茶色iModelaで基板を作ろう!

[ 履歴 ]

2014. 7. 26 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナの7回目が開催されました。
2014. 5. 11 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナの6回目が開催されました。
2014. 2. 16 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナの5回目が開催されました。
2013. 10. 26 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナの4回目が開催されました。
2013. 7. 24 :"導電ペーストを使用したスルーホール両面基板"を追記しました。
2013. 7. 20 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナの3回目が開催されました。
2013. 5. 15 :iModelaで基板を作成するノウハウをまとめた本  ”コンパクト3D切削マシンで作るMyプリント基板”が発売されました。
2013. 5. 14 :[WINSTAR PCB for iModela]に添付しておりました「シャンク径4mmスピンドルシャフト」の添付が終了しました。
2013. 2. 9 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナの2回目が開催されました。

2012. 12. 18 :iModelaで初めて基板切削する時に必要な物を集めた "Starter KIT for iModela" の販売を始めました。
2012. 11. 11 :iModelaを使った CQ出版社 CQエレクトロニクス・セミナ が開催されました。
2012. 11. 4 :「エレキジャック No.23」 69 Pageの ”重点記事 インターネット時代のオリジナル・ケース作り /
        第2章 ケースも部品も基板も!ホーム切削機械iModela活用”にて当ショップが紹介されました。
2012. 8. 5 :エンドミル45°の販売に伴い"V刃工具を使用した0.5mmピッチパッケージ(48pin QFP)パターン切削の比較"を追加しました。
2012. 7. 25 :「エレキジャック電子工作推進マガジン」WEB版にて「WINSTAR PCB for iModela」と「iModela(iM-01)」による
        ”DIPピン間1本のプリント基板作成”が掲載されました。  1回目2回目3回目(最終回)
2012. 2. 25 :"0.5mmピッチパッケージ(48pin QFP)用パターンが作成できるかやってみました"を追加しました。
2012. 1. 31 :"2.34mm、3.175mm、4mmのどの工具を使うか?"を追加しました。
2012. 1. 28 :"Winstar PCB for iModela"では、剥離(ハッチング)加工もできることを追記しました。
2012. 1. 26 :"2.54mmピッチにピン間2本通せるかやってみました"を追加しました。
2012. 1. 26 :iModela用スピンドルシャフト 3.175mmの販売をはじめました。始めに読んで下さいに"iModelaで基板を作ろう!"を追加しました。
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iModelaで作るMyプリント基板

Myプリント基板

楽天ブックスからのご購入はこちら→【送料無料】コンパクト3D切削マシンで 作るMyプリント基板 [ 須原誠司 ]

【iModela(アイモデラ)】 ローランドD.G.株式会社 製品品番 iM-01
iModelaは、2015年2月にRoland D.G.社の在庫が無くなり販売を終了しています。

 基板加工専用機は低価格のもので約20万円〜100万円もします。
 iModelaは10万円を切る超小型3D切削加工機でありながら基板加工機としても使えます。
 しかも精度も加工速度も低価格基板加工専用機とほとんど変わりません。
 ハッチング(余分な銅箔を剥離する)加工も、両面加工も可能なすぐれものです。
 もし部品が壊れてもローランドD.G.社で部品を購入出来ますので安心です。

iModelaアマゾン

楽天からのご購入はこちら→iModela iM-01(切削加工機)



iModelaのスピンドルシャフト(コレット)を交換しましょう

Shaft3175

iModelaに取り付けられている標準のスピンドルシャフト(2.34mm)では基板加工に必要な工具を用意することが困難でした。
お客様のご要望もあり 当ショップにて一般的な基板加工機と同じシャンク径3.175mm(1/8”)用のスピンドルシャフトを作成しました。
これにより、iModelaを使用して 2.54mmピッチのピン間に2本のラインを通すことも出来るようになりました。
このスピンドルシャフトにセットできる工具は、当ショップにて購入することができます。

iModelaスピンドルシャフト交換の方法は、ローランド ディー.ジー.社の
"iModela"特設サイトの動画を参考にして交換してください。


iModelaのスピンドルモーターを交換しましょう

iModelaに取り付けられている標準のスピンドルモーターでは基板加工をするには回転数が低いので
高回転型モーターに交換しましょう。
モーターは、タミヤ社製[GP.318 スプリントダッシュモーター 15318] がお勧めです。(約14,500回転、物によってバラつきがあります。)

スプリントダッシュモーター

交換方法は、上記のスピンドルシャフト交換方法の動画の前半で説明されています。

ちなみに一般的な卓上型基板加工機の回転数は、30,000〜100,000回転です。
基板加工機で使用する工具も綺麗に精度よく加工できる様に それぞれの工具には適した回転数があります。


基板加工の前に行うこと

基板加工に限ったことではありませんが iModelaも含めModelaシリーズでは必ず面出しという加工が必要になります。

面出しとは・・・・

       面出しとはiModelaのZ軸に対し台座(基板とテーブルの間に置く)を平坦にする加工のことをいいます。
      台座は通常厚み20mmぐらいのサンモジュールやアクリル板を使用します。
      テーブルは元々Z軸に対し多少傾いています(数μm〜数百μm)。
      テーブルが傾いていますから基板を固定する台座はもちろん傾いています。

      傾きがあると基板を切削した時に溝の深さが違ってきます。ひどい時には
      切削できている所とできていない所が発生したり、溝幅が違ってきたりしますので
      iModelaにおいては非常に重要な作業になります。
      なにしろ基板の銅箔の厚さはよく使われる基板で18〜35μmですので少しの傾きで加工品質に影響がでてきます。
      小さくて華奢なiModelaでミクロンオーダーの加工作業をさせるわけですから考えてみればすごいことですね。

      台座が必要な理由は、テーブル自体を削って面出しをするわけにもいきませんし、基板に穴を空けたり、外形加工を
      すると工具が基板を突き抜けますのでテーブルにキズを付けてしまいます。これらを防ぐために台座が必要です。

      ちなみに一般的な卓上型基板加工機では加工機自体に精度ありますし、プレッシャーフットという基板を抑える
      機構が最初から備わっていますので面出し作業はしなくてもいい構造になっています。
      基板を両面テープで固定することもありません。
      テーブルに下敷(1〜2mmのベーク板)を敷いて基板の周りをメンディングテープ等で固定するだけです。
      両面テープの厚さと弾力で固定するとかえって精度が悪くなります。

      台座に使用するケミカルウッドのご購入は「ケミカルウッド壱番館」様から

      StarterKit3


iModelaで基板切削するときの当ショップお勧め工具

    面出し加工用工具:"ハッチングエンドミル 3.0mm" これは平に切削できますしアルミ加工もできるすぐれものです。
              iModelaのテーブルサイズの台座であれば加工時間は、加工方法にもよりますが約30分です。
              (移動速度20mm/sec、深さ150μm設定にして1回で切削した時)

    溝加工と剥離加工用工具:"エンドミル 45°""エンドミル 60°""エンドミル 90°"(Z軸方向の深さで溝幅を調整します)
              iModelaでは、移動速度12mm/sec以下でご使用下さい。FR4基板も切削できます。
              銅箔厚18μmの基板でエンドミル 45°または、エンドミル 60°を使用すればiModelaで0.17mmの溝幅加工も可能です。

               - "エンドミル 45°溝幅の目安 -  注)面出し精度やiModeraの状態、工具の摩耗状態によります。 (2012. 8.5)
                銅箔厚18μm : 0.17〜0.2mm
                銅箔厚35μm : 0.17〜0.3mm

              - "エンドミル 60°溝幅の目安 -  注)面出し精度やiModeraの状態、工具の摩耗状態によります。
                銅箔厚18μm : 0.17〜0.2mm
                銅箔厚35μm : 0.2〜0.3mm

              - "エンドミル 90°溝幅の目安 -  注)面出し精度やiModeraの状態、工具の摩耗状態によります。
                銅箔厚18μm : 0.2mm〜
                銅箔厚35μm : 0.25〜0.4mm

    穴加工    : ドリル  お好きなサイズをお選び下さい。
             FR4基板も加工できます。 ドリルを少しずつ深くしなくても穴を1回であけることができます。(下降速度10mm/sec)

    外形加工  : ルーター お好きなサイズをお選び下さい。
             FR4基板も加工できます。 ルーターを少しずつ深くしなくてもルーターが基板を突き抜けたまま
             外形を1回で切削することができます。(移動速度2〜3mm/sec)

    "エンドミル90°+0.8mmドリル"は、PCBミリングのオリジナル商品です。
    この工具1本でパターン加工と0.8mmの穴加工ができます。
    使い方を考えて使用すれば大変便利です。 生基板(紙フェノール)基板でお使い下さい。


"エンドミル90°"と"エンドミル90°+0.8mmドリル"の溝加工の比較

0.2mmの加工線に対しエンドミル 90°は、0.2mmで溝加工、エンドミル90°+0.8mmドリルは、0.3mmで溝加工させています。
"エンドミル90°+0.8mmドリル"を使用する時には、加工線0.3mm以上の時に、移動速度を遅くして使えば、そこそこの品質で
0.3mm以上の溝幅を加工することができます。
もちろん、0.8mmのドリルとしても使用することができますので工具を取り替える手間が省けます。便利ですよね。

工具:エンドミル 90° 使用基板:両面生基板(FR-4)、       工具:エンドミル90°+0.8mmドリル 使用基板:片面生基板(紙フェノール)、
銅箔厚:35μm/35μm、移動速度:10mm/sec              銅箔厚:35μm、移動速度:2mm/sec
V9010m  V90P082


StarterKIT販売中

iModelaは、2015年2月にRoland D.G.社の在庫が無くなり販売を終了しています。
よって このKITはiModelaをお持ちの方向けの商品になります。


iModelaで初めて基板切削する時に必要な物を集めました。
このキットに、iModela専用基板切削ソフト "Winstar PCB for iModela" を追加購入することですぐに作業に入ることができます。
すでに基板切削用ソフトをお持ちの方もこのキットを利用することで精密加工ができます。

- キット内容 -

・台座面出し用  ハッチングエンドミル 3.0mm ... 1本
・溝加工用    エンドミル45°ZrNコーティング ... 1本
・溝&穴加工用 エンドミル90°+0.8mmドリル ... 1本
・外形加工用   ルーター 1.0mm ... 1本

・基板切削用シャフト(コレット) iModela用スピンドルシャフト 3.175mm ... 1本

・切削基板 片面生基板 (紙フェノール) 72mm×48mm ... 5枚

・基板切削用モーター GP.318 スプリントダッシュダッシュモーター 15318(タミヤ) ... 1個
・基板固定用台座 ケミカルウッド(90mm x 60mm x 20mm) ... 1個
 (テーブルの右側奥を基準に台座(捨て板)を貼り付け面出しすることで
  台座の手前側と左側面に段差を作ることができて基板をホールドすることができます。)

型番 STKT-IM   ご購入はこちら

StarterKitTop


(参考)当ショップで販売している片面生基板(紙フェノール)の銅箔厚は、35μmで、両面生基板(FR-4)の銅箔厚は、18μm/18μm です。
    ちなみにサンハヤト社のカット基板は両面片面共に銅箔厚は、35μmです。



- 当ショップにてiModelaで加工した基板の例 1 -

溝加工、穴加工、外形加工を行った基板  この基板1枚にかかった時間は、加工時間だけなら約5分でした。
(カメラのレンズのせいで外形が少し歪んで見えていますが正しく長方形に加工されています。)
使用工具: エンドミル 90°(シャンク径 : 3.175 mm、刃形 : V刃90°)、ドリル 0.8mm、ルーター 1.0mm
使用基板: 両面生基板(FR-4)、基板厚:1.6mm  銅箔厚:35μm/35μm 

v90routerboard



iModelaで基板切削するときのお勧めソフトウェア

    "WINSTAR PCB for iModela" このソフトは日本製で、価格も安くシンプルな操作で基板を加工することができます。
    基板レイアウトCADから出力されるガーバーデーターを読み込むことができる点もいいですね。
    ハンダ付けする時にショートしない様にしたりRF回路作成時に便利な剥離(ハッチング)加工も出来ます。 (2012. 1. 28)
    なお、このソフトには、期間限定で4mmのスピンドルシャフトがついています。(添付は終了しました。(2012. 5. 14))
    基板加工に限らず4mmの工具をお使いになりたい方はこの4mmのスピンドルシャフトをお使い下さい。
    当ショップでは4mmの工具は扱っておりません。
    4mmのスピンドルシャフトに4mm以下の径の工具(3.175mmの工具や2.34mmの工具)を取り付けて
    スピンドルモーターを回転させることは故障や事故の原因になりますので絶対にやめてください。


WinstarPCBforiModelaTop大



2.34mm、3.175mm、4mmのどの工具を使うか? (2012. 1. 31)

    このページの始めでも記しましたが iModelaに取り付けられている標準のスピンドルシャフトはシャンク径(工具直径)2.34mmです。
    2.34〜2.36mmまでの工具をセットできます。
    このサイズは主に、ネイル、歯、宝石の彫金などで使用されています。
    この工具で基板を切削するには、先がボール型になったボールエンドミルを使用される方が多いようです。
    ボールエンドミルは、先が丸いので銅箔を削る場合 工具がすべる傾向があります。
    当然切り口も丸くなります。当ショップで調べた限りでは、サイズは、日本製だと0.4mmから、海外製で0.2mmからあります。
、   ただ、iModelaでこの0.2mmを使用するとすぐに折れます。(海外の友人に実験してもらいました。)
    0.3mmでは紙フェノール基板であれば何とか削れますが、切り口が綺麗ではありません。
    回路が接続されていれば正常に動作するものであればこれでもいいと思います。
    シャンク径2.34mmの「ストレートロング刃長の超硬エンドミル0.5mm」は、当ショップで調べた限りでは国内外で販売されておりません。
    開発販売するにはリスクが多いので 当ショップでは現時点での開発予定はございません。
    また、シャンク径(工具直径)2.34mmの工具も販売する予定はありません。


    シャンク径(工具直径)3.175mm(1/8”)は、基板加工用の工具として世界的にこのサイズと決まっています。
    シャンク径(工具直径)4mmは、主にNCマシン等に使用される工具です。
    どのサイズの工具を使っても基板加工については、加工できればいいので後はお客様の選択次第ですが
    3.175mmだと基板加工専用の工具が沢山あり色々選択することができます。
    当ショップは、その中でもよく使われるものを選んで販売しています。
    もちろん、4mm工具でよく使われているストレートロング刃長の超硬エンドミル(0.5mm、0.3mm)も
    シャンク径3.175mmのものでご用意することは当ショップでも可能です。
    これらについては、お客様のご要望が多ければラインナップに追加したいと考えています。


さぁ あとは、お使いになるソフトに従ってお客様の回路をiModelaで作成しましょう。


- 当ショップにてiModelaで加工した基板の例 2 -

使用工具: エンドミル 90°(シャンク径 : 3.175 mm、刃形 : V刃90°)
使用基板: 両面生基板(FR-4)、基板厚:1.6mm  銅箔厚:35μm/35μm 
iModela移動速度: 10mm/sec
ソフトウェア: WINSTAR PCB for iModela

FR4v90021



上記基板をプリンタのスキャナーで取り込み拡大したもの
溝幅 0.2mmで加工できています。


FR4v90022
FR4v90023mbig



- 2.54mmピッチにピン間2本通せるかやってみました - (2012. 1. 26)

使用工具: エンドミル 60°(シャンク径 : 3.175 mm、刃形 : V刃60°)
使用基板: 両面生基板(FR-4)、基板厚:1.6mm  銅箔厚:18μm/18μm 
iModela移動速度: 2mm/sec
ソフトウェア: WINSTAR PCB for iModela

pin2sa


拡大                                       もっと拡大

pin2sb   pin2sc




- 0.5mmピッチパッケージ(48pin QFP)用パターンが作成できるかやってみました - (2012. 2. 25)

使用工具: エンドミル 60°(シャンク径 : 3.175 mm、刃形 : V刃60°)
使用基板: 両面生基板(FR-4)、基板厚:1.6mm  銅箔厚:18μm/18μm 
iModela移動速度: 2mm/sec
ソフトウェア: WINSTAR PCB for iModela

48pinQFP640

48pinQFPBig2



- V刃工具を使用した0.5mmピッチパッケージ(48pin QFP)パターン切削の比較 - (2012. 8. 5)

使用工具: エンドミル 90°、45°、60°(シャンク径 : 3.175 mm、刃形 : V刃)
使用パターン:0.5mmピッチパッケージ(48pin QFP)パターン
ソフトウェア: WINSTAR PCB for iModela

使用基板: 両面生基板(FR-4)、基板厚:1.6mm  銅箔厚:18μm/18μm 
iModela移動速度: 3mm/sec
結果:写真では見づらいですがエンドミル45°と60°は加工できています。
    iModelaではエンドミル90°を使用して0.5mmピッチパッケージパターンの切削は、銅箔厚18μmでも厳しい様で
    パターンが無くなっている箇所があります。

hikaku18u

使用基板: 片面生基板 (紙フェノール)、基板厚:1.6mm  銅箔厚:35μm 
iModela移動速度: 90°(3mm/sec)、45°(10mm/sec)、60°(3mm/sec)
結果:エンドミル45°は加工できます。移動速度は10mm/secの方がいい結果がでました。
    iModelaではエンドミル90°60°を使用して0.5mmピッチパッケージパターンの切削は、銅箔厚35μmでは厳しく
    パターンが無くなっている箇所があります。

hikaku35u


両面テープでくっついている基板をはがすには100円ショップの”油絵用ナイフ”を使うと簡単にはがせます。 (2012. 3. 15)
両面テープの隙間に差し込んではがします。
基板に両面テープを貼る時にこの油絵用ナイフを入れるところには両面テープを貼らないのがコツです。

ヘラ320x240   ヘラ使い方320x240


切削した基板はスケール付きルーペ(10〜15倍)やUSBカメラ等を使って
パターン幅や溝幅、ショートチェック等データ通りに加工できたかを確認しましょう。 (2012. 4. 12)

ルーペ   カメラ


パターンによっては切削残りが出てしまう場合があります。

削り残り

- 切削残り除去治具 - (2012. 4. 12)

切削残りを除去するために当ショップでは以下のような治具作って対応しています。
使い古しのエンドミル60°の刃先をダイヤモンドヤスリを用いて
顕微鏡を見ながら0.1mm以下に削ります。写真の刃先は、0.07mmです。
作った工具をボールペンケースに工具が入るように加工して取り付けます。
顕微鏡で切削残りを見ながらこの治具で除去していきます。
意外と簡単に除去できます。お試し下さい。

007mm   007mmホルダー

007mmホルダー2   残りを切削


バリ取りには"スコッチブライト" 100円ショップのスポンジでOKです。 (2012. 1. 26)
こすり過ぎるとパターンがなくなりますので注意!
また銅箔面磨きには、台所用のクリームクレンザーもオススメです。 酸化膜が落ち油分や指紋なども除去されてピカピカになります。

バリ取り1   バリ取り2


剥離(ハッチング)加工した基板にグリーンレジストを塗ってみました。 (2012. 1. 26)
パッド部は歯の歯垢取りみたいな先があまりとがっていないもので削るといい感じです。

レジスト1   レジスト2


- 導電ペーストを使用したスルーホール両面基板 - (2013. 7. 24)

両面基板を作る時にスルーホールは欠かせないので両面生基板1枚を使用しスルーホールを作成し、両面加工を行なってみた。
スルーホールを作る時の導電ペーストはテクノペンの中の導電ペーストを使用した。
その他に使用した物は、スキージ、バキュームテーブル、イソプロピルアルコール(IPA)、ドライヤーだ。
簡単な導通チェックを行う裏表のパターンだが作業時間は30分程で終了した。


左からバキュームテーブル、スキージ、EジスPEN(生産終了品)、テクノペン(赤いパッケージ)
今回は手に入るテクノペンを使用した。同じ物を2枚作成して比べるとEジスPENよりテクノペンの方が抵抗値が低かった。

スルーホール1   スルーホール2


ゴム製のスキージで導電ペーストをまんべんなく刷り込む       バキュームBOXで穴に詰まった導電ペーストを吸い取る

スルーホール3   スルーホール4-1


表裏の残った導電ペーストをティッシュペーパーで拭き取ったら
イソプロピルアルコール(IPA)で表面をクリーニング           ドライヤーで表裏を約2分温風乾燥

スルーホール5   スルーホール6


位置合わせを慎重に行ったらパターン加工                表面パターン

スルーホール7   スルーホール8

                                           スルーホールの断面写真
裏面パターン                                   (白い箇所が導電ペーストが付いた所で穴の壁面に綺麗に付いている)

スルーホール9   スルーホール10



- iModela用基板(72mm x 48mm)のバキュームBOXを作ってみた - (2013. 7. 24)

スルーホール11   スルーホール12
・郵便振替
・銀行振込

詳しくはこちらをご覧下さい。
・日本郵便レターパック ライト/プラス
・ヤマト運輸 宅急便

詳しくはこちらをご覧下さい。