XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Общие сведения

Изготовление печатных плат обычно связано с большим количеством операций, которые содержат в себе химические процессы. Эти операции характеризуются большими затратами времени и опасностью для здоровья.

Однако, если мы, например, хотим получить лишь опытный образец платы, то применять традиционные методы изготовления не рентабельно. Поэтому используют метод фрезерования или, как его еще называют «механический метод». Рассмотрим подробнее, что необходимо для его реализации и в чем он заключается. Основное преимущество механического метода − высокая оперативность и простота реализации. Механическое изготовление плат происходит полностью на одном станке и включает следующие этапы [1]:

• Подготовка управляющего файла для станка с ЧПУ;

• Автоматическая сверловка заготовки;

• Фрезерование изолирующих каналов;

• Металлизация переходных отверстий (возможны различные способы).

Изготовления печатных платфрезерованием

1. Компьютерная обработка

Топология преобразуется в файлы фрезерования и сверления с помощью программ Circuit САМ, Instant САМ, САМ 350 и др.

2. Механическая обработка

Сверление отверстий. Проводится на современных малогабаритных установках автоматизированного координатного сверления и фрезерования. Формат файлов сверления Excellon, Sieb & Meyer и др.

Фрезерование (Гравирование фольгированного текстолита). В настоящее время фрезерование обычно производится на той же установке, что и сверление. Для ускорения процесса проводится не удаление всех пробельных участков, а всего лишь оконтуривание проводников, выделение их из слоя фольги (рис.1). Фрезерование обычно ведется коническими фрезами (рис.2) с углом при вершине 60 или 30 градусов (в ряде случаев – менее 18 градусов). Для получения стабильной ширины контурной канавки необходимо строго контролировать глубину врезания фрезы в заготовку. Неплоскостность стеклотекстолита, неравномерный прижим заготовки к рабочему столу могут привести к разбросу ширины реза. Именно поэтому ряд фирм применяют специальные прижимные головки.

а б

Рис.1. Вид печатной платы, полученной химическим методом (а)

и методом простейшего оконтуривания (б):

Рис.2. Схема сверления и удаления фольги

с печатной платы концевой фрезой

Формат файлов фрезерования HPGL, Excellon, G – кодировка и др. Помимо простого фрезерования контура проводников могут также применяться различные варианты дополнительной обработки, преимущественно для облегчения последующей пайки.

Создание электрических межслойных соединений

Помимо электрохимической металлизации, которая производится перед фрезерованием, применяется ряд альтернативных методов (рис.3): пустотелые заклепки, впрыскивание проводящей пасты, перемычки (а), пистоны (б), переходные втулки (в)

а б в

Рис.3. Способы создания межслойных соединений

Оборудование

В настоящее время в России и за рубежом выпускается широкая гамма компактных станков для фрезеровки и сверления отверстий в печатных платах (рис.4 – рис.7). В таблице приведены сравнительные характеристики некоторых станков [2-6].

Рис. 4. Обрабатывающий центр фирмы BUNGARD CCD

Рис.5. Фрезерно-сверлильный станок LPKF ProtoMat S62

Рис.6. Сверлильно-фрезерный станок Walter Lemmen

CCD

Рис.7. Сверлильно-фрезерный станок

Zippy robotics

Таблица

Сравнительные характеристики станков с ЧПУ для изготовления печатных плат без химических процессов

Марка Свойства	Bungard CCD [1]	ProtoMat S62 [5]	Walter Lemmen CCD [4]	Zippy robotics [6]
Площадь рабочей зоны (X – Y), мм	120 x 80	229 x 305	300 x 305	160 х 100
Габариты рабочего стола, мм	325 х 425	650 x 510	1200 x 800	350 х 400
Дискретность перемещения инструмента по Х, У, Z оси, мм на ось	0,0254	0,025	0,0254	0,0254
Точность положения (позиционирования), мкм на ось	± 1	± 0,25	± 25	± 4
Диапазон скоростей шпинделя, об/мин	60000	62000	60 000	50 000
Наибольшая скорость резания, м/мин	5	9	5	3,8
Привод	Шаговые двигатели, приводной зубчатый ремень, армированный кевларом	3-фазные шаговые двигатели	Шаговые двигатели	Шаговый двигатель
Высокочастотный шпиндель-двигатель мощностью, Вт	125	125	125	125
Потребляемая мощность	230 В, 50 Гц, 250 ВА	120/240 в, 50-60 Гц / 200 ВА	230 В	100-240 В
Вес, кг	30	55	50	13,6

Заключение

В настоящее время в продаже имеется широкая номенклатура станков для сверления отверстий и фрезеровки печатных плат, удовлетворяющих интересы отдельных радиолюбителей и малые научно-производственные фирмы. Наличие комплектующих и программных продуктов позволяет изготовить такие станки самостоятельно.

Достоинства:

Не надо покупать никакие материалы для травления - более дешевый способ;

Можно применять не только на производстве, но и дома, в лаборатории НИИ, малых предприятиях. Процесс получения готовой печатной платы не занимает много времени;

Недостатки:

Применим только для штучного изготовления и выпуска небольших партий плат.

Непригоден для изготовления печатных плат высоких классов точности.

Литература

Конструирование и технология электронных устройств приборов.

печатные платы: учебное пособие / А.Н. Гормаков, Н.А. Воронина;

Томский политехнический университет. Томск: Изд-во Томского политехнического

университета, 2008. – 151с.

http://www.pyroelectro.com/projects/led_heart_pwm_fading/hardware.html

https://www.drive2.com/c/288230376151855855/

http://www.rts-engineering.ru/Plat/plObor/plOborWL_19.html

https://lpkfusa.com/datasheets/prototyping/s62.pdf

https://www.zippyrobotics.com/

Код для цитирования: Скопировать