PCB 밀링 시제품 제작: 빠르고 정확하며 비용 효율적인 솔루션

PCB 밀링 방식은 전체가 구리로 도금된 기판에서 패드, 신호 트랙 및 디자인을 복제하기 위해 구리 부분을 제거하는 것입니다. 설계 패턴과 구조는 GBR G-CODE 레이아웃 파일에 따라 계획됩니다. 식각과 마찬가지로 이것도 감산 공정이므로 기판에서 구리 재료를 제거하여 회로를 만듭니다. PCB 밀링은 화학적 방법을 사용하지 않기 때문에 위험한 화학물질을 다룰 필요 없이 일반 가정이나 사무실 환경에서 사용하기에 적합하고 안전합니다.

고품질 회로 기판은 두 가지 공정 모두를 사용하여 제작할 수 있습니다. 식각 공정과 달리 PCB의 품질 요소는 마스크 치수, 식각 화학물질의 상태 및 포토리소그래피 단계에 의해 결정됩니다. 밀링에서는 밀링 정확도, 제어 시스템, 밀링 비트의 날카로움과 회전 속도가 품질 요소입니다. 이 글에서는 PCB 밀링을 수행할 때 필요한 하드웨어, 소프트웨어 요구사항, 설계 매개변수 및 고려해야 할 요소들을 알아보겠습니다. JLCPCB의 PCB 제작 방법에 대해서는 당사의 종합 설계 가이드를 참조하시기 바랍니다.

PCB 밀링의 설계 매개변수

인접한 트랙 간의 간격과 트레이스 폭은 밀링 공구의 직경에 의해 결정됩니다. 공구 직경은 최소 0.1mm이며, 일반적인 직경 범위는 0.1mm에서 수 mm입니다. 일반적으로 산업 표준 공정에서 제작 가능한 최소 크기는 CNC의 경우 0.254mm까지, 레이저 각인 방식의 경우 0.127mm까지 가능합니다. 밀링 공구와 하드웨어 설정에 따라 설계의 최대 오차를 결정할 수 있습니다. 다음은 공정에서 사용되는 다양한 밀링 공구 목록입니다:

1.엔드밀
평엔드밀: 직선 경로를 절삭하고 넓은 구리 영역을 제거하는 데 사용됩니다.
볼 엔드밀: 복잡한 표면의 윤곽 가공 및 성형에 이상적입니다.

2.V-비트 인그레이버
미세한 디테일 작업과 복잡한 구리 트레이스 패턴을 만드는 데 사용됩니다. 작고 정밀한 절삭에는 효과적이지만 넓은 면적의 구리 제거에는 상대적으로 효율성이 떨어질 수 있습니다.

3.드릴 비트
PCB 층간 연결을 위한 관통홀(through-hole) 패드와 비아를 가공하는 데 사용됩니다.

4.조각용 비트
라벨 마킹, 부품 윤곽선 또는 트레이스 간의 초미세 절연 경로를 만들기 위해 얕은 홈을 가공합니다. 공간이 제한된 기판에서는 필수적인 공구입니다.

5.슬롯 커터
부품 장착을 위한 슬롯 가공이나 PCB 외형 절단에 사용되며, 특히 불규칙한 형상의 기판 제작에 유용합니다.

6.PCB 라우터
모든 회로 패턴과 드릴 가공이 완료된 후, 대형 패널에서 개별 PCB를 분리하는 최종 외형 가공에 사용됩니다.

밀링을 위한 하드웨어 설정:

PCB 밀링 시스템은 비아 삽입과 스루홀 도금을 제외한 프로토타입 기판 제작에 필요한 모든 작업을 수행할 수 있는 단일 장비입니다. 다음은 전체 세부사항입니다:

기계 시스템:

PCB 밀링 머신의 메커니즘은 비교적 단순하며 CNC 밀링 기술에 기반을 두고 있습니다. CNC 밀링 머신은 3차원 프레임, 여러 모터, 척 볼트 및 제어 메커니즘으로 구성됩니다. 스핀들에는 메인 드릴 비트 모터가 장착되어 있습니다. 밀링 시스템에 따라 30,000 RPM에서 100,000 RPM까지의 회전 속도를 지원합니다. X-Y-Z 위치 제어에는 높은 정밀도를 제공하는 스테퍼 모터가 주로 사용됩니다. 제어 메커니즘은 마이크로컨트롤러 유닛, 사용자 인터페이스 및 속도 제어 드라이버로 구성됩니다. 위치 정보와 기계 제어 명령은 시리얼 포트 또는 패러럴 포트 연결을 통해 제어 소프트웨어에서 장비의 마이크로컨트롤러로 전송됩니다. 다음은 X-Y-Z 위치 제어에 대한 세부 사항입니다.

X축과 Y축 제어:

대부분의 PCB 밀링 머신의 X축과 Y축 구동 시스템은 정밀 리드 스크류를 구동하는 스테퍼 모터를 사용합니다. 리드 스크류는 CNC 플로터의 베이스가 장착되는 대형 나사입니다. 구리 기판이 베이스에 고정되고, X-Y 모터가 소프트웨어 설정에 따라 베이스를 이동시킵니다. 이 과정에서 스핀들 모터의 위치는 고정됩니다. PCB 가공 속도는 X-Y-Z 제어와 스핀들 속도에 의해 결정됩니다.

Z축 제어:
첫 번째이자 가장 기본적이고 일반적인 방식은 스프링을 압박하는 단순한 솔레노이드 방식입니다. 솔레노이드가 통전되면 밀링 헤드를 아래쪽으로 밀어 스프링 스톱에 의해 하향 이동이 제한됩니다.

CNC PCB 밀링 소프트웨어:

PCB CNC 밀링에는 PCB 레이아웃 설계, G코드 생성, CNC 제어와 같은 작업을 수행하기 위한 다양한 전문 소프트웨어가 있습니다. 각 단계별 소프트웨어 유형은 다음과 같습니다:

1. PCB 레이아웃 설계 소프트웨어:
   트레이스, 패드 및 레이아웃 상세 설계를 포함한 실제 PCB 설계 작업용 소프트웨어입니다. KiCad, Eagle, EasyEDA와 같은 무료 온라인 솔루션들이 있습니다.
2. CAM(컴퓨터 지원 제조) 소프트웨어:
   PCB 설계 파일(일반적으로 거버 파일)을 CNC 장비용 G코드로 변환합니다. FlatCAM, CopperCAM, Autodesk Fusion 360 등의 솔루션이 있습니다.
3. G코드 전송/CNC 제어 소프트웨어:
   CNC 장비로 G코드를 전송하고 실제 밀링 작업을 제어합니다. GRBL Controller와 Universal Gcode Sender(UGS) 등이 대표적입니다.

PCB 밀링의 장점

PCB 밀링은 프로토타입 제작과 특수 PCB 설계에 있어 여러 장점을 제공하며, 가장 큰 특징은 PCB 제작 과정에서 화학물질을 사용하지 않는다는 점입니다.

CNC 장비를 이용한 프로토타이핑은 습식 공정 없이도 신속한 기판 제작이 가능합니다. 프로토타입 제작 시 외부 업체 의뢰는 시간이 많이 소요되는데, 이에 대한 대안으로 사내 제작이 가능합니다. 다만 습식 공정을 사용할 경우 화학물질 취급과 폐기물 처리 문제가 발생하게 됩니다.

PCB 밀링의 응용:

이 장비는 구리 패널 가공뿐만 아니라 절단, 밀링 슬롯, V-스코어링, 패널 분리 및 방열 공동 가공 등을 통해 완성된 PCB를 제작할 수 있습니다. 단일 장비로 드릴링, 밀링, 절단 등 전체 공정을 수행할 수 있습니다. PCB 밀링 장비는 프로토타입 설계를 신속하게 검증할 수 있는 효과적인 솔루션입니다. 이를 통해 적절한 프로토타이핑과 시험을 거친 후 제조업체를 통해 전문적인 PCB 생산이 가능합니다.

• 컷아웃
• 밀링 슬롯
• V-스코어링
• 패널 분리
• 방열 공동 가공

밀링 VS 식각:

밀링: CNC 장비가 초소형 잭해머처럼 기판의 구리를 물리적으로 제거합니다. 자동화된 기계 가공을 선호하는 사용자에게 적합한 방식입니다. 넓은 회로 패턴에는 적합하나 초미세 패턴 구현에는 한계가 있을 수 있습니다. 발생하는 구리 분진은 화학 공정에 비해 처리가 용이합니다. 특히 단품 제작 시 신속한 처리가 가능하여, 긴급한 프로토타입 제작에 적합합니다.

식각: 화학 용액으로 불필요한 구리를 제거하는 방식입니다. 화학물질 취급에 거부감이 없다면 간단한 화학 공정에 불과합니다. 정밀 작업과 복잡한 디자인 구현에 적합합니다. 유해 화학물질 사용으로 안전성이 낮습니다. 초기 설정에 시간이 소요되나, 시간적 여유가 있다면 대량 생산에 효율적입니다.

결론:

PCB 밀링은 화학물질 사용이나 외주 대기 시간 없이 고품질 프로토타입 기판을 사내에서 제작할 수 있는 간단하고 효율적인 방법입니다. 밀링은 설계 과정에 대한 완전한 제어가 가능하며, 엔지니어가 대량 생산 전에 호환성을 검증하고 레이아웃을 최적화할 수 있게 합니다. 이는 특히 신속한 프로토타이핑, 즉각적인 설계 수정, 실시간 검증이 필요한 양산 준비 단계에서 매우 유용합니다.

설계 검증과 프로토타입 시험이 완료되면 대량 생산을 위한 전문 제조를 고려할 시점입니다. JLCPCB는 소량 생산부터 대량 양산까지 고객의 최종 설계를 실현할 수 있는 고정밀 PCB 제조 서비스를 제공합니다. JLCPCB의 품질 보증 시스템과 산업용 제조 기술을 통해 고객의 설계 사양과 성능 요구사항을 충족하는 정밀한 제품 생산이 가능합니다.