لوحات طحن PCB
يمكن تصنيع اللوحات (لوحات الدوائر المطبوعة، لوحات الدوائر المطبوعة، ...) بطرق عديدة. في هذه المقالة، سنقدم طريقتين لطحن لوحات الدوائر المطبوعة. الطريقة الأولى كالتالي:
• صنع فيلم
• تعرض المادة الأساسية الحساسة للضوء
• يطور
• النقش
• الحفر
• إزالة الطلاء
• طلاء بورنيش اللحام
طحن عزل لوحة الدوائر المطبوعة
الطريقة الثانية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلورطحن لوحات الدوائر المطبوعة، والذي يبدو للوهلة الأولى أكثر جاذبية، هو طحن العازل. يتطلب هذا الخطوات التالية:
• إنشاء بيانات الطحن، ويفضل أن تكون على هيئة رمز G وفقًا لـ DIN 66025
• تثبيت المادة الأساسية
• طحن محيط مسارات الموصل
• حفر الثقوب للمكونات في نفس المشبك
• طلاء بورنيش اللحام
تتحدث النقاط التالية عن طحن العزل:
• الأساسيات مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ارخص
• الذعر من المواد الكيميائية يختفي
• إنتاج نموذج أولي واحد من PCB أسرع
ومن ناحية أخرى، فإنه يتحدث ضد:
• أنت بحاجة إلى ماكينة طحن CNC باهظة الثمن، بالإضافة إلى إلكترونيات التحكم اللازمة وبرنامج PCB. لا ينبغي أن تقل التكلفة الإجمالية لأي منتج عن 2,000 يورو، حتى في حالة التصنيع الذاتي. بصفتها شركة مصنعة للوحات PCB في الصين منذ عام 2006، تُصنّع MOKO Technology لوحات PCB باستخدام ماكينات طحن CNC متطورة لضمان جودة عالية.
• هناك حاجة إلى قواطع كربيد باهظة الثمن للطحن، والتي تدوم عادةً لمدة 1 - 2 لوح أوروبي فقط
• إنشاء بيانات الطحن ليس بالأمر السهل
• يعد ضبط معلمات طحن PCB أمرًا صعبًا ولا يعمل عادةً إلا بالتجربة والخطأ
• قد يستغرق طحن لوح أوروبي أحادي الجانب أكثر من ساعة
• قد يكون غبار الطحن (ألياف الزجاج!) ضارًا بالصحة
عملية تصنيع لوحة الدوائر المطبوعة
إذا كنت لا تزال ترغب في طحن لوحات الدوائر المطبوعة، فإليك الإجراء الذي يمكنك اتباعه لإنتاج اللوحة الموضحة أعلاه بأبعاد 100 مم × 60 مم. هذه هي لوحة التحكم لمحرك المغزل في آلة الطحن. اللوحة أحادية الجانب فقط، ولكن يمكن إنتاج لوحات ذات وجهين وفقًا لنفس العملية. من المهم إنشاء عرض مسار يسمح بإجراء مسار بين وصلتي دائرة متكاملة. وإلا، فلا يمكن طحن سوى لوحات بسيطة جدًا. ويوضح تكبير القطع التالي نجاح هذه العملية:
يجب أن يكون عرض المسار حوالي 0.3 مم، والمسافة بين المسارات وفتحات اللحام حوالي 0.4 مم. هذا يعني إمكانية لحام لوحة الدوائر المطبوعة بكفاءة دون الحاجة إلى لحام المسارات باستمرار. مع ذلك، يتطلب هذا مكواة لحام جيدة ذات رأس رفيع وطويل وسلك لحام جيد (0.5 مم).
برنامج pcb-gcode
بدون برنامج مناسب، لا شيء يعمل. يمكنك استخدام برنامج تخطيط Eagle لتصميم لوحات الدوائر المطبوعة، وإذا وجدتَ MOKO Technology، يمكنك الحصول على تصميم PCB مجانًا لتلبية احتياجاتك من تصنيع PCB. يوفر Eagle نسخة مجانية للتجربة وللمشاريع الصغيرة. هذا مفيد أيضًا لمن يستخدمون برنامج تخطيط مختلف، كما سنرى لاحقًا.
مع ذلك، فإن إنشاء برامج طحن لوحات الدوائر المطبوعة لطحن العوازل ليس وظيفةً أساسيةً في شركة إيجل. ولكن نظرًا لإمكانية تنفيذ هذه الوظائف بواسطة ما يُسمى بـ "برامج لغة المستخدم"، فقد تمكّن رجل يُدعى جون جونسون من كتابة برنامج ULP مناسب.
يمكن تنزيل ملف ULP من صفحة تنزيل CadSoft. ابحث أولًا عن ملف "pcb-gcode.zip". للأسف، لا توجد خاصية بحث، ولكن ملفات ULP مرتبة أبجديًا. نزّل ملف zip، ثم فك ضغط جميع الملفات الموجودة فيه إلى المجلد c:-programs-EAGLE-4.12-ulp.
الآن، إذا كتبت "run pcb-gcode -setup" في عرض تخطيط Eagle على سطر الأوامر، فيجب أن تظهر شاشة التكوين التالية:
يمكنك هنا تعيين المعلمات التالية:
1. الجانب العلوي (الجزء العلوي من لوحة PCB، جانب المكون)
• إنشاء مخططات علوية - إنشاء بيانات طحن PCB لمسارات الموصلات العلوية
• إنشاء حفريات علوية - إنشاء بيانات الحفر للجزء العلوي
• إنشاء عمليات تعبئة علوية - إنشاء بيانات طحن لإزالة كل النحاس بين الآثار وعيون اللحام (عادةً ما لا يكون ذلك مطلوبًا)
2. الجانب السفلي من لوحة الدائرة المطبوعة (أسفل اللوحة)
• كيف يتم تحديد معلمات القمة
3. لوحة PCB (المعلمات التي تنطبق على اللوحة بأكملها)
• إنشاء الطحن - إنشاء بيانات الطحن من طبقة الطحن في اللوحة (على سبيل المثال، الخطوط العريضة أو القواطع الأكبر)
• العزل الافتراضي - يجب أن تكون هذه قيمة صغيرة جدًا، 0.0025 هو أمر جيد
• الحد الأقصى للعزل - الحد الأقصى لعرض العزل
• حجم خطوة العزل - مدى اتساع العزل مع كل تمريرة
4. وحدات CB (وحدات القياس)
• ميكرون - ألف جزء من المليمتر
• ملليمترات - ملليمترات
• ميلز - ألف من البوصة
• بوصة - بوصة (25.4 ملم)
ثم انقر على تبويب "الجهاز". ستظهر النافذة التالية:
يمكنك هنا تعيين المعلمات التالية:
5. المحور Z (إعدادات المحور Z)
• Z High – وضع يتجنب الاصطدامات بأجهزة التثبيت
• Z لأعلى - الموضع الذي يُحرك فيه المحور Z فوق اللوحة عند التمركز بسرعة. لا يُفضل اختياره عاليًا جدًا لتوفير الوقت.
• Z لأسفل - عمق التطفل للقاطع
• عمق الحفر، أكبر قليلاً من سمك لوحة الدائرة المطبوعة
• حفر البقاء - وقت الحفر
• عمق الطحن - عمق طحن لوحة الدوائر المطبوعة للخطوط العريضة والقطع، أكبر قليلاً من سمك اللوحة
6. تغيير الأداة
• الموضع الذي يتم فيه تحريك المحور Z لتغيير الأداة بشكل مريح
المغزل (مغزل الطحن)
• وقت الدوران - الوقت بالثواني للحفاظ على سرعة المغزل
• حجم أداة النقش - عرض غرزة النقش لطحن الخطوط العريضة للأثر (انظر أدناه)
7. معدلات التغذية
• XY – سرعة التغذية للمحورين X وY أثناء طحن لوحة الدوائر المطبوعة
• Z – سرعة غمر القاطع
ثم انقر على تبويب "GCode Style". ستظهر النافذة التالية:
هنا يمكنك الآن تحديد برنامج التحكم الذي سيتم إنشاء الشيفرة البرمجية له. هذا ما يفعله ما يُسمى "معالج ما بعد البرمجة" (.pp). بصفتي من مُحبي Mach3، اخترتُ Mach. إذا لم يكن هناك معالج ما بعد برمجة لبرنامج التحكم الذي تستخدمه، يمكنك إنشاء واحد بنفسك باتباع ما يلي:
• اختر المعالج اللاحق الذي يقترب من المعالج المطلوب
• ثم افتح ملف gcode-defaults.h في الدليل C:-Programs-EAGLE-4.12-ulp باستخدام المحرر
• إجراء التغييرات اللازمة
• لا تقم بتغيير رموز التنسيق مثل "%f"، "%d"، وما إلى ذلك.
• احفظ الملف تحت اسم جديد، على سبيل المثال "Cover.pp"
عند النقر على "قبول"، تُحفظ تغييرات التكوين. يؤدي النقر على "قبول وإنشاء لوحتي" إلى حفظ تغييرات التكوين وبدء توليد بيانات الطحن والحفر. أما النقر على "إلغاء" فيؤدي إلى إلغاء جميع التغييرات.
إنشاء بيانات طحن وحفر PCB في Eagle
إنشاء البيانات من Eagle سهل للغاية، ولكن يلزم مراعاة بعض التفاصيل لإنشاء لوحة دوائر كهربائية قابلة للاستخدام. أولًا، يجب ضبط "قواعد التصميم". للقيام بذلك، أدخل "drc" في سطر الأوامر أو انقر على الرمز المقابل. ستظهر نافذة قواعد التصميم.
أولاً، انقر على تبويب "الخلوص" واضبط جميع المسافات على ١٦ مل (٠٫٤ مم). هذه نقطة بداية جيدة لتجاربك الخاصة. ثم انقر على تبويب "الأحجام".
اضبط الحد الأدنى لعرض المسار على ١٦ مل (٠٫٤ مم). هذا مهم عند العمل مع جهاز التوجيه التلقائي. ثم انقر على "إعادة الربط".
اضبط موصلات المكونات على ١٦ مل. هذا يضمن عدم صغر حجمها.
جميع القيم هي تلك التي أعمل بها والتي حققتُ من خلالها نتائج جيدة. وبالطبع، قد تتمكن من تحقيق نتائج أفضل بقيم أخرى.
ثم انقر على "تحقق". ستظهر لك على الأرجح قائمة أخطاء تشير إلى قلة المسافات بين المسارات. غيّر المسافة وفقًا لذلك. مع ذلك، يمكنك تجاهل قلة المسافات بين منافذ الدائرة المتكاملة عند إجراء المسارات. يجب ألا تُضيّق هذه المسارات المسافة بين المنافذ.
إذا كان كل شيء على ما يرام، اكتب "run pcb-gcode" على سطر الأوامر
يتم بعد ذلك إنشاء الملفات التالية، والتي تحمل جميعها اسم ملف الرسم التخطيطي الخاص بك، والذي تم إرفاق الامتدادات التالية به:
• top.nc: الخطوط العريضة للتتبع لأعلى اللوحة
• bot.nc: الخطوط العريضة للتتبع لأسفل اللوحة
• tf.nc: طحن البيانات لإزالة النحاس المتبقي في الأعلى (عادةً ما لا يكون ضروريًا)
• bf.nc: طحن البيانات لإزالة النحاس المتبقي في الجزء السفلي (عادةً ما لا يكون ضروريًا)
• td.nc: بيانات الحفر، كما تبدو من الأعلى. في البداية، يوجد جدول بأقطار الحفر المطلوبة. نظرًا لأن التحويل بالبوصة والمليمتر، فإن القيم "مُشوّهة" جزئيًا. ما عليك سوى اختيار المثقاب الأقرب.
يتم استخدامها في إنتاج لوحات ذات جانب واحد، وإلا فيجب قلب اللوحة على الجانب الآخر.
mt.nc: بيانات الطحن للخطوط العريضة والقطع، كما تظهر من الأعلى.
mb.nc: بيانات الطحن للخطوط العريضة والقطع، كما تظهر من الأسفل.
تتم كتابة هذه الملفات في نفس الدليل الذي يوجد به ملف التخطيطي الخاص بك.
لإجراء اختبار أولي، يمكنك الآن فتح ملف top.nc أو bot.nc في Mach3 وعرض النتيجة. من المفترض أن عرض شبكات الطحن يكون خارج نافذة المعاينة. لذا، قلّل حجم الشاشة حتى ترى اللوحة. ثم حرّكها باستمرار حتى تظهر لك صورة واضحة.
انقر على الصورة لرؤيتها بالحجم الكامل وتحقق من خطوط المسارات وموصلات المكونات. تُعد أماكن المسارات بين وصلات المكونات بالغة الأهمية. في حال عدم وجود مسار تفريز بين مسار الموصل والوصلة، يجب تقليل عرض غرزة التفريز في التكوين (حجم أداة النقش).
تثبيت اللوحة
لتتمكن من طحن اللوحة، يجب عليك تثبيتها أولاً. يُحدث فرقًا كبيرًا سواءً استخدمتَ وحدة تحكم في عمق النقش أم لا. تضمن وحدة تحكم عمق النقش أن يكون لدرزة طحن لوحة الدوائر المطبوعة عمق غمر واحد دائمًا في جميع نقاط اللوحة. ولأنّ خيط Stichel على شكل حرف V، فإنّ العمق يُحدد عرض العازل، أي الشبكة المطحونة. إذا أصبح هذا العرض واسعًا جدًا، فستختفي آثارك تمامًا، وتصبح ضيقة جدًا، ويتوقف النحاس ويؤدي إلى قصر في الدوائر. يبدو مُتحكم العمق في آلتي كما يلي:
الأنبوب القصير في الأمام هو وصلة المكنسة الكهربائية، ويُستخدم برغي الميكرومتر لضبط الارتفاع. سأشرح كيفية عمل وحدة التحكم في العمق، وهي مُصممة في مكان آخر.
لأن مُتحكم عمق النقش يضغط اللوح بقوة على الطبقة السفلية، فلا حاجة لتثبيته ضد الرفع. بل من المهم تثبيته ضد الانزلاق. ولهذا الغرض، صنعتُ إطارًا من صفائح ألومنيوم صلبة بسمك 1.0 مم على لوح خشبي.
يُشكّل شريطان من الصفائح المعدنية زاويةً تُضغط فيها اللوحة بإسفينين من نفس المادة. من المفترض أن تُوضّح الصورة المبدأ. يتميز هذا النوع من التثبيت، في الإنتاج التسلسلي، بميزة تثبيت الألواح دائمًا في نفس الوضع. لذا، يُمكنني طحن جميع الألواح أولًا وحفرها دفعةً واحدة دون الحاجة إلى تغيير البرنامج والأداة باستمرار.
أداة طحن PCB
يمكنك استخدام غرز النقش للطحن، وهي أجزاء مصنوعة من قضبان كربيد دائرية، يُصقل نصفها في المنطقة السفلية. ثم تُصقل بزوايا طرف مختلفة. تكون زاوية الطحن دائمًا نصف زاوية الطرف. يُصقل الطرف قليلًا، مما ينتج عنه حافة قطع. يمكن اختيار عرض القطع وزاوية الطرف عند الطلب. حتى الآن، حققت أفضل النتائج بعرض قطع 0.1 مم، وزاوية طرف 40 درجة، وعمق طحن 0.2 مم. يوضح الرسم خدعة:
يجب أن يكون قطر عمود الخياطة 3 مم، وهو مناسب أيضًا لمشابك بروكسون. هناك أيضًا غرز بقطر عمود 1/8 بوصة، وهي لا تتناسب تمامًا مع مشبك 3.2 مم وتميل إلى أن تكون "بيضاوية". ابحث في موقع eBay، فهناك العديد من البائعين. تأكد من حصولك على غرز ذات حافة مقطوعة نهائية، حيث يجب عليك طحن الغرز بنفسك دون قطعها باستخدام آلة طحن الغرز.
نقطة الصفر لقطعة العمل
تقع نقطة صفر قطعة العمل على الحافة الأمامية اليسرى للوحة الدوائر المطبوعة في بيانات الطحن للجزء العلوي. أما في الجزء السفلي، فتقع على الحافة الأمامية اليمنى. جميع قيم إحداثيات المحور X سالبة!
الطول
إذا كنت تستخدم منزلق عمق النقش، فأنت تعرف كيفية ضبط الارتفاع. وإلا، فإن أسهل طريقة هي تثبيت القاطع ودفعه فوق اللوح لفترة قصيرة. ثم فكّ المشبك وأسقط القاطع على اللوح. ثم شدّ التغذية مرة أخرى واضبط المحور Z على الصفر. لا تنسَ رفع المحور Z قليلاً مرة أخرى!
عمق الغمر
عمق الغمر بالغ الأهمية، إذ يُحدد عرض شبكة طحن لوحة الدوائر المطبوعة. صيغته هي:
القاطع 40 درجة: العرض = عمق الغمر * 0.7279
القاطع 60 درجة: العرض = عمق الغمر * 1,1547
يجب أن يكون عمق الغمر المطلوب (من ٠٫١٥ إلى ٠٫٢ مم حسب تجربتي)، وإلا سيظهر خط رفيع عند الخيوط المطحونة. ونظرًا لأن عدم دقة الآلة قد يكون عاملًا مهمًا، أنصح بتجربة بعض القطع المتبقية.
سرعة المغزل
يجب أن تكون سرعة مغزل الطحن عالية قدر الإمكان للحصول على قطع خالٍ من النتوءات. سرعات المغزل التي تبدأ من ٢٠٠٠٠ دورة في الدقيقة مناسبة. مع ذلك، تتوفر ألواح نظيفة تمامًا في آلتي بسرعة ٦٠٠٠ دورة في الدقيقة.
الطحن
الآن حان وقت البدء! انتبه أيضًا إلى مسافة الأمان اللازمة للقاطع، وتأكد من عدم وجود أي أدوات تثبيت تعيق الطريق. لا تنسَ تشغيل المغزل! قد لا تكون راضيًا عن النتيجة الأولى، وستضطر إلى إجراء بعض التجارب.
حفر
من مميزات هذه العملية إمكانية حفر اللوحة فورًا. للقيام بذلك، تحتاج إلى بيانات الحفر الخاصة بالصفحة المعنية. تمر الثقوب عبر اللوحة بأكملها، لكنها متطابقة من الأسفل إلى الأعلى، أي أن نقطة الصفر في الجزء السفلي، وفقًا لبيانات الحفر، هي في الجهة الأمامية اليمنى. بمجرد الحاجة إلى تغيير المثقاب، يتوقف برنامج طحن لوحة الدوائر المطبوعة وينقل المغزل إلى الموضع الذي حددته لتغيير الأداة.
ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين
كما ذكرنا سابقًا، يُمكن أيضًا إنتاج ألواح ثنائية الجوانب. للقيام بذلك، اصنع فتحة صغيرة منفصلة في مخطط اللوحة وسجّل إحداثياتها. للقيام بذلك، أدخل "info" في سطر الأوامر وانقر على الفتحة. ستظهر لك نافذة صغيرة.
الإحداثي الأول (52.07) هو المحور السيني، والثاني هو المحور الصادي، كما يُرى من الأعلى. إذا أدرت اللوحة بعد طحن الجزء العلوي وحفره، فضع مركز محور الطحن فوق هذه الفتحة تمامًا، وأدخل قيم الإحداثيات كموضعيْ X وY في وحدة التحكم. يجب إدخال الإحداثي السيني كقيمة سالبة!
برامج تخطيط PCB الأخرى
إذا كنت تعمل مع برنامج تخطيط مختلف، فيمكنك قراءة بيانات Gerber وExellon باستخدام Eagle Power Tools ثم إنشاء بيانات الطحن منها، وكما هو الحال مع شركة تصنيع PCB التي يمكنك الوثوق بها، يمكن أن تكون MOKO Technology خيارًا جيدًا لأننا محترفون في تصنيع وتجميع لوحات الدوائر المطبوعة منذ عام 2006، كما أننا منفتحون على الإجابة على أي من أسئلتك حول مشكلات لوحات PCB الخاصة بك!
