操作指南

如何用 CNC 铣床制作 USBtinyISP 编程器

本指南介绍如何用 CNC 铣床从 FR4 毛坯板制作 USBtinyISP 编程器：铜层隔离铣削、钻孔和手工回流焊。面向希望不订购制板、直接做出可用 AVR 编程器的工程师和创客。读完后，你可以判断隔离铣削是否适合你的布局、起始深度和进给取多少，以及这种方法在什么情况下不再实用。

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隔离铣削0.15–0.30 mm 深度FR4 毛坯AVR ICSP

本页内容

本文内容

1
要点速览
2
CNC 铣床制作 USBtinyISP 编程器需要什么
3
刀具、主轴与材料选择
4
决定板子能否工作的 CAM 设置
5
分步操作：切割与组装电路板
6
隔离铣削与这块板其他做法的对比

快速回答

要点速览

深度窗口很窄从 0.15 mm 切深开始，按 0.05 mm 递增，直到铜层清除干净。

0.4 mm 铣刀是实用下限细间距焊盘需要 0.2–0.3 mm 刀具，且主轴跳动要小。

先钻孔再铣隔离顶层铜完整时，孔位保持得更好。

首块板不做阻焊裸铜加助焊剂回流即可；阻焊会多一道对位问题。

双面板需要定位销用 3 mm 定位销插在工艺边定位，不要用胶带。

切削之前

CNC 铣床制作 USBtinyISP 编程器需要什么

USBtinyISP 是基于 ATtiny2313 的小型 AVR 编程器，带 USB Type-B 连接器、6 针 ICSP 排针和两个状态 LED。参考设计是公开的，所以这块板网络很少：USB 数据对、ISP 信号线、一个晶振和少量无源件。网络少正是它适合在桌面 CNC 铣床上做隔离铣削的原因。

首先要决定是铣铜层还是铣托板。隔离铣削沿每条走线切出 0.2–0.4 mm 的隔离槽，保留需要的铜、去掉其余部分。托板只是夹住买来的板子做外形修边。如果目标是做出能用的编程器，隔离铣削路径更短，但每个细间距焊盘都受刀具直径限制。

开始前核对三个数字：布局中的最小线宽和间隙、最小焊盘间距、钻孔数量。如果布局用 0.254 mm 间隙、2.54 mm 间距上的 0.6 mm 焊盘，0.4 mm 刀具可用。如果用到 0.15 mm 间隙或 0.5 mm 间距的 SMD，同一把刀会连锡或断刀。

单面布局是稳妥方案。把所有 SMD 件放在顶层铜上，少数无法避免的交叉用 0.3 mm 导线在底层飞线。这样省去翻面对位，而首块板大多败在这一步。

1
适合单面布局、0.254 mm 间隙、通孔或 1.27 mm 间距 SMD
2
有风险0.15 mm 间隙、0.5 mm 间距 QFN、器件下方密集铺铜
3
工具不对3 mm 平底刀无法干净地加工 2.54 mm ICSP 排针焊盘

刀具

刀具、主轴与材料选择

用 30° 或 45° 螺旋角的两刃硬质合金铣刀。0.4 mm 刀具是这块板的通用选择：能清 0.254 mm 间隙，也能承受 0.15 mm 切深。小于 0.3 mm 刀具变脆，主轴跳动超过 0.01 mm 时，走几百毫米就会断尖。

在 FR4 上主轴转速比进给更重要。隔离走刀用 18,000–24,000 rpm、进给 200–400 mm/min。FR4 有磨蚀性，进给慢会磨刃口并烧树脂，小刀具进给快会崩刃。如果切削声像砂纸打磨，说明进给太低。

基材用 1.5 mm 或 1.6 mm FR4 覆铜毛坯，铜厚 35 μm。铜更厚需要更慢进给和更浅切深。100 × 100 mm 毛坯够做这块板，还能在同一块上留出第二次尝试的空间。

把毛坯压平。常用装夹是双面胶加四角 M3 压板。边缘附近不要只靠胶带。任何 0.05 mm 的翘起都会改变实际切深，在走线之间留下铜刺。

1
刀具两刃硬质合金，0.4 mm，30–45° 螺旋角
2
主轴18,000–24,000 rpm，跳动小于 0.01 mm
3
进给隔离 200–400 mm/min，钻孔 60–120 mm/min
4
毛坯1.6 mm FR4，35 μm 铜，100 × 100 mm

CAM 设置

决定板子能否工作的 CAM 设置

隔离走刀次数设为两次。0.2 mm 偏置的第一刀去掉大部分铜，0.5 mm 偏置的第二刀清余量。用大偏置一刀切完会让刀具负载过大，把铜箔掀起而不是剪断。

清铜走刀用 50% 步距，并让刀具保持在板框内。板边留 2 mm 铜边，能增加毛坯刚性，也给压板着力点。最后在外形走刀中切除。

CAM 中的走线间隙按布局间隙设置，不要按刀具直径。布局间隙 0.254 mm、刀具 0.4 mm 时，刀具只能切出 0.4 mm 槽，铜会从走线边缘退让。输入真实间隙，让 CAM 给出警告。

刀路顺序：先钻孔，再隔离，最后外形。在未铣铜的板上钻孔，表面平整、钻头居中。铜被切掉后，钻头可能偏进槽里钻出椭圆孔。如果钻头偏，在 1.0 mm 孔前加 0.3 mm 定心钻。

1
隔离走刀两刀，偏置 0.2 mm 和 0.5 mm
2
步距清铜 50%，外形 40%
3
刀路顺序钻孔、隔离、外形
4
边框在板子周围保留 2 mm 铜，直到最后一刀

操作步骤

分步操作：切割与组装电路板

从毛坯到烧录芯片的六个步骤

1
找平毛坯用 6 mm 平底刀具以 0.05 mm 深度铣削表面，去除氧化层并找平顶面。然后测头或垫片调整，直到 80 mm 范围内表面平面度在 0.02 mm 以内。
2
钻所有孔元件引脚用 0.8–1.0 mm，ICSP 排针用 1.0 mm，安装角孔用 3.0 mm。先点钻 0.2 mm 深。进给 60–120 mm/min，每步啄钻 0.4 mm。
3
铣隔离槽装上 0.4 mm 刀具，在铜面上对刀，第一刀设为 0.15 mm。用放大镜检查。只有残留铜桥时才加深到 0.20 mm。超过 0.30 mm 有铜箔翘起的风险。
4
铣外形用 1.0 mm 刀具，每刀 0.5 mm 深，1.6 mm FR4 分四刀。留两个 2 mm 连接筋，防止最后一刀时板子移位。掰断连接筋并锉边。
5
检查通断焊接前用万用表逐条网络测通断。测 5 V 电源、地和每条 ISP 线。用 0.3 mm 刮刀清除任何短路桥并复测。现在修短路比拆焊插座快。
6
焊接与烧录先固定 ATtiny2313 和 USB 连接器，再焊晶振和无源件。用助焊剂和 200–220 °C 热板回流，或用细尖烙铁在 320 °C 手焊。插入 USB，在设备列表中确认编程器，然后执行首次烧录并校验回读。

决策表

本板的隔离铣削与其他线路方案对比

按你的布局和数量选择对应行

方法	适用场景	典型限制	注意事项
CNC 隔离铣削	单面，0.254 mm 间隙	0.4 mm 刀具，0.3 mm 线宽	焊盘间铜丝残留
仅 CNC 铣外形	从板厂采购的电路板	工装夹具的平面度	刀具撞夹具
化学蚀刻	0.15 mm 密集布局	蚀刻液处理	蚀刻不足与针孔
板厂下单	超过 5 件	3–5 天交期	每单装夹成本