PCB铣削提示

作者: Digi-Key 工程师 Kaleb Kohlhase

大家是否厌倦了插孔面包板或无焊面包板上布满杂乱的电线?有人想试一试更小更专业的设计吗?本帖将重点介绍PCB铣削的一般技巧。我在项目中使用的是Bantam桌面铣床,因此我在本贴中将引用其硬件和软件。作为参考,该铣床的Digi-Key零件编号为1932-1000-ND(厂商零件编号为OM1002)。该设备随附几种可选工具和一些供初学者使用的开发板,以及充分的故障排除支持。

由于我是PCB铣削的新手,所以我决定制作一个简单的Audio Visualizer,与Arduino搭配使用。我在尝试铣削电路板时发生了一些意外情况,因此总结了以下建议,供大家参考。

  1. 一般来说,要避免将使用实心铜线的单线连接到焊盘上,或尽量避免将电线直接焊接到 PCB 上。

    即使在技术上可以将电线直接焊接到焊盘上,但我建议不要这样做。焊盘本来就很小,因此焊接无法将电线与铜板表面牢固地粘结起来,从而经常导致电线太容易拔出。实际上,使用绞合铜线进行此类焊接会好一些,但我仍然建议使用线对板接头或板对板接头进行焊接,这样操作起来更容易。

  2. 如果可能,尽量使用较大的焊盘,并用较宽的布线。

    据我观察,使用连接到窄走线的小型焊盘容易出现问题。我使用的电路板上有1盎司厚的铜层,而我使用了小型焊盘并连接了窄走线,因此当我刮坏铜层或烙铁接触时间过长时,铜层就会破裂。如果过热或者在焊接时刮坏铜层,窄走线就会断裂,进而导致断路。如果焊接头的尺寸有限(有些可能没有小型焊接头),那么小型焊盘和窄布线可能确实会难以焊接。

  3. 了解每个零件的设计,并提前分析焊盘的可焊性。

    据我观察,某些零件因其设计原因而难以焊接。公排针更容易自上而下焊接,而不是自下而上;如果从底部焊接,可能会导致错位。有些零件的引脚外包裹了某种塑料外壳,如果这些是通孔零件的话,则更容易从底部进行焊接。如需连接从顶部焊接的物料,则可能需要为布线添加通孔。如果物品为表面贴装,且无法使用标准烙铁在焊盘上进行焊接,则必须使用焊膏和回流焊盘。如果需要焊接多个面,则可能需要多个接地平面基准。

  4. 通过在布局中重定向零件来尽量使用单面电路板。

    如果所有物品都集中在一边,那操作起来会更容易,而且从长远来看,电路板的成本会更低。

  5. 使用合适的钻头以缩短铣削时间。

    有几次我使用了错误的工具,导致铣削时间加长。甚至有一次,我在适合较大钻头的切削层上使用了错误尺寸的钻头,因而导致钻头损坏。使用KiCad的默认布线间距——0.005英寸的PCB铣刀钻头正好适合用于布线。较大尺寸的通孔正好使用1/32钻头,而较小的通孔则需要使用1/64钻头。边界层(又称外边界)使用1/16钻头较为合适,既不会浪费太多材料,也可以缩短铣削时间。举例而言,Bantam铣削软件会告诉你,某一钻头是否适用于你选择的切削层。如果适用,就不会出现红色标记。在点击开始铣削之前,请注意上面显示的预计时间。尽量一次操作一个切削层(通孔、边界和布线)。

  6. 购买 PCB 探测工具,并始终探测电路板高度。

    用卡尺测量电路板或不参考规格书有时会导致铣削结果出错。我建议使用PCB探测工具:Digi-Key零件编号1932-1004-ND,厂商零件编号UP1007。使用钻头装卸器菜单,并在切割前按照提示探测电路板厚度。切割前将探测工具移出。这些工具仅适用于Bantam铣床,因此请确保你使用的工具适合于你的应用。

  7. 借助电路板导轨及双面胶带将电路板完全固定到位。

    电路板导轨(支架)是一种很方便的工具,可以帮助机器定位需要切割的位置。在铣削过程中,可使用倒置的大型切削工具来定位工具,然后点击“定位”。如果没有用胶带将电路板完全固定在切割盘上,那么当开始切割时,钻头会使电路板来回移动。在用胶带粘上新的电路板之前,请确保废板上没有碎片。此定位功能对于不同的铣床来说可能有所不同。

  8. 切割前反复测量以确保准确。

    在铣削之前,要确保焊盘尺寸和电路板布局尺寸绝对准确。我在第一次尝试为Arduino Uno做护罩时测量错误,最终左侧尺寸缺少了约2.44mm,导致整个这一侧缺少针孔。尽管进行铣削以及使用的电路板是免费的,切割新的电路板的成本也相对较低,但在这种情况下,重新铣削专业电路板的成本就要高得多。

  9. 在切割前检查钻头。

    切割电路板前要确保钻头的外观没有损坏或磨损。损坏或磨损钻头的钻孔深度可能会深于预期位置,甚至破坏钻孔周围的结构,从而导致整个电路板都要重新切割。

  10. 需遵守切割电路板的流程和一般的步骤顺序。
    A. 固定电路板
    B. 连接支架并“定位”
    C. 选择使用自定义尺寸电路板还是标准的单/双面电路板
    D. 加载完整的计划:前侧、后侧、边界以及钻孔
    E. 装入贴有双面胶带的铜板
    F. 更换合适的铣削工具(先选择一侧的布线),并固定其位置,确保工具能碰到废板底部,而不是铜板或被切割的物品
    G. 使用“钻头装卸器”菜单探测电路板高度
    H. 开始铣削布线并在需要时更换钻头(如果某一钻头不适用,铣床软件会显示提示)
    I. 用推荐的钻头铣削通孔(如果适用)
    J. 最后用较大的工具铣削边界层(边界)

    切割双面电路板也可遵循上述步骤,但是建议在一面上铣削布线,然后在另一面上铣削布线、通孔和边界。如果钻头不能完全穿过电路板进行钻孔,可将电路板翻过来再次切割,但用工具切割时使用的相同钻头戳出其余部分会更容易,因为无论如何,它都能把剩下的部分钻出来。以上过程仅特定于我使用Bantam桌面铣床的经验。

  11. 确保废板和装入的铜板都是干净的。

    如果废板或铜板不干净且上面有材料,则可能会影响测量的高度,从而导致铣削时出错。每次使用后都要用真空吸尘器清洁机器。

  12. Bantam 软件无法处理线槽切割的操作码。

    我发现,在将.drl文件加载到Bantam铣削软件中时,使用KiCad的椭圆通孔会导致错误——机器会停止切割电路板,并在屏幕上显示错误信息。执行此类切割时,你可以在相同的轴上使用相同的钻头重叠切割,重叠的通孔直径需比此类切割通孔的直径略大一半。

重要提示!

补充一点,槽孔在一些EDA套件中是可行的!只需将槽孔移动到轮廓层,然后沿着电路板的轮廓切割即可。另外,重叠孔技巧在必要时确实很有效。

据我所知,这个问题并不是由EDA引起,而是我在使用Bantam软件时遇到的软件错误。KiCad可以制作椭圆形通孔,但是桌面工具显示存在错误的G代码或操作码,并且在切割过程中会导致错误,甚至停止切割电路板。除非你的意思是,借助某种复杂的过程使机器认为这是个轮廓切割工序,那这就是比较巧妙的G代码问题了。

英文原文链接:PCB Milling Tips