原型製作的 PCB 銑削：快速、精準且具成本效益的解決方案
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PCB 銑削的方法是從整片銅板上移除部分銅箔，以複製焊墊、訊號走線與圖案。設計圖案與結構在 GBR G-CODE 佈局檔案中規劃。與蝕刻類似，這也是一種減法製程，因此透過從板材上移除銅料來形成電路。PCB 銑削不涉及任何化學方法，使其適合且更安全地在家中或辦公室等一般環境使用，無需處理危險化學品。
兩種製程都能生產高品質電路板。與蝕刻製程不同，PCB 的品質取決於遮罩尺寸、蝕刻化學品的狀態與光刻步驟。在銑削中，品質因子為銑削精度、控制系統、銑刀的銳利度與轉速。本文將說明進行 PCB 銑削時的硬體、軟體需求、設計參數與注意事項。想了解 JLCPCB 如何製作他們的 PCB，請參考我們的終極設計指南部落格。
PCB 銑削的設計參數
相鄰走線間的間距與線寬由銑刀直徑決定。刀具直徑最小為 0.1 mm，常見範圍從 0.1 mm 到數 mm。業界標準製程中，CNC 可達到的最佳特徵尺寸為 0.254 mm，雷射雕刻則可達 0.127 mm。依據銑刀與硬體配置，可決定設計的最大誤差。以下是製程中使用的不同銑刀列表：
1. 端銑刀
平頭端銑刀：用於切割直線路徑並移除大面積銅箔。
球頭端銑刀：適合輪廓加工與複雜曲面成型。
2. V 型雕刻刀
用於精細細節與複雜銅箔走線圖案。適合小而精準的切割，但對大面積銅箔移除效果較差。
3. 鑽頭
用於鑽孔通孔焊墊與導通孔，以建立 PCB 層間連接。
4. 雕刻刀
雕刻刀可刻出淺溝，用於標記標籤、元件外框，或在走線間建立極細隔離路徑。對空間受限的板子至關重要。
5. 開槽刀
用於為元件開槽或切割 PCB 外框，適合需要不規則外形的板子。
6. PCB 成型刀
用於最後的外框切割，在所有走線與鑽孔完成後，將單片 PCB 從大板分離。
銑削硬體設定：
PCB 銑削系統是一台單機，可執行製作原型板所需的所有動作，除了插入導通孔與電鍍通孔，詳細說明如下：
機械系統：
PCB 銑床的機械原理相當直接，源自 CNC 銑削技術。CNC 銑床由 3D 框架、若干馬達、夾頭螺栓與控制機構組成。主軸上裝有鑽頭馬達，轉速依系統從 30,000 RPM 到 100,000 RPM 不等。接著使用 X-Y-Z 位置控制馬達，通常為步進馬達，因其高精度。控制機構包含微控制器、使用者介面與速度控制驅動器。定位資訊與機器控制指令透過串列或並列埠從控制軟體送至微控制器。以下為 X-Y-Z 位置控制細節。
X 與 Y 軸控制：
多數 PCB 銑床使用步進馬達驅動精密導螺桿來控制 X 與 Y 軸。導螺桿為大型螺栓，CNC 繪圖機底座安裝於其上。銅板固定於底座，X-Y 馬達依軟體設定移動底座，主軸馬達位置保持固定。PCB 設計速度取決於 X-Y-Z 控制與主軸轉速。
Z 軸控制：
最常見的是簡單電磁鐵推壓彈簧。電磁鐵通電時將銑削頭下壓，彈簧擋塊限制下移行程。
CNC PCB 銑削軟體：
在 PCB CNC 銑削中，有多種專業軟體可處理 PCB 佈局設計、G-code 生成與 CNC 控制。以下為各階段使用的軟體類型：
1) PCB 佈局設計軟體：用於建立實際 PCB 設計，包括走線、焊墊與佈局細節。線上免費解決方案有 KiCad、Eagle 與 EasyEDA。
2) CAM（電腦輔助製造）軟體：將 PCB 設計（通常為 Gerber 檔）轉換為 CNC 機器使用的 G-code。解決方案包括：FlatCAM、CopperCAM 與 Autodesk Fusion 360。
3) G-Code 發送器 / CNC 控制軟體： 將 G-code 送至 CNC 機器並控制實際銑削操作。例如 GRBL Controller 與 Universal Gcode Sender (UGS)。
PCB 銑削的優點
PCB 銑削在原型製作與某些特殊 PCB 設計上具有優勢，最大好處是製程中不使用化學品。 PCB 銑削對原型與某些特殊 PCB 設計皆有利。
CNC 原型製作可快速生產板子，無需濕製程。外包製板需等待，另一選擇是自行製作。使用濕製程會有化學品與廢液處理問題。
PCB 銑削的應用：
應用不僅是在銅板上形成銅箔，還可完成整片 PCB，包括切割、銑槽、V-cut、分板與切割散熱腔。單機即可完成鑽孔、銑削與切割。PCB 銑床能快速測試原型設計，經充分原型與測試後，再交由專業製造商生產。
- 切割
- 銑槽
- V-cut
- 分板
- 切割散熱腔
銑削 VS 蝕刻：
銑削： CNC 機器像迷你電鎚般物理挖除銅箔。適合喜歡機器代勞的人。適合較粗走線，但可能無法處理極細節。產生銅屑，相較化學品更易清理。速度快，尤其單片原型，急需時最適合。
蝕刻： 化學藥水蝕去不需要的銅。小化學實驗，除非討厭化學品。適合精細與複雜設計。因有危險化學品而較不安全。前置較久，但大量生產時若耐心足夠則順暢。
結論：
總結而言，PCB 銑削提供簡單高效的方式，在內部製作高品質原型板，無需化學品或等待外包。銑削可掌控設計，讓工程師在量產前完善佈局。此方式對快速原型、即時調整與立即測試特別有價值，皆為擴大規模前的關鍵步驟。
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