PCB-Fräsen
Was ist Fräsen in der PCB-Herstellung?
PCB-Fräsen oder Isolationsfräsen ist ein kontrollierter Tiefenfräsprozess, der zum Entfernen bestimmter Bereiche von Kupfer und Leiterplattenmaterial verwendet wird, um Schaltungsmuster zu bilden. Es handelt sich um ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem computergesteuerte Schneidwerkzeuge verwendet werden, um Signalbahnen, Pads und Strukturen direkt aus kupferbeschichteten Platten gemäß digitalen PCB-Layoutdateien herauszufräsen.
Das PCB-Fräsen kann verwendet werden, um Komponentenaussparungen und Taschenfräsungen zu erstellen und vollständig plattierte leitfähige Strukturen zu schaffen, die mehrere Schichten verbinden und Kühlkörperhohlräume bilden. Es handelt sich um einen nicht-chemischen Prozess, der keine Exposition gegenüber gefährlichen Chemikalien erfordert und sogar in normalen Büros oder Labors sicher durchgeführt werden kann. Die Qualität des PCB-Fräsens hängt von der Fräsgenauigkeit, der Systempräzision sowie dem Zustand der Fräsbits ab.
Fräswerkzeuggrößen und Spezifikationen für das Profildesign
Das kleinste für Fräsarbeiten verfügbare Schneidwerkzeug hat einen Durchmesser von 0,8 mm, während die herkömmliche Werkzeuggröße 2,0 mm beträgt. Es werden auch spezielle Sonderwerkzeuge angeboten, deren Durchmesser zwischen 0,8 mm und 2,0 mm liegt, wie in der folgenden Spezifikationstabelle dokumentiert.
| Designparameter | Wert |
|---|---|
| Minimale Fräserdurchmesser | 0,8mm |
| Standard-Fräserdurchmesser | 2,0mm |
| Spezial-Fräserdurchmesser | 0,8mm ≤ Ø ≤ 2,0mm |
Die inneren und äußeren Leiterplattenprofile werden entsprechend den spezifischen Kundenanforderungen bearbeitet. Die Profile der Außenecken können je nach Kundenwunsch mit scharfen Winkeln von 90 Grad oder mit abgerundeten Ecken hergestellt werden. Die Innenecken des Profils müssen hingegen einen Mindestradius aufweisen, der dem Radius des Schneidwerkzeugs entspricht. Der Prozess des Schneidens von Leiterplattenprofilen sowie das Erzeugen von Innenhohlräumen folgt in der Regel festgelegten Bearbeitungsprotokollen
PCB-Fräsen Prozess: Wichtige Faktoren und Tipps
- Der CNC-Leiterplattenfräsprozess dauert in der Regel eine halbe Stunde; Faktoren wie der Durchmesser des Schneidwerkzeugs, die Größe der Leiterplatte, die Anzahl der Teile und die Ausrichtung beeinflussen jedoch den Prozess.
- Das Fräsen ist ein chemiefreier, sauberer und ungiftiger Vorgang, bei dem verschiedene Leiterplatten unter Laborbedingungen schnell bearbeitet werden können.
- Die Genauigkeit des Fräsens und die Härte des verwendeten Werkzeugs haben direkten Einfluss auf die Leistung der Leiterplatte.
- Die Drehzahl des Schneidbits hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Qualität und Genauigkeit der Leiterplatte.
- Neue Anwender müssen vor der Herstellung von Leiterplatten eine Schulung zu Frästechniken absolvieren.
- Um eine bessere Qualität und genaue Ergebnisse zu erzielen, sind vor der Produktion Vorsichtsmaßnahmen erforderlich.
- Es gibt zwei Arten von Software: Raster- und Vektorsysteme. Software, die auf Rasterberechnungen basiert, ist in der Regel weniger effizient als vektorbasierte Software, da sie mit Rasterdaten arbeitet.
3 Methoden zum PCB-Fräsen
Je nach den unterschiedlichen Anforderungen können drei verschiedene Ansätze zum PCB-Fräsen verwendet werden, darunter Laser, CNC-Fräser und Hartmetall-Schaftfräser.
- Laserschneiden
Laserschneiden ist ein berührungsloses Verfahren, bei dem ein hochleistungsfähiger Laserstrahl zum Schneiden, Gravieren oder Markieren der Leiterplattenmaterialien mit hoher Genauigkeit eingesetzt wird. Der Prozess umfasst einige wichtige Schritte, nämlich die Erzeugung des Strahls, die Fokussierung des Strahls, das Erhitzen und Schmelzen des Materials, das Ausstoßen des geschmolzenen Materials und die präzise Bewegung des Strahls. Es eignet sich besonders für Anwendungen, bei denen geometrische Präzision entscheidend ist, z. B. bei HF- und Mikrowellen-Leiterplatten. Diese Technik zeichnet sich durch geringen Energieverbrauch, minimalen Verschleiß, hohe Präzision und den Verzicht auf Bohrer aus. Obwohl diese Methode umweltfreundlich und effektiv ist, ist sie in der Regel kostspieliger.
- CNC-Fräse
CNC-Fräsen sind computergesteuerte Maschinen, die mit einer Fräse oder Spindel zum Schneiden ausgestattet sind. Je nach den betrieblichen Anforderungen können diese Maschinen entweder eine bewegliche Portalbauweise oder eine stationäre Brückenkonfiguration mit einer unter der Spindel beweglichen Arbeitsplattform aufweisen. Darüber hinaus gibt es tragbare Ausführungen, bei denen der Bediener die Maschine manuell positioniert und das CNC-System präzise Schnittänderungen vornimmt.
Eine CAM-Software (Computer-Aided Manufacturing) erzeugt eine visuelle Darstellung der Leiterplatte und erstellt die Schnittwege, denen die Maschine bei der Herstellung der Leiterplatte folgt. Die Spindel arbeitet entlang dreier Achsen (X-, Y- und Z-Koordinaten). Diese Frässysteme verwenden in der Regel drei Motoren, die entweder mit Servomotor- oder Schrittmotortechnologie arbeiten.
- Hartmetall-Schaftfräser
Hartmetall-Schaftfräser sind hochpräzise Fräser, die aus reinem Vollhartmetall hergestellt werden. Diese Werkzeuge finden breite Anwendung in der Gravur, Schilderherstellung, Graphitelektrodenbearbeitung, Leiterplattenprototypenfertigung und Glasfaserverarbeitung. Als eine Art Fräser können sie für eine Vielzahl von Prozessen wie Profil-, Plan-, Taster- und Tauchfräsen eingesetzt werden. Darüber hinaus sind Hartmetall-Schaftfräser besonders nützlich für axiale Schneidaufgaben und bieten aufgrund der Härte und Verschleißfestigkeit von Hartmetall eine hervorragende Leistung.
Vorteile des Fräsens von Leiterplatten
- Das Fräsen von Leiterplatten ist eine umweltfreundliche Methode, da keine schädlichen Chemikalien verwendet werden, was es zu einer sichereren und saubereren Option macht.
- CNC-Leiterplattenfräsmaschinen bieten Vielseitigkeit, da sie mehrere Aufgaben wie Fräsen, Bohren und Schneiden in einer einzigen Einrichtung ausführen können.
- Die Flexibilität, Fräser je nach Bedarf auszutauschen, ermöglicht eine höhere Präzision und Anpassung während des Fräsprozesses.
- In Situationen, in denen das Nassätzverfahren nicht verwendet werden kann, um die erforderliche Genauigkeit oder Form zu erreichen, und in denen andernfalls ein manuelles Bohrverfahren angewendet werden müsste, kann das Fräsen von Leiterplatten von Vorteil sein. Das Fräsen vereinfacht den Prozess, spart zusätzliche Arbeitsschritte und kann die Gesamtkosten einiger Designs senken.
Fräsen oder Ätzen von Leiterplatten: Was sollten Sie wählen?
Das Fräsen und Ätzen von Leiterplatten sind zwei häufig verwendete Methoden, um Muster auf einer Leiterplatte zu erstellen. Sie unterscheiden sich jedoch stark in Bezug auf den Prozess und die Anwendungen. Das Fräsen von Leiterplatten ist ein nicht-chemischer Prozess, bei dem CNC-Maschinen zum Einsatz kommen, um unerwünschtes Kupfer von einer Leiterplatte zu entfernen. Es eignet sich für Prototypen und Projekte, bei denen die Verwendung von Chemikalien eingeschränkt ist. Das Ätzen hingegen ist ein chemischer Prozess, bei dem Säuren oder Ätzmittel zum Einsatz kommen, um das Kupfer aufzulösen, was eine hohe Präzision und glatte Leiterbahnen gewährleistet. Die Wahl zwischen diesen beiden Verfahren sollte daher auf den genauen Anforderungen Ihres Projekts basieren: Das Fräsen ist sauberer und umweltfreundlicher, während das Ätzen schnell und für die Massenproduktion geeignet ist.
PCB-Fräsen bei MOKOPCB
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