怎样用CNC铣床制作专业双面PCB

第1步：零件和零件工具

工具

CNC铣床：

3.175 mm夹头（如ER11夹头）

Z探头

钉枪（用于制作过孔）

锤子（用于击打钉子）

砂纸（细网格）

紫外线

便宜CNC完全有能力胜任这项工作。中国单位约150-300美元。

零件

PCB毛坯/铜包板

PCB铣刀： 0.2 mm，30°尖端

PCB钻头：1 mm和1.5 mm

PCB铣刀：2 mm和3 mm

PCB铆钉：0.9 mm和1.3 mm外径

PCB UV固化阻焊膜（绿色）

修正液（tipp-ex）

3 mm定位销

PCB和铝合金针座

液态锡/化学锡溶液（可选）

所有零件都可以在aliexpress或ebay上找到，价格如上。化学锡溶液可能更难找到并且可能非常昂贵（瓶子大约50美元），但是完全可选。
PCB支架和定位销支架用于将PCB安装在CNC床上。您可以从zip文件或原始设计器打印它们，每个文件需要2份。

第2步：软件

除了CNC铣床和一些工具外，我们还需要3个程序来制作我们自己的PCB

PCB设计软件来设计PCB

Flatcam to生成CNC铣床的代码

蜡烛控制CNC铣刀

PCB设计软件

你可以使用您想要的任何PCB设计软件。流行的选择包括：Altium设计师，Circuitmaker，Eagle，Kicad，......我将假设您知道如何设计PCB并导出Gerber文件。如果您不知道这些是什么，为PCB创建gerber文件就像为文本文件生成PDF。它是保存PCB规格的标准格式。你可以在网上找到很多教程。

Flatcam

Flatcam不太常见，但非常易于使用。我将详细解释每一步，并指导您完成整个过程。如有疑问，请查看优秀的Flatcam手册。
Flatcam将采用我们的gerber文件并通过一种称为隔离路由的技术将其转换为机器运动（gcode）。 要铣削PCB轨道，我们必须铣削轨道的轮廓以将其与周围的铜隔离，因此得名。
Flatcam有4个标签（见图片）：

项目：概述您打开或创建的文件

已选择：用于生成新文件

选项：用于存储默认设置

工具：用于双面PCB

我们首先用 File> Open Gerber 打开一个gerber文件，它将显示在项目选项卡下。现在有3个步骤将这个gerber转换为gcode：

生成隔离工具路径

单击项目选项卡中的gerber文件将其选中，然后单击选定选项卡

在这里，我们可以输入我们将使用的工具的设置，然后单击生成几何

返回项目选项卡我们在扩展程序

生成几何

中单击项目选项卡选择它并单击选定选项卡

现在我们输入切割深度和速度，然后单击生成

返回项目选项卡

导出gcode

单击项目选项卡中的cnc文件以选择它，然后单击选定选项卡

单击导出gcode 和使用.nc文件扩展名保存文件

必须为PCB的每一层重复这个简单的过程。具体设置将在后续步骤中介绍，并将在公制单位中提及。进给速率取决于您的实际机器。供参考：我的CNC主轴有300W。

Candle

蜡烛用于控制CNC机床;另一个受欢迎的选择是Chilipepr。任何软件都可以使用，只要它可以选择制作高度图（稍后会详细介绍）。
如果您拥有CNC机床，您将熟悉大多数选项以及如何控制机床。我将详细介绍我们需要的PCB特定选项。

让我们开始铣削！

步骤3：钻取对齐孔

在开始铣削双方中的任何一方之前，我们必须确保我们能够翻转它顶边已被碾磨。为此，我们将创建对齐孔，以便在翻转板时不会丢失定位。如果您只需要单面PCB，则可以跳过此步骤。

Flatcam设置

我们将使用Flatcam的双面PCB工具来实现生成对齐孔。我更喜欢在PCB的远端钻两个孔，距边缘约5毫米。由于我的PCB长150毫米，我将它们放在坐标（5,0）和（145,0）处。孔的直径为3 mm。

转到工具>双面PCB工具

添加孔的位置：

点/方框：（0,0）

对齐孔：（5,0），（145,0）

Dril diam：3

单击创建对齐钻取

返回项目选项卡：名为的文件已经创建了对齐钻

这创建了两种对齐孔的gerber文件。我们现在可以按照上一步中描述的步骤将其转换为gcode！

选择文件并转到 Selected选项卡：

工具：3mm铣刀

设置：CNC作业

剪切Z：-2

旅行Z：1

进料速度：25

最后，导出生成的文件。现在是时候将gcode带入Candle并铣削对准孔。

铣削

首先，将PCB放在PCB支架上，安装到CNC床。另外还要添加两个定位销支架，但现在将它们放在PCB的侧面。打开gcode文件并在CNC中安装3mm铣刀。

接下来，将原点垂直居中，距离PCB的左边缘5 mm（见图）。启动程序以铣削对齐孔。

将两个3毫米定位销放入我们钻孔并穿过定位销支架，如图所示。 PCB现已牢固安装，未来可以翻转！ 从现在开始，永远不要改变原位！

第4步：铣削大纲

我们现在可以开始创建我们的实际PCB 。在铣削任何迹线之前，我们将绘制电路板轮廓并创建PCB的高度图。

铣削电路板轮廓

加载电路板将 gerber文件概述到Flatcam并像往常一样转到 Selected选项卡。
在Board cutout下，输入下面提到的设置。我们将在8个浅通道中进行磨削。

Gerber文件：董事会大纲

工具：2 mm轧机

设置：电路板剪裁

工具直径：2.0

保证金：1.0

间隙尺寸：0.15

差距：4

设置：CNC工作

切Z：-2

行程Z：1

进给速度：200

工具直径：2

多重深度：是

深度/通过：0.25

生成gcode后，在CNC中安装2 mm铣刀并启动程序！
PCB将由4个标签固定，对于即将到来的操作非常坚固。

创建高度图

在铣削PCB时获得良好效果的关键一步是创建高度图。要有一个漂亮的PCB，切割深度应该在整个电路板上完全均匀。铜包层永远不会完全平整，因此磨机在某些地方会变得太深而在其他地方则不够深。

我们可以通过在多个位置探测PCB的高度并相应地调整铣削深度来避免这种情况，这样每个地方的切削深度都是相同的。我们使用Z探针创建这个高度图：通过将鳄鱼夹连接到铣削钻头和夹子到PCB，CNC可以检测两者何时接触（因为它们完成了一个电路）。此功能在Candle中实现：

打开 Heightmap 下拉菜单，然后单击编辑模式。这将打开高度图设置。

单击自动以定义探测网格。

确保您的Z探针已正确连接，然后单击探针。

创建高度图后，再次单击编辑模式退出菜单

选择使用高度图。

我们现在准备磨碎实际的痕迹，让我们走吧！

第5步：铣削顶部

现在可以铣削顶层。我们将分四步完成：首先铣削铜迹线，然后涂上焊接掩模并固化，然后研磨焊盘，最后加入丝网。

铜层

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首先，我们使用隔离布线铣削铜层。使用以下设置生成gcode文件与以前相同。使用Z型探头设置零Z高度，并确保在铣削时使用高度图以获得良好的结果。

Gerber文件：顶层

工具：0.2 mm 30° tip PCB mill

设置：隔离布线

工具直径：0.3

宽度： 2

通过重叠：0.3

结合通行证：是

设置：CNC工作

切割Z：-0.12

行程Z：1

进料速度：50

工具直径：0.3

多深度：否

应用阻焊层

铜磨完后，我们使用紫外线固化阻焊膜。用一个均匀层的刮刀将其涂在PCB上，但不要施加太大的压力。另外，将PCB留在原位，否则高度图将无用！这是下一步的关键！一旦涂上，用紫外线固化焊接掩模，直到它很硬。

铣削焊盘

整个PCB现在都用阻焊膜覆盖，所以我们必须再次释放垫子。我们可以通过铣削深度为零来实现这一点。这是高度图显示强度的地方：它允许磨掉焊接掩模，但留下底层的铜！由于我们需要铣削焊盘内部而不是轮廓，我们输入负刀具直径。

Gerber文件：顶部焊料

工具：0.2 mm 30°尖端PCB铣刀

设置：隔离路由

工具直径：-0.3（无拼写错误！）

宽度：4

通过重叠：0.3

结合通行证：是

设置：CNC工作

切割Z：0

行程Z：0.5

进给速度：500

工具直径：0.3

多深度：否

制作丝网

前面的完成，让它看起来像一个合适的PCB，我们还需要一件事：丝网印刷。在专业工艺中，文本印在焊接掩模的顶部，但这很难再现。我发现的技巧是像上一步一样在焊接掩模中铣削文本，而不是将其打印在顶部。然后涂上修正液并打磨顶部，将丝网嵌入焊接掩模中！

Gerber文件：顶部叠加

工具：0.2 mm 30°尖端PCB铣刀

设置：隔离路由

工具直径：-0.4（无拼写！）

宽度：1

传递重叠0.3

组合传球：是

设置：CNC作业

切割Z：0.03

行程Z：0.5

进给速率：200

工具直径：0.3

多深度：否

正面已经完成，我们可以继续前进到背面。当PCB完全切断时，我将打磨留到最后。

第6步：铣削底部

铣削底部是 - 当然 - 非常类似于顶部。然而，还有一个额外的步骤：我们需要在生成gcode之前翻转PCB并镜像gerber文件。

镜像gerbers

首先，加载你的gerber文件为底部。为了镜像gerbers，我们必须再次使用双面PCB工具。通过下拉菜单选择图层，然后按镜像对象。 对以下图层执行此操作：

底层

底部焊料

底部覆盖

钻孔（nc）钻孔文件）

董事会大纲

生成gcode的过程现在与顶层相同。

翻转电路板

翻转电路板就像听起来一样简单：松开PCB夹子，但将定位销留在原位。翻转电路板并将其重新固定在夹具中。现在可以像以前一样创建新的高度图。

步骤7：钻孔和钻孔安装Vias

磨机的最后一步是钻孔。我们将钻两种尺寸的孔：通孔为1 mm，镀通孔为1.5 mm。这是铣削蚀刻PCB的主要优点之一，因为蚀刻需要手动钻孔。

钻取

要打开钻取文件，请选择打开Excellon 而不是打开Gerber 并选择正确的直径在选定标签中。其他步骤完全相同。

Excellon文件：孔

工具：1 mm和1.5 mm钻孔

设置：CNC工作

剪切Z：-2.5

旅行：1

进给速度：25

这是最后一步，我们现在可以将PCB从CNC中取出。并切断将其固定到位的标签。轻薄的砂纸和精细的网格砂纸展示了我们美丽的丝网印刷。

过孔和通孔电镀

我们的PCB的精加工步骤是安装过孔和通孔电镀。您可以以不同尺寸在线购买这些过孔。

对于过孔，使用0.9 mm尺寸的过孔并将它们插入1 mm孔中。使用钉子驱动器锤击另一侧，并在顶层和底层之间形成牢固的连接。

电镀通孔使用1.5 mm孔中的1.3 mm变体。由于孔需要保持打开，请使用工具压接它们，如图所示。

镀锡

作为可选的最后一步，PCB可以镀锡。这使得焊接部件更容易焊接并防止它们腐蚀。我们使用一种称为液体/化学锡的解决方案来实现这一点，该解决方案基本上是溶解锡，可以与任何暴露于其中的铜结合。处理这些东西时戴上手套！

只需将液态锡/化学锡溶液倒入容积足够大的容器中，然后浸入PCB。让它静置约2分钟，取出板子（戴上手套！）。在水下冲洗，你会看到闪亮的镀锡垫和通孔！

第8步：最后的注释

我们现在有一个双面PCB，带有阻焊层，过孔，通孔电镀和丝网印刷，可随时组装。如果你想知道我们在铣削什么，它是一个基于红外线的LED条带驱动器。

蚀刻PCB的比较

最后请注意，让我们解决房间里的大象：蚀刻PCB怎么样？
我有之前我曾尝试过蚀刻，而且我个人并不喜欢使用和储存化学品。另一方面，您不需要CNC铣床，这可能是某些人的障碍。铣削的一个显着优点是切削和钻孔不是手动过程，因此具有更好的对准。

就时间而言，我已经尝试了两者，所花费的时间或多或少相等。一方面，您必须生成gcode，而蚀刻需要转移（或类似）gerber的墨粉。在铣削需要时间的同时，蚀刻也是如此。虽然较大的印刷品蚀刻速度更快，但您也不必站在CNC旁边。

最终归结为个人偏好;以您想要的方式制作PCB并感觉舒适！ :)

结论

如果迫切需要专业的双面PCB制作自己的产品仍然是可行的方法。有了这个讲究和CNC工厂，您现在应该能够做到这一点！它并不意味着与商用PCB竞争，但如果不等待制造和运输，它可以为您节省成本。