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El fresado de placas de circuito impreso (también conocido como fresado de aislamiento ) es el proceso de fresado utilizado para eliminar áreas de cobre de una lámina de material de placa de circuito impreso (PCB) para recrear las almohadillas, las pistas de señal y las estructuras según los patrones de un plano de placa de circuito digital conocido como archivo de diseño . [ 1 ] Similar al proceso de grabado químico de PCB, más común y conocido , el proceso de fresado de PCB es sustractivo: se elimina material para crear el aislamiento eléctrico y los planos de tierra necesarios. Sin embargo, a diferencia del proceso de grabado químico, el fresado de PCB es típicamente un proceso no químico y, como tal, puede completarse en un entorno típico de oficina o laboratorio sin exposición a productos químicos peligrosos. Se pueden producir placas de circuito de alta calidad utilizando cualquiera de los dos procesos. [ 2 ] En el caso del fresado de PCB, la calidad de una placa de circuito está determinada principalmente por la precisión y el control de fresado verdadero o ponderado del sistema, así como por el estado (afilado, temple) de las brocas de fresado y sus respectivas velocidades de avance/rotación. Por el contrario, en el proceso de grabado químico, la calidad de una placa de circuito impreso depende de la precisión y/o calidad de la máscara utilizada para proteger el cobre de los productos químicos y del estado de los productos químicos de grabado. [ 3 ]
Ventajas
El fresado de placas de circuito impreso (PCB) ofrece ventajas tanto para la creación de prototipos como para algunos diseños especiales. La principal ventaja es que no es necesario utilizar productos químicos para fabricar las PCB.
Al crear un prototipo, la fabricación de una placa mediante subcontratación requiere tiempo. Una alternativa es fabricar la PCB internamente. Sin embargo, el proceso húmedo presenta problemas relacionados con los productos químicos y su eliminación. Es difícil obtener placas de alta resolución mediante este proceso y, aun así, una vez fabricadas, es necesario perforar y, finalmente, cortar la PCB del material base.
El prototipado con máquinas CNC puede proporcionar un proceso de producción de placas de circuito impreso de respuesta rápida sin necesidad de procesamiento en húmedo. [ 4 ] Si una máquina CNC ya se utiliza para taladrar, esta única máquina podría realizar ambas partes del proceso: taladrar y fresar. Una máquina CNC se utiliza para procesar taladrar, fresar y cortar. [ 5 ]
Muchas placas que son fáciles de fresar serían muy difíciles de procesar mediante grabado húmedo y perforación manual posterior en un entorno de laboratorio sin utilizar sistemas de última generación que suelen costar mucho más que las fresadoras CNC. [ 6 ]
En la producción en masa, es poco probable que el fresado reemplace al grabado, aunque el uso de máquinas CNC ya es una práctica habitual para perforar las placas.
Hardware
Un sistema de fresado de PCB es una máquina que puede realizar todas las acciones necesarias para crear una placa prototipo , con la excepción de la inserción de vías y el metalizado de orificios pasantes . La mayoría de estas máquinas solo requieren una toma de corriente alterna estándar y una aspiradora industrial para su funcionamiento.
Software
El software para el fresado de PCB suele ser suministrado por el fabricante de la máquina CNC. La mayoría de los paquetes se pueden dividir en dos categorías principales: rasterizados y vectoriales. [ 7 ]
El software que genera trayectorias de herramientas mediante el método de cálculo rasterizado tiende a tener una resolución de procesamiento menor que el software basado en vectores, ya que depende de la información rasterizada que recibe. [ 8 ] [ 9 ]
Sistema mecánico
La mecánica de una fresadora de PCB es bastante sencilla y tiene sus raíces en la tecnología de fresado CNC . Un sistema de fresado de PCB es similar a una mesa de fresado NC en miniatura y de alta precisión. Para el control de la máquina , la información de posicionamiento y los comandos de control se envían desde el software de control a través de una conexión de puerto serie o paralelo al controlador integrado de la fresadora. El controlador se encarga de accionar y supervisar los diversos componentes de posicionamiento que mueven el cabezal de fresado y el pórtico, y controlan la velocidad del husillo. Las velocidades del husillo pueden variar de 30 000 RPM a 100 000 RPM, dependiendo del sistema de fresado, y a mayor velocidad del husillo se obtiene mayor precisión. Se requieren mayores RPM a medida que disminuye el diámetro de la herramienta. [ 10 ] Normalmente, este sistema de accionamiento comprende motores paso a paso no supervisados para los ejes X/Y, un solenoide de encendido/apagado no supervisado , un pistón neumático o un husillo para el eje Z , y un circuito de control de motor de CC para la velocidad del husillo, ninguno de los cuales proporciona retroalimentación de posición. Los sistemas más avanzados incorporan un accionamiento del eje Z mediante motor paso a paso supervisado para un mayor control durante el fresado y el taladrado, así como circuitos de control del motor del husillo por radiofrecuencia más avanzados que proporcionan un mejor control en un rango más amplio de velocidades.
Control de los ejes X e Y
Para los sistemas de accionamiento de los ejes X e Y, la mayoría de las fresadoras de PCB utilizan motores paso a paso que impulsan un husillo de precisión. Este husillo, a su vez, está conectado al pórtico o cabezal de fresado mediante un conjunto de conexión mecanizado con precisión. Para mantener la alineación correcta durante el fresado, el pórtico o cabezal de fresado se guía mediante rodamientos lineales o de cola de milano. La mayoría de los sistemas de accionamiento X/Y permiten al usuario controlar, mediante software, la velocidad de fresado, que determina la velocidad a la que los motores paso a paso impulsan sus respectivos ejes.
Control del eje Z
El accionamiento y control del eje Z se gestiona de varias maneras. La primera y más común consiste en un solenoide simple que ejerce presión sobre un resorte. Al activarse, el solenoide empuja el cabezal de fresado hacia abajo contra un tope de resorte que limita su recorrido descendente. La velocidad de descenso, así como la fuerza ejercida sobre el tope de resorte, deben ajustarse manualmente modificando mecánicamente la posición del émbolo del solenoide.
El segundo tipo de control del eje Z se realiza mediante un cilindro neumático y una válvula de compuerta controlada por software . Debido al pequeño tamaño del cilindro y a la presión de aire utilizada para accionarlo, el rango de control entre los topes superior e inferior es limitado. Tanto el solenoide como el sistema neumático no pueden posicionar el cabezal más allá de los extremos, por lo que solo son útiles para tareas de fresado simples de movimiento vertical. El último tipo de control del eje Z utiliza un motor paso a paso que permite mover el cabezal de fresado con precisión en pequeños pasos hacia arriba o hacia abajo. Además, la velocidad de estos pasos se puede ajustar para facilitar la inserción de las herramientas en el material, en lugar de golpearlas. La profundidad (número de pasos necesarios) y la velocidad de ascenso/descenso se controlan mediante el software.
Uno de los principales desafíos del fresado de placas de circuito impreso es el manejo de las variaciones en la planitud. Dado que las técnicas de grabado convencionales se basan en máscaras ópticas que se asientan directamente sobre la capa de cobre, pueden adaptarse a cualquier ligera curvatura del material, de modo que todas las características se replican fielmente.
Al fresar placas de circuito impreso, cualquier mínima variación de altura durante el proceso provocará que las brocas cónicas se hundan más (creando un corte más ancho) o se eleven de la superficie, dejando una sección sin cortar. Antes de cortar, algunos sistemas realizan mediciones de altura en toda la placa para determinar las variaciones y ajustar los valores Z en el código G con antelación.
Estampación
Las placas de circuito impreso (PCB) se pueden mecanizar con fresas convencionales , fresas cónicas tipo D y fresas de pala. Las fresas tipo D y las fresas de pala son económicas y, gracias a su punta pequeña, permiten que las pistas estén muy juntas. La ecuación de Taylor , Vc T n = C, puede predecir la vida útil de la herramienta para una velocidad superficial determinada. [ 11 ]
Referencias
- ↑ Khandpur, RS (2005). Placas de circuitos impresos: diseño, fabricación, ensamblaje y pruebas . Tata McGraw-Hill Education. ISBN 9780070588141.
- ↑ Baschirotto, A.; Dallago, E.; Malcovati, P.; Marchesi, M.; Venchi, G. (2007-02-01). "Un sensor magnético de flujo: de PCB a tecnología microintegrada". IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement . 56 (1): 25– 31. doi : 10.1109/TIM.2006.887218 . ISSN 0018-9456 . S2CID 27250870 .
- ↑ Datta, M.; Osaka, Tetsuya; Schultze, J. Walter (2004-12-20). Empaquetado microelectrónico . CRC Press. pág. 185. ISBN 9780203473689.
- ↑ Ingeniería de Producción . Penton/IPC, Incorporated. 1987.
- ↑ "Prototipo rápido de PCB | WellPCB" . www.wellpcb.com . Consultado el 27 de mayo de 2017 .
- ↑ Richard Sewell. "PCB fresada para una superficie de control de secuenciador con rodamientos de bolas (The xylobearningococonutofivefivefiveophone)" . Jarkman Enterprises.
- ↑ Piatt, Michael J.; Brown, Mark E.; Walters, Michael A. (1991). "Método para la fabricación de placas de circuitos impresos" .
{{cite journal}}: Para citar una revista se requiere|journal=( ayuda ) - ↑ Doudkin, Alexander; Inyutin, Alexander (1 de agosto de 2014). "Inspección de defectos y reglas de proyecto en la imagen de diseño de PCB" . International Journal of Computing . 5 (3): 107– 111. doi : 10.47839/ijc.5.3.414 . ISSN 2312-5381 .
- ↑ Vona, MA; Rus, D. (abril de 2005). "Trayectorias de Voronoi para el grabado mecánico de PCB: algoritmos simples e intuitivos con la GPU 3D". Actas de la Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 2005. págs. 2759–2766 . doi : 10.1109/robot.2005.1570531 . ISBN 978-0-7803-8914-4. S2CID 16599567 .
- ↑ "Especificaciones de la fresadora" . LPKF Laser & Electronics.
- ↑ Yoon, Hae-Sung; Moon, Jong-Seol; Pham, Minh-Quan; Lee, Gyu-Bong; Ahn, Sung-Hoon (2013). "Control de parámetros de mecanizado para el ahorro de energía y costes en el taladrado a microescala de PCB". Journal of Cleaner Production . 54 : 41–48 . doi : 10.1016/j.jclepro.2013.04.028 .
Enlaces externos
- Reseñas de software y tutoriales en la wiki de RepRap.
- Fabricación de placas de circuitos impresos
