помощью современных фрезерных станков с ЧПУ, чтобы гарантировать хорошее качество
• Для фрезерования требуются дорогие твердосплавные фрезы, которые обычно служат всего 1-2 европейские доски.
• Создание данных фрезерования – непростая задача
• Настройка параметров фрезерования печатной платы сложна и обычно работает только методом проб и ошибок.
• Фрезерование односторонней европейской доски может занять более часа.
• Пыль от фрезерования (стеклянные волокна!) может быть вредна для здоровья.
Процедура изготовления печатной платы
Если вы все еще хотите фрезеровать печатные платы, вот процедура, которую вы можете использовать для изготовления платы, показанной выше, с размерами 100 мм x 60 мм. Это плата управления шпиндельным двигателем фрезерного станка. Плата только односторонняя, но изготовление двухсторонних плат возможно в соответствии с тем же процессом. Важно, чтобы можно было создать ширину дорожки, что позволяет выполнить дорожку между двумя соединениями ИС. В противном случае фрезеровать можно только очень простые платы. Тот факт, что это может быть успешным, показывает следующее увеличение выреза:
Ширина дорожки должна быть около 0.3 мм, расстояние между дорожками и паяльниками около 0.4 мм. Это означает, что печатную плату можно также паять разумно, не спаивая постоянно дорожки друг с другом. Однако для этого нужен приличный паяльник с тонким, длинным жалом и хорошей проволокой для припоя (0.5 мм).
Программное обеспечение pcb-gcode
Конечно, без соответствующего программного обеспечения ничего не работает. Вы можете использовать программное обеспечение Eagle для проектирования печатных плат, конечно, если вы найдете TestPcbas, вы можете получить проектирование печатной платы бесплатно вместе с вашими потребностями в производстве печатных плат. У Eagle есть бесплатная версия для пробы и для небольших проектов. Это также интересно для людей, которые используют другую программу для проектирования, как мы увидим позже.
Однако создание программ фрезеровки печатных плат для фрезеровки изоляции не является стандартной функцией Eagle. Но поскольку такие функции можно выполнять с помощью так называемых «ULP» (программ на языке пользователя), человек по имени Джон Джонсон заслужил право написать подходящий ULP.
ULP можно загрузить со страницы загрузки CadSoft. Сначала найдите ULP «pcb-gcode.zip». К сожалению, функции поиска нет, но ULP отсортированы в алфавитном порядке. Загрузите zip-файл и распакуйте все содержащиеся в нем файлы в каталог c:-programs-EAGLE-4.12-ulp.
Теперь, если вы введете «run pcb-gcode -setup» в представлении макета Eagle в командной строке, должен появиться следующий экран конфигурации:
Здесь вы устанавливаете следующие параметры:
1. Верхняя сторона (верх печатной платы, сторона компонента)
• Создание верхних контуров – Создание данных фрезерования печатной платы для проводящих дорожек верхней части
• Создание верхних сверл – Создание данных сверления для верхних
• Создание верхних заполнений – создание данных фрезерования для удаления всей меди между дорожками и паяльными отверстиями (обычно не требуется)
2. Нижняя сторона печатной платы (нижняя часть платы)
• Как параметры верхней части
3. Печатная плата (параметры, которые применяются ко всей плате)
• Генерация фрезерования – генерирует данные фрезерования из слоя фрезерования платы (например, контур или более крупные вырезы)
• Изоляция по умолчанию – это должно быть очень маленькое значение, 0.0025 – это нормально
• Максимальная изоляция – максимальная ширина изоляции
• Размер шага изоляции – насколько шире становится изоляция с каждым проходом
4.Единицы измерения (единицы измерения)
• Микроны – тысячные доли миллиметра
• Миллиметры – миллиметры
• Милы – тысячные доли дюйма
• Дюймы – дюймы (25.4 мм)
Затем нажмите на вкладку «Машина». Появится следующее окно:
Здесь вы устанавливаете следующие параметры:
5. Z-ось (настройки оси Z)
• Z High – положение, позволяющее избежать столкновений с зажимными устройствами
• Z Up — Положение, в котором ось Z перемещается по доске при быстром позиционировании. Не следует выбирать слишком высокое значение, чтобы сэкономить время.
• Z вниз – глубина проникновения фрезы
• Глубина сверления, немного больше толщины печатной платы
• Задержка сверления – время бурения
• Глубина фрезерования – глубина фрезерования печатной платы для контуров и вырезов, немного больше толщины платы
6.Смена инструмента
• Положение, в котором ось Z приводится в движение для удобной смены инструмента
Шпиндель (фрезерный шпиндель)
• Время разгона – время в секундах, необходимое для поддержания скорости вращения шпинделя.
• Размер инструмента для гравировки – ширина гравировального стежка для фрезерования контуров следа (см. ниже)
7.Скорость подачи
• XY – скорость подачи по осям X и Y во время фрезерования печатной платы
• Z – Скорость погружения фрезы
Затем нажмите на вкладку «GCode Style». Появится следующее окно:
Здесь вы теперь можете задать, для какой программы управления ПК должен быть сгенерирован код. Это то, что делает так называемый «постпроцессор» (.pp). Как поклонник Mach3, я выбрал «Mach». Если для используемой вами программы управления нет постпроцессора, вы можете создать его самостоятельно, выполнив следующие действия:
• Выберите постпроцессор, который наиболее близок к желаемому
• Затем откройте файл gcode-defaults.h в каталоге C:-Programs-EAGLE-4.12-ulp с помощью редактора.
• Внесите необходимые изменения.
• Не изменяйте коды формата, такие как «%f», «%d» и т. д.
• Сохраните файл под новым именем, например, «Cover.pp»
Затем, когда вы нажимаете Accept, изменения конфигурации сохраняются. Нажатие Accept and make my board сохраняет изменения конфигурации и запускает генерацию данных фрезерования и сверления. Нажатие Cancel отменяет все изменения.
Создание данных фрезеровки и сверления печатных плат в Eagle
Генерация данных из Eagle очень проста, но необходимо учесть некоторые детали, чтобы создать пригодную к использованию печатную плату. Сначала следует задать «Правила проектирования». Для этого введите «drc» в командной строке или щелкните по соответствующей иконке. Появится окно правил проектирования.
Сначала нажмите на вкладку «Clearance» и установите все расстояния на 16mil (0.4 мм). Это, прежде всего, хорошая отправная точка для ваших собственных экспериментов. Затем нажмите на вкладку «Sizes».
Установите минимальную ширину дорожки 16mil (0.4 мм). Это важно при работе с Autorouter. Затем нажмите «Restring».
Установите контактные площадки (соединители компонентов) на 16 мил. Это гарантирует, что они не станут слишком маленькими.
Все ценности — это те, с которыми я работаю и с которыми я достиг хороших результатов. Конечно, вы можете достичь лучших результатов с другими ценностями.
Затем нажмите «Проверить». Вероятно, вы получите список ошибок, в котором сообщается о слишком малых расстояниях между трассами. Измените интервал соответствующим образом. Однако вы можете игнорировать слишком малые расстояния, когда трассы выполняются между портами IC. Они также не должны делать трассы там уже.
Если все в порядке, введите «run pcb-gcode» в командной строке.
Затем генерируются следующие файлы, все из которых имеют имя вашего файла схемы, к которому прикреплены следующие расширения:
• top.nc: контуры трассировки для верхней части платы
• bot.nc: контуры трассировки для нижней части доски
• tf.nc: данные фрезерования для удаления оставшейся меди сверху (обычно не требуется)
• bf.nc: данные фрезерования для удаления оставшейся меди на дне (обычно не требуется)
• td.nc: Данные по сверлению, вид сверху. В начале есть таблица с требуемыми диаметрами сверл. Из-за преобразования дюйм миллиметры с частично «хрустящими» значениями. Просто возьмите сверло, которое подходит ближе всего.
Их следует использовать при производстве односторонних щитов, в противном случае щит пришлось бы переворачивать.
mt.nc: Данные фрезерования контуров и вырезов, вид сверху.
mb.nc: Данные фрезерования контуров и вырезов, вид снизу.
Эти файлы записываются в тот же каталог, что и файл вашей схемы.
Для первого теста вы можете открыть top.nc или bot.nc в Mach3 и посмотреть результат. Предположительно, отображение фрезерных перемычек находится за пределами окна предварительного просмотра. Поэтому уменьшите размер отображения, пока не увидите плату. Затем перемещайте и перемещайте их, пока не получите четкое изображение:
Нажмите на изображение, чтобы увидеть его в полном размере и проверить контуры дорожек и разъемов компонентов. Особенно критичны места, где дорожки проводятся между соединениями компонентов. Если между дорожкой проводника и соединением нет фрезерной дорожки, то необходимо уменьшить ширину фрезерного стежка в конфигурации (Размер инструмента для травления).
Зажим доски
Чтобы фрезеровать плату, ее сначала нужно зажать. Имеет значение, работаете ли вы с контроллером глубины гравировки или нет. Контроллер глубины гравировки гарантирует, что стежок фрезерования печатной платы всегда имеет одинаковую глубину погружения во всех точках платы. Поскольку Stichel имеет V-образную форму, глубина определяет ширину изоляции, т. е. фрезерованной паутины. Если она становится слишком широкой, то ваши следы исчезают в нирване, она становится слишком узкой, медь останавливается и приводит к коротким замыканиям. Контроллер глубины на моем станке выглядит так:
Короткая трубка спереди — это соединение для пылесоса, микрометрический винт используется для регулировки высоты. Я опишу, как работает регулятор глубины и как он устроен в другом месте.
Поскольку контроллер глубины гравировки плотно прижимает доску к подложке, ее не нужно фиксировать от отрыва. Вместо этого важно защитить доску от скольжения. Для этой цели я построил раму, состоящую из 1.0 мм жестких алюминиевых листов на деревянной пластине.
Две полосы листового металла образуют угол, в который доска вдавливается двумя клиньями из того же материала. Изображение должно сделать принцип понятным. Этот тип крепления имеет преимущество для серийного производства, так как доски всегда зажимаются в одном и том же положении. Таким образом, я могу сначала фрезеровать все доски и сверлить их за один проход, не меняя постоянно программу и инструмент.
Фрезерный инструмент для печатных плат
Для фрезерования можно использовать гравировальные стежки, которые представляют собой детали из твердосплавных круглых стержней, у которых в нижней части отшлифована половина. Затем они шлифуются под разными углами заточки. Угол заточки всегда составляет половину угла заточки. Наконечник слегка шлифуется, в результате чего получается режущая кромка. Ширину реза и угол заточки можно выбрать при заказе. До сих пор я добился наилучших результатов с шириной реза 0.1 мм, углом заточки 40° и глубиной фрезерования 0.2 мм. На рисунке показан трюк:
Диаметр вала должен быть 3 мм, что также подходит для цанг Proxxon. Существуют также стежки с диаметром вала 1/8 дюйма, которые не подходят для цанги 3.2 мм и имеют тенденцию «яйцевидную форму». Посмотрите на eBay, там есть несколько поставщиков. Убедитесь, что вы получаете стежки с готовым обрезанным краем, вам придется самостоятельно шлифовать стежки без обрезки с помощью машины для шлифовки стежков.
Нулевая точка заготовки
Нулевая точка заготовки расположена на левом переднем крае печатной платы в данных фрезерования для верхней части. Однако внизу она расположена на правом переднем крае. Все значения координат оси X отрицательны!
Высота
Если вы работаете с ползунком глубины гравировки, вы знаете, как регулировать высоту. В противном случае, самый простой способ — зажать фрезу и провести ею по доске в течение короткого времени. Затем ослабьте патрон и опустите фрезу на доску. Затем снова затяните подачу и установите ось Z на ноль. Не забудьте снова немного поднять ось Z!
Глубина погружения
Глубина погружения очень важна, поскольку она определяет ширину фрезерного полотна печатной платы. Формула для этого следующая:
Фреза 40°: Ширина = Глубина погружения * 0.7279
Фреза 60°: Ширина = Глубина погружения * 1,1547
Вам нужна определенная минимальная глубина погружения (0.15 - 0.2 мм по моему опыту), иначе на фрезерованных перемычках образуется гребень. Поскольку неточности станка тоже играют свою роль, советую попробовать некоторые из отходов.
Скорость вращения шпинделя
Скорость фрезерного шпинделя должна быть максимально возможной, чтобы добиться реза без заусенцев. Скорости шпинделя от 20,000 6,000 об/мин вполне приемлемы. Однако на моем станке с XNUMX XNUMX об/мин также доступны довольно чистые доски.
Фрезерование
Теперь пора начинать! Также обратите внимание на необходимое безопасное расстояние фрезы и на то, чтобы на пути не было никаких зажимных средств. Не забудьте включить шпиндель! Вероятно, вы не будете удовлетворены первым результатом и вам придется немного поэкспериментировать.
Бурение
Одной из прелестей процесса является то, что вы можете сверлить плату немедленно. Для этого вам нужны данные сверления соответствующей страницы. Отверстия проходят через всю плату в любом случае, но являются зеркальным отражением снизу вверх, т.е. также с данными сверления нулевая точка снизу находится справа спереди. Как только требуется смена сверла, программа фрезерования печатной платы останавливается и перемещает шпиндель в указанное вами положение для смены инструмента.
Двусторонняя печатная плата
Как уже упоминалось, возможно изготовление двухсторонних плат. Для этого поместите отдельное небольшое отверстие в макет платы и запишите координаты. Для этого введите «info» в командной строке и щелкните по отверстию. После этого вы увидите небольшое окно
Первая координата (52.07) — это ось X, вторая — ось Y, если смотреть сверху. Если вы повернули доску после фрезерования и сверления верхней части, расположите центр фрезерного шпинделя точно над этим отверстием и введите значения координат как позиции X и Y в контроллере. Координату X необходимо ввести как отрицательное значение!
Другие программы для разводки печатных плат
Если вы работаете с другой программой компоновки, вы можете считать данные Gerber и Exellon с помощью Eagle Power Tools, а затем сгенерировать на их основе данные фрезерования. По мнению производителя печатных плат, которому вы можете доверять, TestPcbas может стать хорошим выбором, поскольку мы профессионально занимаемся производством и сборкой печатных плат с 2006 года. Мы также открыты для ответа на любые ваши вопросы, касающиеся проблем с вашими печатными платами!
