PCBミリングボード
基板（回路基板、プリント基板など）は様々な方法で製造できますが、この記事では2つのPCBフライス加工方法をご紹介します。1つ目の方法は以下のとおりです。
• 映画を作る
• 感光性基材の露光
• 開発する
•エッチング
• 穴あけ
• コーティング除去
• はんだワニスによるコーティング
PCB絶縁材のフライス加工
2番目の方法は PCB製造-一見魅力的に見えるPCBミリングは、絶縁ミリングです。これには以下の手順が必要です。
• フライス加工データの生成（DIN 66025準拠のGコードが望ましい）
• ベース材料のクランプ
• 導体トラックの輪郭をフライス加工する
• 同じクランプで部品の穴を開ける
• はんだワニスによるコーティング
断熱ミリングについては次の点が挙げられます。
• 基本 PCB材料 安いです
• 化学物質に対するパニックは消え去る
• 単一のPCBプロトタイプの製造が高速化
一方、次のように反対している。
• 非常に高価なCNCフライス盤に加え、必要な制御電子機器とPCBソフトウェアが必要です。たとえ自社製作であっても、総コストは2,000ユーロを下回ってはいけません。2006年から中国でPCB製造を行っているMOKO Technologyは、高度なCNCフライス盤を用いてPCBを製造し、高品質を保証しています。
• フライス加工には高価な超硬カッターが必要で、通常はヨーロッパ板1～2枚分しか持ちません。
• フライス加工データの作成は簡単ではない
• PCBミリングパラメータの設定は難しく、通常は試行錯誤でしか機能しません
• 片面ヨーロッパボードのフライス加工には1時間以上かかることがあります
• 製粉粉塵（ガラス繊維！）は健康に有害である可能性があります
PCB製造手順
プリント基板をフライス加工したいという方は、上記のような100mm×60mmの基板を製作する手順をご紹介します。これはフライス加工機のスピンドルモーターの制御基板です。基板は片面のみですが、同じプロセスで両面基板の製作も可能です。重要なのは、XNUMXつのIC接続間の配線が可能なトレース幅を確保できることです。そうでない場合、非常にシンプルな基板しかフライス加工できません。この加工が成功している事例は、以下のカットアウト拡大図に示されています。
トレース幅は約0.3mm、トレースとはんだ付け穴との距離は約0.4mmにする必要があります。これにより、トレース同士が常にはんだ付けされることなく、PCB基板を効率よくはんだ付けできます。ただし、そのためには、細くて長い先端と良質のはんだ線（0.5mm）を備えた適切なはんだごてが必要です。
ソフトウェアpcb-gcode
もちろん、適切なソフトウェアがなければ何も機能しません。プリント基板の設計には、レイアウトソフトウェア「Eagle」を使用できます。もちろん、MOKO Technologyを使えば、PCB製造のニーズに合わせてPCB設計を無料で入手できます。Eagleには、試用や小規模プロジェクト向けのフリーウェア版があります。これは、後ほど説明するように、他のレイアウトソフトウェアを使用している方にも便利です。
しかしながら、絶縁材加工用のPCB加工プログラムの作成はEagleの標準機能ではありません。しかし、いわゆる「ULP」（ユーザー言語プログラム）でそのような機能を実行できるため、John Johnsonという人物が適切なULPを作成することに成功しました。
ULPはCadSoftのダウンロードページからダウンロードできます。まず、「pcb-gcode.zip」ULPを探してください。残念ながら検索機能はありませんが、ULPはアルファベット順に並べられています。ZIPファイルをダウンロードし、含まれるすべてのファイルをc:-programs-EAGLE-4.12-ulpディレクトリに解凍してください。
ここで、Eagle のレイアウト ビューのコマンド ラインに「run pcb-gcode -setup」と入力すると、次の構成画面が表示されます。
ここでは次のパラメータを設定します。
1.上面（PCB基板の上側、部品の側面）
• 上面アウトラインの生成 – 上面の導体トラックのPCBミリングデータを生成します。
• トップドリルの生成 – トップドリルの掘削データを作成する
• トップフィルを生成 – トレースとはんだ付け穴の間の銅をすべて除去するためのミリングデータを作成します（通常は必要ありません）
2.PCB裏面（基板の底面）
• トップのパラメータがどのように
3.PCBボード（ボード全体に適用されるパラメータ）
• ミリング生成 – 基板のミルレイヤーからミリングデータを生成します（例：アウトラインや大きなカットアウト）
• 分離のデフォルト – これは非常に小さい値であるべきで、0.0025でもOKです。
• 断熱最大値 – 断熱材の最大幅
• 絶縁ステップサイズ – パスごとに絶縁がどれだけ広くなるか
4.CB単位（測定単位）
• ミクロン – 1000分の1ミリメートル
• ミリメートル – ミリメートル
• ミル – 1000分の1インチ
• インチ – インチ（25.4 mm）
次に「マシン」タブをクリックします。次のウィンドウが表示されます。
ここでは次のパラメータを設定します。
5.Z軸（Z軸の設定）
• Zハイ – クランプ装置との衝突を回避する位置
• Zアップ — 急いで位置決めをする際に、Z軸をボード上で駆動する位置。時間を節約するために、あまり高い位置を選択しないようにしてください。
• Zダウン – カッターの侵入深さ
• ドリルの深さは、プリント基板の厚さよりわずかに大きい
• 掘削ドウェル – 掘削時間
• ミリング深さ – PCBのアウトラインとカットアウトのミリング深さ。基板の厚さよりわずかに大きい。
6.工具交換
• 工具交換を容易にするためにZ軸を駆動する位置
スピンドル（フライス加工スピンドル）
• スピンアップ時間 – スピンドルを一定速度で維持する時間（秒）
• エッチングツールのサイズ – トレースのアウトラインをミリングするための彫刻ステッチの幅（下記参照）
7.送り速度
• XY – PCBフライス加工時のX軸とY軸の送り速度
• Z – カッターの浸漬速度
次に「GCodeスタイル」タブをクリックします。次のウィンドウが表示されます。
ここで、どのPC制御プログラム用のコードを生成するかを設定できます。これはいわゆる「ポストプロセッサ」（.pp）の役割です。私はMach3のファンなので、「Mach」を選択しました。使用している制御プログラム用のポストプロセッサがない場合は、以下の手順で自分で作成できます。
• 希望するポストプロセッサに最も近いものを選択します
• 次に、C:-Programs-EAGLE-4.12-ulpディレクトリにあるgcode-defaults.hファイルをエディタで開きます。
• 必要な変更を加える
• 「%f」、「%d」などの書式コードは変更しないでください。
• ファイルを新しい名前（例：「Cover.pp」）で保存します。
「承認」をクリックすると、設定変更が保存されます。「承認してボードを作成」をクリックすると、設定変更が保存され、フライス加工とドリル加工のデータ生成が開始されます。「キャンセル」をクリックすると、すべての変更が破棄されます。
EagleでPCBのフライス加工と穴あけ加工データを生成する
Eagleからのデータ生成は非常に簡単ですが、実用的な回路基板を作成するには、いくつかの細かい点を考慮する必要があります。まず、「設計ルール」を設定する必要があります。これを行うには、コマンドラインで「drc」と入力するか、対応するアイコンをクリックします。設計ルールウィンドウが表示されます。
まず、「クリアランス」タブをクリックし、すべての距離を16ミル（0.4 mm）に設定します。これは、まずご自身で実験を行う際の良い出発点となります。次に、「サイズ」タブをクリックします。
最小配線幅を16ミル（0.4 mm）に設定します。これはオートルーターを使用する際に重要です。「Restring」をクリックします。
パッド（コンポーネントコネクタ）を16milに設定します。これにより、パッドが小さくなりすぎるのを防ぎます。
これらはすべて、私が実践し、良い成果を上げてきた価値観です。もちろん、他の価値観でより良い成果を上げられるかもしれません。
次に「チェック」をクリックします。トレース間の距離が短すぎるというエラーリストが表示されるはずです。それに応じて間隔を調整してください。ただし、ICポート間のトレースでは、距離が短すぎるというエラーは無視できます。この部分でもトレースが狭くなることはありません。
問題がなければ、コマンドラインに「run pcb-gcode」と入力します。
次に、次のファイルが生成されます。これらのファイルはすべて回路図ファイルの名前を持ち、次の拡張子が付けられます。
• top.nc: 基板上面のトレースアウトライン
• bot.nc: ボードの底面のトレースアウトライン
• tf.nc: 上部に残った銅を除去するためのミリングデータ（通常は必要ありません）
• bf.nc: 底部に残った銅を除去するためのミリングデータ（通常は必要ありません）
• td.nc: 上から見たドリルデータ。最初に必要なドリル径の表があります。インチからミリメートルへの変換のため、一部「クランチ」値が含まれています。最も近いドリルを選択してください。
これらは片面ボードの製造に使用されます。そうしないと、ボードを裏返す必要があります。
mt.nc: 上から見たアウトラインと切り抜きのフライス加工データ。
mb.nc: 下から見たアウトラインと切り抜きのフライス加工データ。
これらのファイルは、回路図ファイルと同じディレクトリに書き込まれます。
最初のテストとして、Mach3でtop.ncまたはbot.ncを開いて結果を確認できます。おそらく、フライス加工のウェブはプレビューウィンドウからはみ出しているでしょう。そのため、ボードが見えるまで画面サイズを縮小してください。そして、ボードがはっきりと見えるまで、ウェブを何度も動かしてみてください。
画像をクリックするとフルサイズで表示され、トレースとコンポーネントコネクタの輪郭を確認できます。特に重要なのは、コンポーネント接続部間のトレースが実行される箇所です。導体トラックと接続部の間にミリングトラックがない場合は、設定（エッチングツールサイズ）でミリングステッチの幅を狭くする必要があります。
ボードをクランプする
基板をフライス加工するには、まず基板をクランプする必要があります。彫刻深度コントローラーを使用するかどうかは、作業に大きな違いをもたらします。彫刻深度コントローラーは、PCBフライス加工のステッチが基板のどの部分でも常に同じ深さになるようにします。スティッケルはV字型なので、深さによって絶縁体、つまりフライス加工されたウェブの幅が決まります。この幅が広すぎると配線が消えてしまい、狭すぎると銅箔が止まってショートにつながります。私のマシンの彫刻深度コントローラーはこんな感じです。
前面の短いパイプは掃除機の接続口で、マイクロメーターネジは高さ調整に使用します。深さコントローラーの仕組みと、別の場所に設置されている構造については後ほど説明します。
彫刻深さコントローラーはボードを下地にしっかりと押し付けるため、ボードが浮き上がらないように固定する必要はありません。その代わりに、ボードが滑らないように固定することが重要です。そのために、私は木板の上に1.0mm厚の硬質アルミ板を貼り付けたフレームを製作しました。
2枚の金属板が角度を形成し、同じ材質の2つのくさびでボードを押し込みます。この図を見れば原理がお分かりいただけると思います。この固定方法は、量産においてボードが常に同じ位置に固定されるという利点があります。そのため、プログラムや工具を頻繁に変更することなく、まず全てのボードをフライス加工し、その後1回のパスでドリル加工を行うことができます。
PCBミリングツール
フライス加工には、彫刻ステッチを使用できます。これは超硬合金の丸棒で作られた部品で、下部が半分削られています。その後、異なる先端角度で研磨されます。研磨角度は常に先端角度の半分です。先端はわずかに研磨され、切れ刃になります。切断幅と先端角度は注文時に選択できます。これまでのところ、切断幅0.1 mm、先端角度40°、フライス加工深さ0.2 mmで最高の結果を得ています。図にコツが示されています。
シャフト径は3mmで、Proxxonのコレットにも適合します。1/8インチシャフトのステッチもありますが、3.2mmコレットにはうまくフィットせず、“卵”のように曲がってしまいます。eBayで調べてみてください。複数の業者が出品しています。必ずカットエッジが仕上げられたステッチを入手してください。ステッチグラインダーを使って、カットせずにステッチを研磨する必要があります。
ワークピースのゼロ点
上面のフライス加工データでは、ワークピースの原点はPCB基板の左前端にあります。しかし、下面では右前端にあります。X軸の座標値はすべて負です。
高さ
彫刻深さスライダーをお使いの方は、高さ調整の方法をご存知でしょう。そうでない場合は、カッターをクランプしてボード上で少し動かすのが最も簡単な方法です。その後、チャックを緩めてカッターをボードに落とします。その後、送りを再び締め、Z軸をゼロに設定します。Z軸を少し上に動かすのを忘れないでください。
浸漬深さ
浸漬深さは非常に重要です。これは、PCBのミリングウェブの幅を決定するからです。その計算式は以下のとおりです。
カッター40°：幅 = 浸漬深さ * 0.7279
カッター60°：幅 = 浸漬深さ * 1,1547
浸漬深さは最低限必要です（私の経験では0.15～0.2mm）。そうでないと、ミル加工したウェブに隆起が生じてしまいます。機械の精度も影響するため、廃材の一部を試してみることをお勧めします。
主軸速度
バリのない切断を実現するには、フライス盤のスピンドル回転数を可能な限り高くする必要があります。スピンドル回転数は20,000rpm以上であれば問題ありません。ただし、私の機械では6,000rpmでも非常にきれいな板材が得られます。
フライス加工
さあ、始めましょう！カッターの安全距離が十分であること、そしてクランプが邪魔になっていないことを確認してください。スピンドルのスイッチを入れるのを忘れずに！最初の結果に満足できない可能性が高いので、何度か試行錯誤する必要があるでしょう。
訓練
このプロセスの魅力の一つは、基板に即座に穴あけ加工が可能なことです。そのためには、各ページの穴あけ加工データが必要です。穴は基板全体を貫通しますが、下面と上面は鏡像関係にあります。つまり、穴あけ加工データにおいても、下面の原点は正面になります。ドリル交換が必要になると、PCBミリングプログラムは停止し、スピンドルを工具交換用に指定された位置に移動します。
両面PCB
既に述べたように、両面基板の製造も可能です。これを行うには、基板のレイアウトに別の小さな穴を配置し、座標を記録します。これを行うには、コマンドラインに「info」と入力し、穴をクリックします。すると、小さなウィンドウが表示されます。
最初の座標（52.07）はX軸、XNUMX番目は上面から見たY軸です。上面をフライス加工して穴あけ加工した後にボードを回転させた場合は、フライス加工のスピンドルの中心をこの穴の真上に合わせ、コントローラーのX座標とY座標を入力してください。X座標は負の値で入力してください。
その他のPCBレイアウトプログラム
別のレイアウト プログラムを使用している場合は、Eagle Power Tools を使用して Gerber および Exellon データを読み取り、そこからミリング データを生成することができます。信頼できる PCB メーカーとしては、2006 年以来プリント回路基板の製造と組み立てを専門に行っている MOKO Technology がよい選択肢です。また、PCB ボードに関するあらゆる質問にもお答えします。
