Placas de fresamento de PCB
Placas (placas de circuito impresso, placas de circuito impresso, etc.) podem ser fabricadas de diversas maneiras. Neste artigo, apresentamos duas maneiras de fresamento de PCBs. A primeira é assim:
• Fazer um filme
• Exposição do material base fotossensível
• Desenvolver
• Gravura
• Perfuração
• Decapagem
• Revestimento com verniz de solda
Fresamento de isolamento de PCB
A segunda maneira de Fabricação de PCB- A fresagem de PCB, que à primeira vista parece mais atraente, é a fresagem de isolamento. Isso requer as seguintes etapas:
• Geração de dados de fresamento, preferencialmente como código G conforme DIN 66025
• Fixação do material de base
• Fresagem dos contornos dos trilhos condutores
• Perfuração dos furos para os componentes na mesma fixação
• Revestimento com verniz de solda
Os seguintes pontos falam a favor da fresagem de isolamento:
• O básico Material PCB é mais barato
• O pânico com os produtos químicos desaparece
• A produção de um único protótipo de PCB é mais rápida
Por outro lado, fala contra:
• Você precisa de uma fresadora CNC extremamente cara, juntamente com a eletrônica de controle e o software de PCB necessários. Nada deve custar menos de 2,000 euros, mesmo em caso de autoconstrução. Como fabricante de PCB na China desde 2006, a MOKO Technology fabrica PCB com fresadoras CNC avançadas para garantir alta qualidade.
• Fresas de carboneto caras são necessárias para fresamento, que geralmente duram apenas 1 a 2 placas europeias
• Criar os dados de fresamento não é fácil
• Definir os parâmetros de fresamento do PCB é difícil e geralmente só funciona com tentativa e erro
• A fresagem de uma placa europeia unilateral pode levar mais de uma hora
• O pó da moagem (fibras de vidro!) pode ser prejudicial à saúde
Procedimento de fabricação de PCB
Se você ainda deseja fresar suas placas de circuito impresso, aqui está o procedimento que você pode usar para produzir a placa mostrada acima com as dimensões de 100 mm x 60 mm. Esta é a placa de controle do motor do eixo da fresadora. A placa possui apenas um lado, mas a produção de placas com dois lados é possível seguindo o mesmo processo. É importante que seja possível criar uma largura de trilha, o que torna possível realizar uma trilha entre duas conexões de CI. Caso contrário, apenas placas muito simples podem ser fresadas. O fato de que isso pode ser bem-sucedido mostra a seguinte ampliação do recorte:
A largura da trilha deve ser de cerca de 0.3 mm, e a distância entre as trilhas e os olhais de solda deve ser de cerca de 0.4 mm. Isso significa que a placa PCB também pode ser soldada com sensatez, sem precisar soldar constantemente as trilhas umas nas outras. No entanto, isso requer um ferro de solda de boa qualidade, com ponta fina e longa, e um bom fio de solda (0.5 mm).
O software pcb-gcode
Sem o software apropriado, é claro, nada funciona. Você pode usar o software de layout Eagle para projetar as placas de circuito impresso. Se você encontrar a MOKO Technology, poderá obter o design de PCB gratuitamente, de acordo com suas necessidades de fabricação de PCB. O Eagle possui uma versão gratuita para testes e para projetos menores. Isso também é interessante para quem usa um programa de layout diferente, como veremos mais adiante.
No entanto, criar programas de fresamento de PCB para fresamento de isolamento não é uma função padrão do Eagle. Mas, como é possível que tais funções sejam executadas pelos chamados "ULPs" (Programas em Linguagem de Usuário), um homem chamado John Johnson se propôs a escrever um ULP adequado.
O ULP pode ser baixado da página de downloads do CadSoft. Primeiro, procure pelo ULP "pcb-gcode.zip". Infelizmente, não há função de busca, mas os ULPs são classificados em ordem alfabética. Baixe o arquivo zip e descompacte todos os arquivos nele contidos no diretório c:-programs-EAGLE-4.12-ulp.
Agora, se você digitar “run pcb-gcode -setup” na visualização de layout do Eagle na linha de comando, a seguinte tela de configuração deverá aparecer:
Aqui você define os seguintes parâmetros:
1. Lado superior (parte superior da placa PCB, lateral do componente)
• Gerar contornos superiores – Gerar dados de fresamento de PCB para as trilhas condutoras da parte superior
• Gerar brocas de topo – Criar dados de perfuração para o topo
• Gerar preenchimentos superiores – Criar dados de fresamento para remover todo o cobre entre os traços e os olhais de solda (geralmente não é necessário)
2. Lado inferior do PCB (parte inferior da placa)
• Como os parâmetros do topo
3. Placa PCB (parâmetros que se aplicam a toda a placa)
• Gerar fresamento – gera dados de fresamento a partir da camada de fresamento da placa (por exemplo, contornos ou recortes maiores)
• Isolamento Padrão – este deve ser um valor muito pequeno, 0.0025 está OK
• Isolamento Máximo – a largura máxima do isolamento
• Tamanho do passo de isolamento – quanto mais largo o isolamento se torna a cada passagem
4. Unidades CB (unidades de medida)
• Microns – milésimos de milímetro
• Milímetros – milímetros
• Milésimos de polegada
• Polegadas – polegadas (25.4 mm)
Em seguida, clique na aba “Máquina”. A seguinte janela será exibida:
Aqui você define os seguintes parâmetros:
5. Eixo Z (Configurações do eixo Z)
• Z Alto – Posição que evita colisões com dispositivos de fixação
• Z Up — Posição em que o eixo Z é conduzido sobre a placa ao posicionar com pressa. Não deve ser escolhido muito alto para economizar tempo.
• Z Down – Profundidade de intrusão do cortador
• Profundidade da perfuração, ligeiramente maior que a espessura da placa de circuito impresso
• Permanência na perfuração – Tempo de perfuração
• Profundidade de fresagem – Profundidade de fresagem de PCB para contornos e recortes, ligeiramente maior que a espessura da placa
6. Troca de ferramentas
• Posição na qual o eixo Z é acionado para troca conveniente de ferramentas
Fuso (fuso de fresagem)
• Spin Up Time – Tempo em segundos para manter o fuso em velocidade
• Tamanho da ferramenta de gravação – Largura do ponto de gravação para fresar os contornos dos traços (veja abaixo)
7. Taxas de alimentação
• XY – Velocidade de avanço para os eixos X e Y durante a fresagem de PCB
• Z – Velocidade de imersão da fresa
Em seguida, clique na aba “Estilo GCode”. A seguinte janela será exibida:
Aqui você pode definir para qual programa de controle do PC o código deve ser gerado. É isso que o chamado "pós-processador" (.pp) faz. Como fã do Mach3, escolhi "Mach". Se não houver um pós-processador para o programa de controle que você está usando, você pode criar um fazendo o seguinte:
• Escolha o pós-processador que mais se aproxima do desejado
• Em seguida, abra o arquivo gcode-defaults.h no diretório C:-Programs-EAGLE-4.12-ulp com o editor
• Faça as alterações necessárias
• Não altere os códigos de formato como “%f”, “%d”, etc.
• Salve o arquivo com um novo nome, por exemplo “Cover.pp”
Em seguida, ao clicar em Aceitar, as alterações de configuração serão salvas. Clicar em "Aceitar e criar minha placa" salva as alterações de configuração e inicia a geração dos dados de fresamento e furação. Clicar em "Cancelar" descarta todas as alterações.
Gerando dados de fresamento e perfuração de PCB no Eagle
Gerar os dados do Eagle é muito fácil, mas alguns detalhes precisam ser considerados para criar uma placa de circuito utilizável. Primeiro, você deve definir as "Regras de Projeto". Para isso, digite "drc" na linha de comando ou clique no ícone correspondente. A janela de regras de projeto será exibida.
Primeiro, clique na aba "Folga" e defina todas as distâncias para 16 mil (0.4 mm). Este é um bom ponto de partida para seus próprios experimentos. Em seguida, clique na aba "Tamanhos".
Defina a largura mínima da trilha como 16 mil (0.4 mm). Isso é importante ao trabalhar com o Autorouter. Em seguida, clique em "Restringir".
Ajuste as almofadas (conectores dos componentes) para 16 mil. Isso garante que elas não fiquem muito pequenas.
Todos os valores são aqueles com os quais trabalho e com os quais obtive bons resultados. É claro que você pode obter resultados melhores com outros valores.
Em seguida, clique em "Verificar". Você provavelmente verá uma lista de erros reclamando de distâncias muito pequenas entre os traços. Altere o espaçamento conforme necessário. No entanto, você pode ignorar distâncias muito pequenas onde os traços são executados entre portas IC. Eles também não devem tornar os traços mais estreitos.
Se tudo estiver bem, digite “run pcb-gcode” na linha de comando
Os seguintes arquivos são então gerados, todos com o nome do seu arquivo esquemático, aos quais as seguintes extensões são anexadas:
• top.nc: os contornos do traço para o topo da placa
• bot.nc: os contornos do traço para a parte inferior do tabuleiro
• tf.nc: Dados de fresagem para remover o cobre restante na parte superior (geralmente não é necessário)
• bf.nc: Dados de fresagem para remover o cobre restante na parte inferior (geralmente não é necessário)
• td.nc: Dados de perfuração, vistos de cima. No início, há uma tabela com os diâmetros de broca necessários. Devido à conversão, polegadas em milímetros têm valores parcialmente "crunch". Basta escolher a broca que mais se aproxima.
Elas devem ser usadas na produção de placas de um lado, caso contrário, a placa teria que ser virada.
mt.nc: Dados de fresamento para contornos e recortes, vistos de cima.
mb.nc: Dados de fresamento para contornos e recortes, vistos de baixo.
Esses arquivos são gravados no mesmo diretório que o arquivo esquemático.
Para um primeiro teste, você pode abrir o arquivo top.nc ou bot.nc no Mach3 e visualizar o resultado. Presumivelmente, a exibição das telas de fresagem está fora da janela de pré-visualização. Portanto, reduza o tamanho da tela até ver a placa. Em seguida, mova-as até obter uma imagem nítida:
Clique na imagem para vê-la em tamanho real e verificar os contornos dos traços e conectores dos componentes. Particularmente críticos são os locais onde os traços são realizados entre as conexões dos componentes. Se não houver trilha de fresagem entre a trilha do condutor e a conexão, será necessário reduzir a largura do ponto de fresagem na configuração (Tamanho da Ferramenta de Gravação).
Fixação da placa
Para poder fresar a placa, você deve primeiro fixá-la com grampos. Faz uma diferença significativa se você trabalha com um controlador de profundidade de gravação ou não. O controlador de profundidade de gravação garante que o ponto de fresagem da placa de circuito impresso tenha sempre a mesma profundidade de imersão em todos os pontos da placa. Como o Stichel é em forma de V, a profundidade determina a largura do isolamento, ou seja, a banda fresada. Se este ficar muito largo, seus traços desaparecem no nirvana, fica muito estreito, o cobre para e causa curtos-circuitos. O controlador de profundidade da minha máquina é assim:
O tubo curto na frente é a conexão para o aspirador de pó, o parafuso micrométrico é usado para ajuste de altura. Descreverei como o controlador de profundidade funciona e como ele é construído em outro lugar.
Como o controlador de profundidade de gravação pressiona a placa firmemente contra a base, ela não precisa ser fixada para evitar que ela se solte. Em vez disso, é importante proteger a placa contra deslizamentos. Para isso, construí uma estrutura composta por chapas rígidas de alumínio de 1.0 mm sobre uma placa de madeira.
Duas tiras de chapa metálica formam um ângulo no qual a placa é pressionada por duas cunhas do mesmo material. A imagem deve facilitar a compreensão do princípio. Este tipo de fixação tem a vantagem, para a produção em série, de que as placas são sempre fixadas na mesma posição. Assim, posso fresar todas as placas e furá-las em uma única passagem, sem ter que mudar constantemente o programa e a ferramenta.
A ferramenta de fresamento de PCB
Você pode usar pontos de gravação para fresamento, que são peças feitas de barras redondas de carboneto, nas quais metade é retificada na área inferior. Estes são então lixados em diferentes ângulos de ponta. O ângulo de retificação é sempre metade do ângulo da ponta. A ponta é levemente lixada, resultando em uma aresta de corte. A largura de corte e o ângulo da ponta podem ser selecionados no momento do pedido. Até agora, obtive os melhores resultados com largura de corte de 0.1 mm, ângulo de ponta de 40° e profundidade de fresamento de 0.2 mm. O desenho mostra um truque:
O diâmetro do eixo deve ser de 3 mm, o que também é compatível com as pinças Proxxon. Existem também pontos com diâmetro de eixo de 1/8 de polegada, que não se encaixam corretamente na pinça de 3.2 mm e tendem a "estourar". Dê uma olhada no eBay, existem vários vendedores. Certifique-se de comprar pontos com uma borda cortada finalizada, pois você precisa lixar os pontos sem cortar com uma lixadeira de pontos.
Ponto zero da peça de trabalho
O ponto zero da peça de trabalho está localizado na borda frontal esquerda da placa de circuito impresso nos dados de fresamento da parte superior. Na parte inferior, porém, ele está localizado na borda frontal direita. Todos os valores de coordenadas do eixo X são negativos!
Altura
Se você trabalha com um controle deslizante de profundidade de gravação, sabe como ajustar a altura. Caso contrário, a maneira mais fácil é prender uma fresa e passá-la sobre a placa por um curto período. Em seguida, solte o mandril e solte a fresa sobre a placa. Em seguida, aperte o avanço novamente e zere o eixo Z. Não se esqueça de subir um pouco o eixo Z novamente!
Profundidade de imersão
A profundidade de imersão é muito crítica, pois resulta na largura da banda de fresamento da placa de circuito impresso. A fórmula para isso é:
Cortador 40°: Largura = Profundidade de Imersão * 0.7279
Cortador 60°: Largura = Profundidade de Imersão * 1,1547
Você precisa de uma certa profundidade mínima de imersão (0.15 a 0.2 mm, na minha experiência), caso contrário, uma crista será criada nas bandas fresadas. Como as imprecisões da máquina também influenciam, recomendo experimentar algumas das peças de refugo.
Velocidade do fuso
A velocidade do fuso de fresagem deve ser a mais alta possível para obter um corte sem rebarbas. Velocidades do fuso a partir de 20,000 rpm são aceitáveis. No entanto, na minha máquina com 6,000 rpm, também são obtidas tábuas bastante limpas.
fresagem
Agora é hora de começar! Preste atenção também à distância de segurança necessária da fresa e à ausência de dispositivos de fixação no caminho. Não se esqueça de ligar o fuso! Você provavelmente não ficará satisfeito com o primeiro resultado e terá que experimentar um pouco.
Perfuração
Um dos atrativos do processo é que você pode furar a placa imediatamente. Para isso, você precisa dos dados de furação da respectiva página. Os furos atravessam toda a placa em qualquer caso, mas são espelhados de baixo para cima, ou seja, mesmo com os dados de furação, o ponto zero da parte inferior fica bem na frente. Assim que for necessária uma troca de broca, o programa de fresamento de PCB para e move o eixo-árvore para a posição especificada para a troca da ferramenta.
PCB de dupla face
Como já mencionado, a produção de placas dupla face também é possível. Para isso, faça um pequeno furo separado no layout da placa e anote as coordenadas. Para isso, digite "info" na linha de comando e clique no furo. Você verá uma pequena janela.
A primeira coordenada (52.07) é o eixo X, a segunda é o eixo Y, visto de cima. Se você girou a placa após fresar e furar a parte superior, posicione o centro do fuso de fresagem exatamente sobre este furo e insira os valores das coordenadas como as posições X e Y no controlador. Você precisa inserir a coordenada X como um valor negativo!
Outros programas de layout de PCB
Se estiver trabalhando com um programa de layout diferente, você pode ler os dados Gerber e Exellon usando as ferramentas elétricas Eagle e então gerar os dados de fresamento a partir deles. Como fabricante de PCB em que você pode confiar, a MOKO Technology pode ser uma boa escolha, pois somos profissionais na fabricação e montagem de placas de circuito impresso desde 2006. Também estamos abertos para responder a quaisquer perguntas sobre problemas com suas placas de PCB!
