プロトタイピングのためのPCBフライス加工： 速く、正確で、費用対効果の高いソリューション

PCBフライス加工の方法は、パッド、信号トラック、デザインを複製するために、完全な銅基板から銅部分を除去することです。デザインパターンと構造は、GBR G-CODEレイアウトファイルの下で計画されます。エッチングと同様、これもまたサブトラクティブ・プロセスであるため、基板から銅材を除去して回路を作成します。 PCBフライス加工は、化学的な方法を使用しないため、危険な化学物質を取り扱う必要がなく、一般家庭やオフィス環境での使用に適しており、安全です。

高品質の回路基板は、どちらのプロセスでも製造できる。エッチングプロセスとは異なり、PCBの品質要因は、マスク寸法、エッチング薬品の状態、フォトリソグラフィ工程によって決定される。フライス加工では、ミリング精度、制御システム、切れ味、ミリングビットの回転速度が品質要素となる。この記事では、ハードウェア、ソフトウェアの要件、設計パラメータ、およびPCBフライス加工を行う際に留意すべき要素を決定します。JLCPCBがどのようにPCBを製作したかは、究極の設計ガイドブログをご覧ください。

PCBフライス加工設計のパラメータ

隣接トラック間の間隔とトレース幅はフライス工具の直径によって決まります。工具直径は最低0.1mmで、通常の直径は0.1mmから数mmです。通常、業界標準のプロセスで得られる可能な最高のフィーチャーサイズは、CNCの場合は0.254mmまで、レーザー彫刻法の場合は0.127mmまでです。フライス工具とハードウェアのセットアップにより、設計の最大誤差を決定することができます。以下は、この工程で使用されるさまざまなフライス工具のリストです：

1. エンドミル

フラットエンドミル： 直線切削や広い面積の銅の除去に使用。

ボールエンドミル： 複雑な面の輪郭加工や整形に最適。

2. Vビット・エングレーバー

細かい加工や、複雑な銅のトレースパターンの作成に使用します。小さく精密なカットに適していますが、大きな銅の除去にはあまり効果的ではないかもしれません。

3. ドリル・ビット

PCBレイヤー間の接続を確立するため、スルーホールパッドやビアを開けるのに使用します。

4. 彫刻ビット

彫刻ビットは、ラベルやコンポーネントの外形をマーキングするための浅い溝を作成したり、トレース間の非常に微細な絶縁パスを作成したりします。スペースが限られている基板には不可欠です。

5. スロットカッター

部品用のスロットを作成したり、PCB自体のアウトラインをカットするためのツールで、不規則な形状を必要とする基板に便利です。

6. PCBルーター

すべてのトレースと穴あけが完了した後、個々のPCBを大きなパネルから切り離し、最終的なアウトラインカットに使用します。

フライス加工のためのハードディスクセットアップ

PCBフライス加工システムは、ビアの挿入とスルーホールのメッキを除いて、プロトタイプ基板を作成するために必要なすべてのアクションを実行できる単一のマシンです：

機械システム：

PCBフライス盤のメカニクスは非常に単純で、CNCフライス技術にルーツがある。CNCフライス盤は、3Dシャーシ、モーター、チャックボルト、制御機構で構成されています。主軸にはメインの穴あけビットモーターが取り付けられている。このモーターの回転速度は、フライス盤によって30,000 RPMから100,000 RPMまであります。そして、X-Y-Z位置制御モーター、通常はステッピングモーターが、その精度の高さからこの目的に使用されます。制御機構は、マイクロコントローラーユニット、ユーザーインターフェース、いくつかの速度制御ドライバーを備えています。位置情報と機械制御コマンドは、制御ソフトウェアからシリアルポートまたはパラレルポート接続を介して機械のマイコンに送信されます。以下は、X-Y-Z位置制御の詳細である。

X軸とY軸のコントロール：

X軸とY軸の駆動システムには、ほとんどのPCBフライス盤が精密リードスクリューを駆動するステッピングモーターを使用している。リードスクリューとは、CNCプロッタのベースを取り付ける大きなボルトのことである。銅基板がベースに取り付けられ、X-Yモーターがソフトウェアの設定に従ってベースを動かす。この間、スピンドルモーターの位置は固定される。プリント基板設計の速度は、X-Y-Z制御とスピンドル速度の関数である。

Z軸制御：

最初の最も一般的なものは、バネを押す単純なソレノイドです。ソレノイドに通電すると、フライスヘッドがスプリングストップに押し付けられ、下方向への移動が制限されます。

CNC PCBフライス加工のソフトウェア：

PCB CNCフライス加工に関しては、PCBレイアウト設計、Gコード生成、CNC制御などのタスクを処理するための様々な専門ソフトウェアが利用可能です。ここでは、各段階で使用されるソフトウェアの種類を紹介します：

1) PCBレイアウト設計ソフトウェア： トレース、パッド、レイアウトの詳細を含む実際のPCBデザインを作成します。KiCad、Eagle、EasyEDAなどがあります。

2) CAM（コンピューター支援製造）ソフトウェア： PCBデザイン（通常はガーバーファイル）を、CNCマシンがミリングに使用するGコードに変換します。いくつかのソリューションがあります： FlatCAM、CopperCAM、Autodesk Fusion 360などがあります。

3) Gコード送信機／CNC制御ソフトウェア： GコードをCNCマシンに送信し、実際のフライス加工を制御する。例：GRBLコントローラーとUniversal Gcode Sender (UGS)。

PCBフライス加工の利点

PCBフライス加工は、プロトタイプ製造と特定の特殊なPCB設計に利点をもたらします。最大の利点は、PCB製造に化学薬品を使用しないことです。PCBフライス加工は、プロトタイプ製作と一部の特殊なPCB設計の両方に利点があります。

CNCマシンによるプロトタイピングは、ウェット加工を必要とせず、短納期の基板製造プロセスを提供できる。プロトタイプを作成する場合、基板を外注すると時間がかかります。代替案として、PCBを内製する方法がある。ウェットプロセスを使用する場合、社内生産では化学薬品やその廃棄の問題が発生します。

PCBフライス加工の用途

用途は銅パネルに銅を作るだけでなく、切り抜き、スロットのフライス加工、V字の筋入れ、パネルの分離、ヒートシンクの空洞のカットなど、PCB全体を準備することもできます。一台の機械で、穴あけ、フライス加工、切断の全ての工程を行うことができます。PCBフライス盤は、プロトタイプ設計をより速くテストするための良いソリューションになります。適切なプロトタイピングとテストの後、私たちは製造会社からプロフェッショナルなPCBを手にすることができます。

・ カットアウト

・ミリングスロット

・Vスコアリング

・パネルの分離

・ヒートシンクキャビティのカット

フライス加工VSエッチング：

フライス加工： CNCマシンが物理的に銅を削り出す。うるさい機械が好きな人には最適です。大きなトレースには適していますが、超微細なディテールは扱えないかもしれません。銅粉が出ますが、化学プロセスに比べれば掃除は簡単です。スピードが速く、特に一品モノに適している。昨日中にプロトタイプが必要な場合に最適です。

エッチング：化学薬品で不要な銅を削り取る。化学薬品を扱うのが嫌いでなければ、ちょっとした化学実験。細かい作業や複雑なデザインに適している。危険な化学薬品を使用するため、安全性は低くなる。セットアップに時間がかかるが、忍耐力があれば大量生産もスムーズ。

結論：

設計を検証し、プロトタイプをテストしたら、大量生産のための専門的な生産を検討する時です。JLCPCBは高精度のPCB製造サービスを提供し、少量生産からフル生産まで、お客様の最終設計を実現します。JLCPCBの品質保証と業界グレードの製造により、お客様のデザインは正確に製造され、お客様の仕様と期待される性能の両方を満たすことができます。

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