Кіріспе
Баспалы схема тақтасын фрезерлеу процесі
Баспалы схема тақтасын фрезерлеу (сонымен қатар: оқшаулау фрезерлеуі) – бұл баспалы схема тақтасы (PCB) материалынан мыс аймақтарын алып тастау арқылы жаңғыртылатын, пластиналар, сигналдық іздер және цифрлық схема тақтасы жоспарындағы (дизайн файлы) үлгілерге сәйкес құрылымдарды жасауға қолданылатын фрезерлеу процесі. Көбінесе танымал химиялық ПХБ кесу процесіне ұқсас, ПХБ фрезерлеу процесі де материалды алып тастау арқылы жұмыс істейді: қажетті электр оқшаулау және жер жазықтықтарын жасау үшін материал алынып тасталады. Дегенмен, химиялық кесу процесінен айырмашылығы, ПХБ фрезерлеу әдетте химиялық емес процесс болып табылады, сондықтан оны қауіпті химиялық заттарға ұшырамастан, кеңсе немесе зертхана жағдайында орындауға болады. Екі процесс те жоғары сапалы схема тақталарын жасауға мүмкіндік береді. ПХБ фрезерлеуде схема тақтасының сапасы жүйенің нақты немесе салмақталған фрезерлеу дәлдігімен және бақылауымен, сондай-ақ фрезерлеу биттерінің жағдайымен (өткірлігі, кернеуі) және олардың тиісті жылдамдықтарымен анықталады. Ал химиялық кесу процесінде схема тақтасының сапасы мысты химиялық заттардан қорғау үшін қолданылатын масканың дәлдігіне және/немесе сапасына, сондай-ақ кесу химиялық заттарының жай-күйіне байланысты.
Артықшылықтар
PCB-ді ұнтақтау прототиптеу және кейбір арнайы PCB дизайндары үшін де пайдалы. Ең басты артықшылығы – ПХБ жасау үшін химиялық заттар қолдану қажеттілігінің жойылғандығы. Прототип жасау кезінде, тақтаны сыртқа тапсыру көп уақыт алады. Соған альтернатива ретінде, ПХБ-ны өз күшіңізбен жасауға болады. Ылғалды процесті пайдаланып, өз күшіңізбен өндіріс жүргізу химиялық заттарды және оларды кәдеге шығару мәселелерін тудырады. Ылғалды процесс арқылы жоғары сапалы тақталарды жасау қиын, және жасалғаннан кейін де оларды бұрғылау және негізгі материалдан кесіп алу қажет. CNC машинасының прототиптеуі ылғалды өңдеуді қажет етпей, жылдам тақта өндірісін қамтамасыз етеді. Егер CNC машинасы бұрғылау үшін қолданылса, онда осы бір машина процестің екі бөлігін де – бұрғылау мен ұнтақтауды да орындай алады. CNC машинасы бұрғылау, ұнтақтау және кесу процестері үшін қолданылады. Көптеген қарапайым тақталарды ұнтақтау арқылы жасау, оларды зертханада ылғалды әдіспен өңдеу және кейіннен қолмен бұрғылау өте қиын, мұндай жағдайда CNC ұнтақтау машиналарынан әлдеқайда қымбат тұратын жоғары деңгейдегі жүйелерді қолдану қажет. Көптеген өндірістерде ұнтақтау әдетте ылғалды әдісті толығымен алмастырмайды, бірақ CNC машиналарын тақтайларды бұрғылау үшін қолдану қалыпты жағдай.
Жабдық
ПХБ-ны фрезерлеу жүйесі – прототиптік тақтаны жасау үшін қажетті барлық операцияларды орындай алатын бір машина, бірақ тиісті тесіктерді (vias) орнату және металданудан басқа. Мұндай машиналардың көпшілігіне жұмыс істеу үшін стандартты айныма тоқ розеткасы және шеберханадағы шаңсорғыш қана қажет.
Бағдарламалық жасақтама
ПХБ-ны фрезерлеуге арналған бағдарламалық жасақтама көбінесе CNC машинасының өндірушісімен бірге келеді. Бағдарламалық пакеттердің көпшілігін екі негізгі санатқа бөлуге болады: растрлық және векторлық. Растрлық есептеу әдісін пайдаланатын бағдарламалық жасақтама, алатын растрлық ақпаратқа байланысты болғандықтан, векторлық бағдарламалық жасақтамаға қарағанда өңдеудің төменірек ажыратымдылығына ие болады.
Механикалық жүйе
ПХБ-ны фрезерлеу машинасының механикасы салыстырмалы түрде қарапайым және CNC фрезерлеу технологиясымен тығыз байланысты. ПХБ-ны фрезерлеу жүйесі – бұл кішкентай және жоғары дәлдікті NC фрезерлеу үстеліне ұқсас. Машинаны басқару үшін, орналасу туралы ақпарат және машинаны басқару командалары басқару бағдарламалық жасақтамасынан тізбектік порт немесе параллель порт арқылы фрезерлеу машинасының бортындағы контроллеріне жіберіледі. Контроллер, өз кезегінде, фрезерлеу басын және порталды жылжытатын және шпиндельдің жылдамдығын басқаратын әртүрлі орналасу компоненттерін басқару және бақылау үшін жауапты. Шпиндельдің жылдамдығы фрезерлеу жүйесіне байланысты 30,000 RPM-ден 100,000 RPM-ге дейін өзгеруі мүмкін, жоғары шпиндель жылдамдығы жақсырақ дәлдікпен байланысты, түйіндей айтқанда, құралдың диаметрі неғұрлым кішкентай болса, соғұрлым жоғары айналымдар қажет. Әдетте, бұл жетек жүйесі X/Y осьтері үшін бақыланбайтын қадамдық моторлардан, Z осьтері үшін қосылып-өшірілетін бақыланбайтын электромагниттен, пневматикалық поршеньнен немесе жетектік бұрандадан және шпиндельдің жылдамдығын басқару схемасынан тұрады, олардың ешқайсысы орналасу туралы кері байланыс бермейді. Көбірек жетілдірілген жүйелер фрезерлеу және бұрғылау кезінде жақсырақ бақылау үшін бақыланатын қадамдық моторлы Z осьті жетегін, сондай-ақ жылдамдықтардың кең ауқымын жақсырақ басқаруды қамтамасыз ететін жетілдірілген RF шпиндельді моторды басқару схемаларын ұсынады.
X және Y осьтерін басқару
X және Y осьтерін қоздыратын жүйелер үшін көптеген печатты тізбек тақталарын (PCB) фрезерлеу машиналары қадамдық қозғалтқыштарды қолданады, олар дәл қорғасын бұранданы қозғайды. Бұл қорғасын бұранда өз кезегінде арнайы, жоғары дәлдікпен өңделген байланыс жинағы арқылы порталға немесе фрезерлеу басына жалғанады. Фрезерлеу кезінде дұрыс бағытталғанын сақтау үшін порталдың немесе фрезерлеу басының қозғалыс бағыты сызықтық немесе трапециялық подшипниктермен басқарылады. Көптеген X/Y қоздыру жүйелері бағдарламалық құралдар арқылы фрезерлеу жылдамдығын пайдаланушыға басқару мүмкіндігін береді, бұл қадамдық қозғалтқыштардың тиісті осьтерін қаншалықты жылдам қозғайтынын анықтайды.
Z-шілкесімен басқару
Z осьті басқару және қадағалау бірнеше тәсілмен жүзеге асырылады. Бірінші және ең көп қолданылатын тәсіл – серіппеге қарсы итерілетін қарапайым соленоид. Соленоидқа қуат берілгенде, ол фрезерлік басты төмен қарай итеріп, төменгі қозғалысты шектейтін серіппелік тоқтауға дейін жеткізеді. Төмен түсу жылдамдығы және серіппелік тоқтауға түсірілетін күштің мөлшері соленоидтің иілімінің орнын механикалық түрде реттеу арқылы қолмен орнатылуы керек. Z осьті басқарудың екінші түрі – пневматикалық цилиндр және бағдарламамен басқарылатын клапанды пайдалану. Цилиндрдің кішкентай көлемі және оны іске қосу үшін қолданылатын ауа қысымының шамасы, жоғарғы және төменгі тоқтаулар арасындағы басқару диапазонын шектейді. Соленоид және пневматикалық жүйелердің екеуі де басты соңғы нүктелерден басқа жерге орналастыра алмайды, сондықтан олар тек қарапайым «жоғары/төмен» фрезерлеу тапсырмалары үшін ғана қолданылады. Z осьті басқарудың үшінші түрі – фрезерлік басты кішкентай, дәл қадамдармен жоғары немесе төмен жылжытуға мүмкіндік беретін басқыш қозғалтқышты пайдалану. Бұған қоса, бұл қадамдардың жылдамдығын реттеуге болады, соның арқасында құралдарды тақта материалдарына соққымен емес, икемдеп енгізуге болады. Тереңдік (қажетті қадамдар саны) және төмен/жоғары жылдамдық пайдаланушы бақылауында, басқару бағдарламалық жасақтамасы арқылы жүзеге асырылады. Басылған платаларды (PCB) фрезерлеудегі басты қиындықтардың бірі – беткейдің тегіс еместігін басқару. Дәстүрлі кесу әдістері мыс қабатына тікелей жанасқан оптикалық маскаларды пайдаланады, сондықтан олар материалдың кез келген кішкене иілуіне бейімделеді, нәтижесінде барлық элементтер дәл көшіріледі. Алайда, басылған платаларды фрезерлегенде, фрезерлеу кезінде кездесетін кез келген биіктік айырмашылығы конустық биттердің тереңірек енуіне (кесілген бөліктің кеңеюіне) немесе беттен көтерілуіне, кесілмеген бөліктерге әкелуі мүмкін. Кейбір жүйелер кесу алдында тақтадағы биіктік айырмашылықтарын өлшеу және G-кодындағы Z мәндерін алдын ала реттеу үшін биіктік картасын жасауға арналған зығырларды қолданады.
Құрал жасау
Басылған платалар (PCBs) дәстүрлі фрезалармен, конустық D-биттермен және лопатты диірмендермен өңделеді. D-биттер мен лопатты диірмендер арзан, және олардың кішкентай ұшы іздердің бір-біріне жақын орналасуына мүмкіндік береді. Тейлор теңдеуі, Vc Tn = C, белгілі бір беттік жылдамдық үшін құралдың қызмет ету мерзімін болжауға қолданылады.
Баламалар
Механикалық фрезерлеуге ұқсас артықшылықтары бар әдістер – лазерлік ою және лазерлік тесік жасау. Лазермен басылған печатты тізбектер (ПТТ) механикалық фрезерлеу сияқты жылдам өндіріс уақытын ұсынады, бірақ лазерлік ою процесінің өзі физикалық әсерлер тұрғысынан фрезерлеу де, химиялық ою да емес, артықшылықты. Механикалық фрезерлеу және химиялық ою тақтайшаға физикалық күш түсірсе, лазерлік ою бетін тігізбей алып тастайды, бұл RF және микротолқынды дизайн сияқты жоғары дәлдік пен геометриялық тұрақтылық қажет болатын ПТТ үшін артықшылықты нұсқаға айналады. Лазерлік тесік жасау жоғары дәлдікті қамтамасыз етеді, басқа әдістермен салыстырғанда өте аз қуатты тұтынады, азын күтімді қажет етеді, майлау материалдары мен дрель биттерін қолданбайды, тозу деңгейі төмен, абразивті материалдарды қолданбайды, тақтайшаларды бүлдірмейді, экологиялық таза, ал ең қуатты машиналарда тесік жасау бірден жүзеге асырылады, бірақ құны жоғары. Фрезерлеу және лазерлік оюға балама ретінде пайда болатын тағы бір жаңа тәсіл – өткізгіш жолдарды басып шығаруға негізделген қосымша өндіріс. Мұндай ПТТ принтерлері әртүрлі бағада және мүмкіндіктермен ұсынылады, сонымен қатар өте аз қалдықтармен үйде жылдам схема жасауға мүмкіндік береді. Мысалы, Voltera қарапайым, аз қабатты ПТТ өндіруге арналған технология. Қосымша өндірістің көп қабатты жүйелерінің бірі – Nano Dimension компаниясының DragonFly технологиясы, ол күрделі, көп қабатты схемаларды және электромеханикалық бөлшектерді басып шығарады.