Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Печатная плата фрезерованная

Фрезерование печатной платы (также: фрезерование изоляции) - это процесс удаления участков меди с листа материала печатной платы для воссоздания контактных площадок, сигнальных дорожек и структур в соответствии с шаблонами из плана цифровой печатной платы, известного как файл макета . [1] Подобно более распространенному и хорошо известному процессу химического травления печатных плат, процесс фрезерования печатных плат является субтрактивным: удаляется материал, чтобы создать электрическую изоляцию и плоскости заземления.требуется. Однако, в отличие от процесса химического травления, фрезерование печатных плат, как правило, является нехимическим процессом, и поэтому его можно выполнять в типичных офисных или лабораторных условиях без воздействия опасных химикатов. Платы высокого качества могут быть произведены любым способом. [2] В случае фрезерования печатных плат качество печатной платы в основном определяется истинной или взвешенной точностью фрезерования и контролем системы, а также состоянием (резкость, характер) фрезерных бит и их соответствующей подачей / скорости вращения. Напротив, в процессе химического травления качество печатной платы зависит от точности и / или качества маски, используемой для защиты меди от химикатов, и от состояния химикатов травления. [3]

Преимущества [ править ]

Фрезерование печатных плат имеет преимущества как для создания прототипов, так и для некоторых специальных конструкций печатных плат. Вероятно, самым большим преимуществом является то, что для производства ПХД не нужно использовать химические вещества.

При создании прототипа передача платы на аутсорсинг требует времени. Альтернативой является изготовление печатной платы собственными силами. При использовании мокрого процесса на собственном производстве возникают проблемы с химическими веществами и их утилизацией. Платы с высоким разрешением, использующие мокрый процесс, трудно получить, и, тем не менее, когда это сделано, все равно придется просверлить и, в конечном итоге, вырезать печатную плату из основного материала.

Изготовление прототипов станков с ЧПУ может обеспечить быстрый производственный процесс без необходимости влажной обработки. [4] Если для сверления уже используется станок с ЧПУ, этот единственный станок может выполнять обе части процесса, сверление и фрезерование. Станок с ЧПУ используется для обработки сверления, фрезерования и резки. [5]

Многие платы, которые легко фрезеровать, было бы очень трудно обработать мокрым травлением и последующим ручным сверлением в лабораторных условиях без использования передовых систем, которые обычно стоят в несколько раз дороже, чем фрезерные станки с ЧПУ. [6]

В массовом производстве фрезерование вряд ли заменит травление, хотя использование ЧПУ уже является стандартной практикой для сверления плат.

Оборудование [ править ]

Система фрезерования печатных плат - это единый станок, который может выполнять все необходимые действия для создания прототипа платы, за исключением вставки переходных отверстий и металлизации сквозных отверстий . Большинству этих машин для работы требуются только стандартная розетка переменного тока и магазинный пылесос .

Программное обеспечение [ править ]

Программное обеспечение для фрезерования печатных плат обычно поставляется производителем станков с ЧПУ. Большинство пакетов можно разделить на две основные категории - растровые и векторные. [7]

Программное обеспечение, которое создает траектории инструмента с использованием метода расчета растра, как правило, имеет более низкое разрешение обработки, чем программное обеспечение на основе вектора, поскольку оно полагается на получаемую растровую информацию. [8] [9]

Механическая система [ править ]

Механика фрезерного станка для печатных плат довольно проста и уходит корнями в технологию фрезерования с ЧПУ . Система фрезерования печатных плат похожа на миниатюрный и высокоточный фрезерный стол с ЧПУ. Для управления машиной информация о местоположении и команды управления машиной отправляются из управляющего программного обеспечения через последовательный или параллельный порт.подключение к бортовому контроллеру фрезерного станка. Затем контроллер отвечает за управление и мониторинг различных компонентов позиционирования, которые перемещают фрезерную головку и портал и контролируют скорость шпинделя. Скорости шпинделя могут варьироваться от 30 000 до 100 000 об / мин в зависимости от системы фрезерования, причем более высокие скорости шпинделя означают лучшую точность, короче говоря, чем меньше диаметр инструмента, тем больше оборотов в минуту вам нужно. [10] Обычно эта приводная система включает в себя не контролируемые шаговые двигатели для оси X / Y, двухпозиционный неконтролируемый соленоид , пневматический поршень или ходовой винт для оси Z и цепь управления двигателем постоянного тока.для скорости шпинделя, ни один из которых не обеспечивает обратной связи по положению. Более продвинутые системы включают контролируемый привод оси Z шагового двигателя для большего контроля во время фрезерования и сверления, а также более совершенные схемы управления высокочастотным двигателем шпинделя, которые обеспечивают лучший контроль в более широком диапазоне скоростей.

Управление осями X и Y [ править ]

Для систем привода осей X и Y на большинстве фрезерных станков для печатных плат используются шаговые двигатели, которые приводят в движение прецизионный ходовой винт . Ходовой винт, в свою очередь, соединяется с порталом или фрезерной головкой с помощью специального прецизионного соединительного узла. Чтобы поддерживать правильное выравнивание во время фрезерования, направление движения портала или фрезерной головки определяется с помощью линейных подшипников или подшипников в форме ласточкина хвоста. Большинство приводных систем X / Y предоставляют пользователю программное обеспечение для управления скоростью фрезерования, которая определяет, насколько быстро шаговые двигатели приводят в движение соответствующие оси.

Управление по оси Z [ править ]

Привод и управление по оси Z осуществляются несколькими способами. Первый и самый распространенный - простой соленоид, который давит на пружину. Когда соленоид находится под напряжением, он толкает фрезерную головку вниз до упора пружины, который ограничивает движение вниз. Скорость опускания, а также сила, прилагаемая к пружинному упору, должны устанавливаться вручную путем механической регулировки положения плунжера соленоида. Второй тип управления Z-оси через использование пневматического цилиндра и программный обеспечение с приводом затвора клапана . Благодаря небольшому размеру баллона и количеству давления воздухапри его использовании диапазон регулирования между верхним и нижним упорами невелик. И соленоид, и пневматическая система не могут позиционировать головку где-либо, кроме конечных точек, и поэтому полезны только для простых задач фрезерования «вверх / вниз». Последний тип управления по оси Z использует шаговый двигатель, который позволяет фрезерной головке перемещаться небольшими точными шагами вверх или вниз. Кроме того, скорость этих шагов может быть отрегулирована так, чтобы инструменты можно было легко врезать в материал плиты, а не забивать. Глубина (необходимое количество шагов), а также скорость движения вниз / вверх контролируются пользователем с помощью управляющего программного обеспечения.

Одна из основных проблем при фрезеровании печатных плат - обработка отклонений плоскостности. Поскольку традиционные методы травления основаны на оптических масках, которые располагаются прямо на медном слое, они могут соответствовать любым небольшим изгибам материала, поэтому все функции точно воспроизводятся.

Однако при фрезеровании печатных плат любые незначительные изменения высоты, возникающие при фрезеровании, приводят к тому, что конические коронки либо погружаются глубже (создавая более широкий разрез), либо поднимаются с поверхности, оставляя неразрезанный участок. Перед резкой в ​​некоторых системах выполняется измерение высот по всей поверхности, чтобы измерить изменения высоты и заранее отрегулировать значения Z в G-коде .

Инструменты [ править ]

Печатные платы могут обрабатываться с помощью обычных концевых фрез , конических фрез с полукруглым вырезом и лопаточных фрез. D-насадки и лопаточные фрезы дешевы, и, поскольку они имеют маленькую вершину, следы могут быть близко друг к другу. Уравнение Тейлора , Vc T n = C, может предсказать стойкость инструмента для данной скорости резания. [11]

Альтернативы [ править ]

Метод, схожий с механическим фрезерованием, - это лазерное травление и лазерное сверление. Травление печатных плат с помощью лазера дает те же преимущества, что и механическое фрезерование, в отношении короткого времени обработки, но природа процесса лазерного травления предпочтительнее как фрезерования, так и химического травления, когда речь идет о физических изменениях, воздействующих на объект. [12] В то время как механическое фрезерование и химическое травление определяют физическую нагрузку на плату, лазерное травление предлагает бесконтактное удаление поверхности, что делает его превосходным вариантом для печатных плат, где точность и геометрическая точность имеют первостепенное значение, например, для высокочастотных и микроволновых конструкций. [13]Лазерное сверление более точное, имеет чрезвычайно низкое энергопотребление по сравнению с другими методами, требует меньшего обслуживания, не использует смазочные материалы или сверла, низкий уровень износа, не использует абразивные материалы, не портит доски, более экологично, а в самых мощных машинах сверление происходит мгновенно, но дорого. Еще одна новая альтернатива фрезерованию и лазерному травлению - это аддитивный подход, основанный на печати проводящей дорожки. Такие принтеры для печатных плат доступны в разных ценовых категориях и с разными характеристиками, но также предлагают быстрое производство схем на месте с минимальными потерями или без них. Примером такой технологии, которая производит более простые печатные платы с небольшим количеством слоев, является Voltera. [14]Система с большим количеством слоев в подходе аддитивного производства - это технология DragonFly от Nano Dimension [15], которая позволяет печатать сложные схемы с большим количеством слоев, а также электромеханические детали.

Ссылки [ править ]

  1. ^ Khandpur, RS (2005). Печатные платы: проектирование, изготовление, сборка и испытания . Тата Макгроу-Хилл Образование. ISBN 9780070588141.
  2. ^ Baschirotto, A .; Dallago, E .; Malcovati, P .; Marchesi, M .; Венчи, Г. (2007-02-01). «Магнитный датчик Fluxgate: от печатной платы до микроинтегрированной технологии». IEEE Transactions по приборостроению и измерениям . 56 (1): 25–31. DOI : 10.1109 / TIM.2006.887218 . ISSN 0018-9456 . 
  3. ^ Датта, М .; Осака, Тэцуя; Шульце, Дж. Вальтер (2004-12-20). Микроэлектронная упаковка . CRC Press. п. 185. ISBN 9780203473689.
  4. ^ Технология производства . Penton / IPC., Incorporated. 1987 г.
  5. ^ "Быстрый прототип печатной платы | WellPCB" . www.wellpcb.com . Проверено 27 мая 2017 .
  6. ^ Ричард Сьюэлл. «Фрезерованная печатная плата для шарикоподшипниковой управляющей поверхности секвенсора (The xylobearningococonutofivefivefiveophone)» . Jarkman Enterprises.
  7. ^ Пиатт, Майкл Дж .; Браун, Марк Е .; Уолтерс, Майкл А. (1991). «Способ изготовления печатных плат» . Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  8. ^ Дудкин, Александр; Инютин, Александр (2014-08-01). «ПРОВЕРКА ДЕФЕКТОВ И ПРАВИЛ ПРОЕКТА НА ИЗОБРАЖЕНИИ ПЛАТЫ» . Международный журнал вычислительной техники . 5 (3): 107–111. ISSN 2312-5381 . 
  9. ^ Вона, Массачусетс; Русь, Д. (апрель 2005 г.). «Траектории Вороного для механического травления печатных плат: простые и интуитивно понятные алгоритмы с трехмерным графическим процессором». Материалы Международной конференции IEEE 2005 г. по робототехнике и автоматизации : 2759–2766. DOI : 10.1109 / robot.2005.1570531 . ISBN 978-0-7803-8914-4.
  10. ^ «Технические характеристики фрезерного станка» . LPKF Laser & Electronics.
  11. ↑ Юн, Хэ Сон; Мун, Чон-Соль; Фам, Минь-Куан; Ли, Гю-Бонг; Ан, Сунг-Хун (2013). «Контроль параметров обработки для экономии энергии и затрат при сверлении печатных плат до микромасштабов». Журнал чистого производства . 54 : 41–48. DOI : 10.1016 / j.jclepro.2013.04.028 .
  12. ^ "Производство печатных плат" . www.ourpcb.com . Проверено 18 октября 2017 .
  13. ^ "LPKF Redirect" . www.lpkfusa.com . Проверено 27 мая 2017 .
  14. ^ "Вольтера" .
  15. ^ "NanoDImension" .

Внешние ссылки [ править ]

  • Обзор программного обеспечения и инструкции на RepRap wiki