CNC 장비와 CircuitMill로 직접 PCB 만들기
PCB 밀링, 절연 가공, 드릴링, 보드 외곽 절단을 위한 단계별 안내
직접 인쇄회로기판을 만든다고 해서 반드시 다루기 까다로운 화학약품이나 비싼 장비가 필요하거나 제조업체의 배송을 기다려야 하는 것은 아닙니다. 소형 CNC 장비와 CircuitMill이 있으면 작업실에서 PCB 설계를 실제 기판으로 만들 수 있습니다.
시제품 제작, 전자회로 실험, 맞춤 회로 개발 등 어떤 작업이든 CNC PCB 밀링을 사용하면 제작 과정을 직접 관리할 수 있습니다. 아침에 회로를 설계하고 당일에 작동하는 PCB를 얻는 것도 가능합니다.
이 안내에서는 설계 준비, CNC 공구 경로 생성, 구리 패턴 밀링, 구멍 뚫기, 완성된 PCB 절단까지 살펴봅니다.
1. CNC PCB 밀링이란?
CNC PCB 밀링은 재료를 제거하여 만드는 절삭 가공입니다. 약품으로 불필요한 구리를 부식시키는 대신, CNC 장비가 작은 절삭 공구로 동박 기판의 구리를 물리적으로 제거합니다.
장비는 정밀하게 계산된 경로를 따라 이동하며 배선, 패드, 구리 채움 영역 사이에 전기적 절연을 만듭니다.
핵심 작업은 세 가지입니다.
- 절연 밀링: 작은 조각 비트로 배선과 패드 주변의 구리를 제거하면서 필요한 전기적 연결은 유지합니다.
- 드릴링: 삽입형 부품, 장착 부품, 비아 연결을 위한 구멍을 뚫습니다.
- 보드 절단: 마지막으로 외곽선을 따라 가공하여 완성된 PCB를 주변 재료에서 분리합니다.
CNC 밀링은 빠른 시제품 제작, 맞춤 전자장치, 교육 프로젝트, 단품 제작에 특히 유용합니다. 기존 화학 에칭과 달리 에칭 약품이 필요 없고, 비교적 저렴한 탁상형 CNC 라우터로도 작업할 수 있습니다.
2. 준비할 것
시작하기 전에 다음 장비와 재료를 준비하세요.
- 탁상형 CNC 장비. 충분히 강성이 높은 스핀들과 정확한 Z축 제어가 가능하면 좋습니다.
- FR-1 또는 FR-4 같은 동박 기판 원판.
- PCB 조각 비트, 소형 드릴 비트, 외곽 절단용 엔드밀.
- KiCad 등 원하는 PCB 설계 소프트웨어가 설치된 컴퓨터.
- PCB 제작용 공구 경로를 준비할 CircuitMill.
- PCB 고정 지그, 양면테이프 또는 다른 신뢰할 수 있는 고정 수단.
- 적절한 집진 시스템과 보호 장비.
초보자에게는 FR-1이 실용적입니다. 일반적으로 밀링이 더 쉽고, 유리섬유 기반 FR-4보다 마모성이 낮은 분진이 발생합니다. 항상 적절히 집진하고, 특히 FR-4를 절단할 때 주의하세요.
3. PCB 설계하기
KiCad 또는 다른 PCB 설계 프로그램에서 회로기판을 만듭니다.
첫 CNC 가공 기판은 비교적 넓은 배선, 충분한 간격, 삽입형 부품을 사용하는 간단한 단면 설계가 좋습니다. 이런 조건은 제작을 쉽게 하고 배선 단선이나 불완전한 절연의 위험을 줄입니다.
내보내기 전에 모든 배선이 올바르게 연결되어 있는지, 외곽선이 완성되어 있는지, 설계 규칙 검사를 통과하는지 확인하세요.
일반적인 CNC 가공 기판에는 도금된 관통홀이 없습니다. 양면 설계에서는 납땜한 전선이나 구리 리벳 등으로 두 면을 직접 연결해야 합니다.
4. CircuitMill로 PCB 준비하기
CircuitMill은 CNC로 PCB를 만들 때 필요한 세 가지 기본 작업을 중심으로 구성되어 있습니다.
- 드릴링 — 부품 및 장착 구멍.
- 절연 밀링 — 구리 배선 분리.
- 보드 외곽 가공 — 완성된 기판 절단.
PCB 편집기에서 구리층 Gerber 파일, Excellon 드릴 파일, 보드 외곽선 등 제작 데이터를 내보냅니다. CircuitMill이 지원하는 입력 형식을 사용해 가공 작업을 준비하세요.
절연 밀링
적절한 공구를 선택하고 배선과 패드 주변의 구리를 제거하는 경로를 만듭니다. 절연 홈을 넓히면 전기적 이격 거리가 커지고, 좁히면 더 조밀하게 배치할 수 있습니다.
드릴링
부품 구멍과 장착 구멍의 드릴링 작업을 준비합니다. 구멍 크기가 다르면 다른 드릴과 공구 교환이 필요할 수 있습니다.
보드 외곽 가공
PCB 주변의 절단 경로를 생성합니다. 절삭 깊이를 설정하고, 가공이 끝날 때까지 기판을 잡아 둘 탭을 남기는 것도 고려하세요.
CNC에서 실행하기 전에 각 작업을 주의 깊게 미리 보세요. 배선, 구멍, 외곽선이 서로 정렬되어 있고 필요한 구리가 제거되지 않는지 확인합니다.
5. CNC 장비 설정하기
PCB 밀링은 절삭 깊이가 얕으므로 기판을 정확히 설치하는 것이 중요합니다.
동박 기판을 CNC 테이블에 단단히 고정하세요. 평평하게 놓여 있어야 하며 가공 중 움직이거나 떨리면 안 됩니다. 표면 높이가 조금만 달라도 V 비트로 만든 절연 홈의 폭이 크게 바뀔 수 있습니다.
조각 비트를 장착하고 작업 원점을 설정한 다음 구리 표면을 기준으로 Z축 영점을 정확히 맞춥니다. 장비가 표면 측정과 높이 보정을 지원하면 완전히 평평하지 않은 기판의 결과를 개선할 수 있습니다.
스핀들을 켜기 전에 공구를 기판 위의 안전한 높이에 두고 공회전 이송을 실행하여 경로와 작업 좌표를 확인합니다.
6. 구리 배선 밀링하기
절연 밀링은 각 배선과 패드 주변에서 좁은 구리 띠를 제거합니다. 주변 구리와 분리되면 각 배선이 전기적으로 절연된 도체가 됩니다.
날카로운 조각 비트와 보수적인 절삭 깊이를 사용하세요. 목표는 구리와 확실한 절연에 필요한 최소한의 기판 재료를 제거하는 것이지 깊은 홈을 파는 것이 아닙니다.
구리 두께가 35 µm인 일반적인 동박 기판은 보통 얕은 절삭부터 시작하는 편이 좋습니다. 정확한 깊이는 비트 형상, 스핀들 런아웃, 기판 평탄도, 장비 정밀도에 따라 달라집니다.
밀링 후에는 절연이 덜 된 곳, 구리 버, 손상된 패드를 확인합니다. 멀티미터의 도통 모드를 사용하면 의도하지 않은 연결을 찾는 데 도움이 됩니다.
7. 구멍을 뚫고 기판 절단하기
절연 밀링이 끝나면 적절한 드릴로 교환하고 부품 및 장착 구멍을 가공합니다.
설계에 지정된 구멍 크기를 사용하세요. 작업 사이에 동일한 원점을 유지해야 드릴 구멍과 구리 패드의 위치가 맞습니다.
다음으로 외곽 절단용 엔드밀을 장착하고 외곽 가공을 실행합니다. 작은 기판은 고정 탭을 남기거나 다른 방법으로 마지막 패스에서 움직이지 않게 하세요.
절단 후 PCB를 꺼내 가장자리를 다듬고 거친 부분의 버를 조심스럽게 제거합니다. 가공 분진은 적절한 집진 및 청소 방법으로 제거하세요.
8. PCB 검사 및 조립하기
이제 전기 검사와 조립을 진행할 수 있습니다.
인접 배선 사이의 단락, 중요한 연결의 도통 상태, 드릴 구멍을 확인합니다. 미세 피치 풋프린트와 구리 간격이 좁은 영역은 특히 주의 깊게 살펴보세요.
납땜 전에 기판을 청소합니다. 노출된 구리 패드를 과열하거나 들뜨게 하지 않도록 부품을 납땜하세요.
CNC 가공 기판에는 보통 솔더 마스크가 없으므로 인접 배선 사이에 납땜 브리지가 생기지 않게 하세요. 양면 설계에서는 필요한 비아 연결을 설치하고 양쪽 면에 납땜합니다.
검사를 마쳤으면 전원을 넣고 회로를 시험할 수 있습니다.
더 좋은 결과를 위한 팁
**충분한 간격으로 시작하세요.**넓은 배선과 큰 간격은 특히 입문용 CNC에서 안정적으로 가공하기 쉽습니다.
**PCB를 완전히 평평하게 유지하세요.**평탄도는 절연 밀링의 핵심 요소입니다. 잘 면삭한 희생판과 확실한 고정 방법을 사용하세요.
**장비와 공구를 보정하세요.**복잡한 설계에 앞서 자투리 기판에서 스핀들 회전수, 이송 속도, 절삭 깊이를 시험하세요.
**항상 공구 경로를 확인하세요.**미리 보기로 빠진 구멍, 잘못된 외곽선, 경로 오류를 찾으면 재료 낭비를 줄일 수 있습니다.
CircuitMill을 사용하는 이유
PCB 설계를 장비용 명령으로 바꾸는 일은 도면 내보내기보다 복잡합니다. 절연 밀링은 공구 형상을, 드릴링은 정확한 구멍 위치를, 외곽 절단은 최종 치수를 고려해야 합니다.
CircuitMill은 이런 제작 작업을 단순하게 만들어 공구 경로 준비에 쓰는 시간을 줄이고 전자회로 제작에 더 집중하도록 돕습니다.
첫 자작 기판이든 정기적인 시제품 제작이든 목표는 같습니다. PCB 레이아웃에서 완성된 기판까지 이해하기 쉬운 과정으로 진행하는 것입니다.