Placas de fresado de PCB
Las placas (placas de circuitos, placas de circuito impreso, etc.) se pueden fabricar de muchas maneras. En este artículo, presentamos dos métodos de fresado de PCB. El primero es el siguiente:
• Hacer una película
• Exposición del material base fotosensible
• Desarrollar
• Grabando
• Perforación
• Descapado
• Recubrimiento con barniz de soldadura
Fresado de aislamiento de PCB
La segunda forma de Fabricación de PCBEl fresado de PCB, que a primera vista parece más atractivo, es el fresado de aislamiento. Requiere los siguientes pasos:
• Generación de los datos de fresado, preferiblemente como código G según DIN 66025
• Sujeción del material base
• Fresado de los contornos de las pistas conductoras
• Perforar los agujeros para los componentes en la misma abrazadera.
• Recubrimiento con barniz de soldadura
Los siguientes puntos hablan a favor del fresado de aislamiento:
• Lo básico Material de PCB es más barato
• El pánico a los químicos desaparece.
• La producción de un solo prototipo de PCB es más rápida
Por otra parte, se pronuncia en contra de:
Necesita una fresadora CNC extremadamente cara, junto con la electrónica de control y el software de PCB necesarios. El coste total no debería ser inferior a 2,000 euros, ni siquiera en la autoconstrucción. Como fabricante de PCB en China desde 2006, MOKO Technology fabrica PCB con fresadoras CNC avanzadas para garantizar una alta calidad.
• Para el fresado se requieren fresas de carburo costosas, que suelen durar solo 1 o 2 tablas europeas.
• La creación de datos de fresado no es fácil.
• Configurar los parámetros de fresado de PCB es difícil y generalmente solo funciona con prueba y error.
• Fresar un tablero europeo de una sola cara puede llevar más de una hora
• El polvo de fresado (¡fibras de vidrio!) puede ser perjudicial para la salud.
Procedimiento de fabricación de PCB
Si aún desea fresar sus placas de circuito impreso, este es el procedimiento para producir la placa mostrada arriba, con dimensiones de 100 mm x 60 mm. Esta es la placa de control del motor de husillo de la fresadora. La placa es de una sola cara, pero es posible producir placas de doble cara siguiendo el mismo proceso. Es importante crear un ancho de pista que permita trazar una pista entre dos conexiones de circuitos integrados. De lo contrario, solo se pueden fresar placas muy sencillas. El éxito de este proceso se demuestra con la siguiente ampliación del recorte:
El ancho de las pistas debe ser de unos 0.3 mm, y la distancia entre las pistas y los puntos de soldadura de unos 0.4 mm. Esto significa que la placa PCB también se puede soldar con cuidado sin tener que soldar constantemente las pistas entre sí. Sin embargo, esto requiere un buen soldador con una punta fina y larga y un buen alambre de soldadura (0.5 mm).
El software pcb-gcode
Sin el software adecuado, por supuesto, nada funciona. Puedes usar el software de diseño Eagle para diseñar las placas de circuito impreso. Si encuentras MOKO Technology, puedes obtener el diseño de PCB gratis para tus necesidades de fabricación. Eagle tiene una versión gratuita para probar y para proyectos más pequeños. Esto también es interesante para quienes usan un programa de diseño diferente, como veremos más adelante.
Sin embargo, crear programas de fresado de PCB para el fresado de aislamiento no es una función estándar de Eagle. Dado que es posible que estas funciones se realicen mediante los llamados "ULP" (Programas de Lenguaje de Usuario), un hombre llamado John Johnson se ha dedicado a desarrollar un ULP adecuado.
El ULP se puede descargar desde la página de descargas de CadSoft. Primero, busque el ULP "pcb-gcode.zip". Lamentablemente, no hay función de búsqueda, pero los ULP están ordenados alfabéticamente. Descargue el archivo zip y descomprima todos los archivos en el directorio c:-programs-EAGLE-4.12-ulp.
Ahora, si escribe “run pcb-gcode -setup” en la vista de diseño de Eagle en la línea de comando, debería aparecer la siguiente pantalla de configuración:
Aquí se configuran los siguientes parámetros:
1. Lado superior (parte superior de la placa PCB, lateral del componente)
• Generar contornos superiores: generar datos de fresado de PCB para las pistas conductoras de la parte superior
• Generar taladros superiores: crear datos de perforación para los mejores
• Generar rellenos superiores: crear datos de fresado para eliminar todo el cobre entre las trazas y los ojos de soldadura (normalmente no es necesario)
2.Lado inferior de la PCB (parte inferior de la placa)
• Cómo se calculan los parámetros de la cima
3. Placa PCB (parámetros que se aplican a toda la placa)
• Generar fresado: genera datos de fresado a partir de la capa de fresado de la placa (por ejemplo, contorno o recortes más grandes)
• Aislamiento predeterminado: debe ser un valor muy pequeño, 0.0025 está bien
• Máximo aislamiento: el ancho máximo del aislamiento
• Tamaño del paso de aislamiento: cuánto más ancho se vuelve el aislamiento con cada pasada
4.Unidades CB (unidades de medida)
• Micras – milésimas de milímetro
• Milímetros – milímetros
• Mils – Milésimas de pulgada
• Pulgadas – pulgadas (25.4 mm)
A continuación, haga clic en la pestaña "Máquina". Aparecerá la siguiente ventana:
Aquí se configuran los siguientes parámetros:
5. Eje Z (configuración del eje Z)
• Z Alto – Una posición que evita colisiones con dispositivos de sujeción
• Z Arriba: La posición en la que se desplaza el eje Z sobre el tablero al posicionar con urgencia. No debe elegirse demasiado alta para ahorrar tiempo.
• Z Down – Profundidad de intrusión del cortador
• Profundidad de perforación, un poco más que el grosor de la placa de circuito impreso.
• Permanencia del taladro – Tiempo de perforación
• Profundidad de fresado: Profundidad de fresado de PCB para contornos y recortes, ligeramente mayor que el grosor de la placa
6.Cambio de herramienta
• Posición en la que se acciona el eje Z para un cambio de herramienta cómodo
Husillo (husillo de fresado)
• Tiempo de aceleración: tiempo en segundos para mantener el husillo a velocidad
• Tamaño de la herramienta de grabado: ancho de la puntada de grabado para fresar los contornos de las trazas (ver a continuación)
7. Tasas de alimentación
• XY – Velocidad de avance para los ejes X e Y durante el fresado de PCB
• Z – Velocidad de inmersión del cortador
A continuación, haga clic en la pestaña "Estilo de GCode". Aparecerá la siguiente ventana:
Aquí puedes configurar para qué programa de control de PC se generará el código. Esto es lo que hace un "postprocesador" (.pp). Como aficionado a Mach3, elegí "Mach". Si no hay un postprocesador para el programa de control que usas, puedes crear uno tú mismo siguiendo estos pasos:
• Elija el postprocesador que más se acerque al deseado
• Luego abra el archivo gcode-defaults.h en el directorio C:-Programas-EAGLE-4.12-ulp con el editor
• Realizar los cambios necesarios
• No cambie los códigos de formato como “%f”, “%d”, etc.
• Guarde el archivo con un nuevo nombre, por ejemplo, “Cover.pp”
Al hacer clic en "Aceptar", se guardan los cambios de configuración. Al hacer clic en "Aceptar y crear mi placa", se guardan los cambios y se inicia la generación de los datos de fresado y taladrado. Al hacer clic en "Cancelar", se descartan todos los cambios.
Generación de datos de fresado y taladrado de PCB en Eagle
Generar los datos desde Eagle es muy sencillo, pero es necesario considerar algunos detalles para crear una placa de circuito utilizable. Primero, debe configurar las "Reglas de Diseño". Para ello, escriba "drc" en la línea de comandos o haga clic en el icono correspondiente. Aparecerá la ventana de reglas de diseño.
Primero, haz clic en la pestaña "Espacio libre" y establece todas las distancias en 16 milésimas (0.4 mm). Este es un buen punto de partida para tus propios experimentos. Luego, haz clic en la pestaña "Tamaños".
Establezca el ancho mínimo de pista en 16 milésimas de pulgada (0.4 mm). Esto es importante al trabajar con el Autorouter. A continuación, haga clic en "Restringir".
Ajuste las almohadillas (conectores de componentes) a 16 milésimas de pulgada. Esto garantiza que no se reduzcan demasiado.
Todos los valores son aquellos con los que trabajo y con los que he obtenido buenos resultados. Por supuesto, es posible que puedas lograr mejores resultados con otros valores.
Luego haga clic en "Comprobar". Probablemente recibirá una lista de errores que indican que las distancias entre las pistas son demasiado cortas. Ajuste el espaciado según corresponda. Sin embargo, puede ignorar las distancias demasiado cortas en las pistas entre los puertos de CI. Esto tampoco debería hacer que las pistas sean más estrechas en esa zona.
Si todo está bien, escriba “run pcb-gcode” en la línea de comando
Luego se generan los siguientes archivos, todos los cuales tienen el nombre de su archivo esquemático, al que se adjuntan las siguientes extensiones:
• top.nc: los contornos de trazado para la parte superior del tablero
• bot.nc: los contornos de trazado para la parte inferior del tablero
• tf.nc: Datos de fresado para eliminar el cobre restante en la parte superior (normalmente no es necesario)
• bf.nc: Datos de fresado para eliminar el cobre restante en la parte inferior (normalmente no es necesario)
• td.nc: Datos de perforación, vistos desde arriba. Al principio, hay una tabla con los diámetros de broca necesarios. Debido a la conversión de pulgadas a milímetros, los valores son parcialmente "crujientes". Simplemente elija la broca que se acerque más.
Estos se utilizan en la producción de tableros de una sola cara, de lo contrario habría que darle la vuelta al tablero.
mt.nc: Datos de fresado para contornos y recortes, vistos desde arriba.
mb.nc: Datos de fresado para contornos y recortes, vistos desde abajo.
Estos archivos se escriben en el mismo directorio que el archivo esquemático.
Para una primera prueba, ahora puede abrir top.nc o bot.nc en Mach3 y ver el resultado. Probablemente, la visualización de las bandas de fresado esté fuera de la ventana de vista previa. Por lo tanto, reduzca el tamaño de la pantalla hasta que vea la placa. Luego, muévala una y otra vez hasta obtener una imagen clara.
Haga clic en la imagen para verla a tamaño completo y comprobar los contornos de las pistas y los conectores de los componentes. Los puntos donde se realizan las pistas entre las conexiones de los componentes son especialmente críticos. Si no hay una pista de fresado entre la pista conductora y la conexión, debe reducir el ancho de la puntada de fresado en la configuración (Tamaño de la herramienta de grabado).
Sujetando el tablero
Para fresar la placa, primero debe sujetarla. Es muy importante trabajar con un controlador de profundidad de grabado o no. Este controlador garantiza que la puntada de fresado de la PCB tenga siempre la misma profundidad de inmersión en todos los puntos de la placa. Dado que la puntada tiene forma de V, la profundidad determina el ancho del aislamiento, es decir, la malla fresada. Si esta se vuelve demasiado ancha, las pistas se pierden en el nirvana, se estrecha demasiado, el cobre se atasca y se producen cortocircuitos. El controlador de profundidad de mi máquina se ve así:
El tubo corto delantero es la conexión para la aspiradora, y el tornillo micrométrico se usa para ajustar la altura. Describiré cómo funciona el controlador de profundidad y cómo se integra en otro lugar.
Dado que el controlador de profundidad de grabado presiona firmemente la placa contra la base, no es necesario asegurarla para que no se despegue. En cambio, es importante asegurarla para que no se deslice. Para ello, he construido un marco compuesto por láminas rígidas de aluminio de 1.0 mm sobre una placa de madera.
Dos tiras de chapa metálica forman un ángulo en el que se presiona el tablero mediante dos cuñas del mismo material. La imagen debería facilitar la comprensión del principio. Este tipo de fijación tiene la ventaja, para la producción en serie, de que los tableros siempre se sujetan en la misma posición. Así, puedo fresar y taladrar todos los tableros en una sola pasada sin tener que cambiar constantemente de programa ni de herramienta.
La herramienta de fresado de PCB
Para el fresado, se pueden utilizar puntadas de grabado, que consisten en piezas hechas de varillas redondas de carburo, cuya mitad se rectifica en la zona inferior. Estas se lijan con diferentes ángulos de punta. El ángulo de rectificado siempre es la mitad del ángulo de la punta. La punta se lija ligeramente, lo que da como resultado un filo cortante. El ancho de corte y el ángulo de la punta se pueden seleccionar al realizar el pedido. Hasta ahora, he obtenido los mejores resultados con un ancho de corte de 0.1 mm, un ángulo de punta de 40° y una profundidad de fresado de 0.2 mm. El dibujo muestra un truco:
El diámetro del eje debe ser de 3 mm, compatible con las pinzas Proxxon. También existen puntadas con un diámetro de eje de 1/8 de pulgada, que no encajan correctamente en la pinza de 3.2 mm y tienden a formar un huevo. Consulte eBay; hay varios proveedores. Asegúrese de obtener puntadas con un borde de corte acabado; deberá rectificar las puntadas sin cortarlas usted mismo con una rectificadora de puntadas.
Punto cero de la pieza de trabajo
El punto cero de la pieza se encuentra en el borde frontal izquierdo de la placa PCB en los datos de fresado de la parte superior. Sin embargo, en la parte inferior, se encuentra en el borde frontal derecho. ¡Todos los valores de las coordenadas del eje X son negativos!
Altura
Si trabaja con un deslizador de profundidad de grabado, sabe cómo ajustar la altura. De lo contrario, la manera más fácil es sujetar una fresa y pasarla sobre la tabla durante un rato. Luego, afloje el mandril y coloque la fresa sobre la tabla. A continuación, vuelva a apretar el avance y ponga el eje Z a cero. ¡No olvide volver a subir un poco el eje Z!
Profundidad de inmersión
La profundidad de inmersión es crucial, ya que determina el ancho de la banda de fresado de la PCB. La fórmula para esto es:
Cortador 40°: Ancho = Profundidad de inmersión * 0.7279
Cortador 60°: Ancho = Profundidad de inmersión * 1,1547
Se necesita una profundidad mínima de inmersión (entre 0.15 y 0.2 mm, según mi experiencia); de lo contrario, se formará una cresta en las láminas fresadas. Dado que las imprecisiones de la máquina también influyen, recomiendo probar algunos de los restos.
Eje de velocidad
La velocidad del husillo de fresado debe ser la máxima posible para lograr un corte sin rebabas. Las velocidades del husillo a partir de 20,000 6,000 rpm son aceptables. Sin embargo, en mi máquina de XNUMX rpm también se obtienen tablas bastante limpias.
Fresado
¡Ahora es hora de empezar! Asegúrate también de mantener la distancia de seguridad necesaria entre la fresa y que no haya ningún tipo de sujeción que interfiera. ¡No olvides encender el husillo! Probablemente no quedes satisfecho con el primer resultado y tendrás que experimentar un poco.
Trío
Una de las ventajas del proceso es que se puede taladrar la placa inmediatamente. Para ello, se necesitan los datos de taladrado de la página correspondiente. Los agujeros atraviesan toda la placa, pero son simétricos de abajo a arriba; es decir, incluso con los datos de taladrado, el punto cero de la parte inferior está justo delante. En cuanto se requiere un cambio de broca, el programa de fresado de PCB se detiene y mueve el husillo a la posición especificada para el cambio de herramienta.
PCB de doble cara
Como ya se mencionó, también es posible producir tableros de doble cara. Para ello, haga un pequeño orificio en el plano del tablero y anote las coordenadas. Para ello, introduzca "info" en la línea de comandos y haga clic en el orificio. Verá una pequeña ventana.
La primera coordenada (52.07) corresponde al eje X, y la segunda al eje Y, vistos desde arriba. Si torneó la placa después de fresar y taladrar la parte superior, coloque el centro del husillo de fresado exactamente sobre este orificio e introduzca las coordenadas X e Y en el controlador. ¡Debe introducir la coordenada X como valor negativo!
Otros programas de diseño de PCB
Si está trabajando con un programa de diseño diferente, puede leer los datos de Gerber y Exellon usando Eagle Power Tools y luego generar los datos de fresado a partir de ellos, y como fabricante de PCB en el que puede confiar, MOKO Technology puede ser una buena opción, ya que somos profesionales en la fabricación y ensamblaje de placas de circuitos impresos desde 2006, ¡también estamos abiertos a responder cualquiera de sus preguntas sobre los problemas de sus placas PCB!
