Designtipps für Ausschnitte und Bohrungen in der Leiterplatte

Spezielle Bauteile, Steckverbinder, Gehäuse, Kabel, Module und andere mechanische Teile, die auf unseren Leiterplatten befestigt werden, können Platz benötigen, der nicht einfach ein rundes Bohrloch ist. Für diese speziellen Aussparungen fertigen wir Ausschnitte.

Zunächst definieren wir, wovon wir sprechen, denn für einige dieser Begriffe gibt es keinen Konsens. Wir können zwischen zwei Arten von Formen unterscheiden, die der Leiterplatte entnommen werden:

Bohrung: ein kreisförmiges Loch, das durch die Leiterplatte geht und mit einem runden Bohrer gefertigt werden kann.

Ausschnitt: jede Form von Loch, die keine Bohrung ist.

Als eine Untermenge von Ausschnitten definieren wir auch

Schlitz: ein Ausschnitt mit einer konstanten Breite, die dem Durchmesser eines runden Bohrers entspricht; er ist definiert als eine einzige Bewegung vom Anfangs- zum Endpunkt.

Bohrungen und Ausschnitte können vollständig innerhalb der Leiterplatte also, innerhalb der Kontur liegen oder sich mit der Kontur überlappen, so dass sie bei der Herstellung der Leiterplatte als Teil der Kontur erscheinen. Die Kontur selbst wird mit einem runden Schneidwerkzeug gefräst; typischerweise mit einem Durchmesser von 2 mm.

Wir können nun unsere Definitionen weiter in zwei Typen verfeinern:

Bauteile-Ebene: Bohrungen und Ausschnitte, die als Teil eines Bauteils im PCB-Design-Tool definiert werden und in einer Bohrdatei enthalten sind, die an den Hersteller geliefert wird.

Leiterplatten-Ebene: Bohrungen und Ausschnitte, die als Teil der Leiterplattenkontur oder auf einer mechanischen Lage definiert sind und nicht in einer Bohrdatei erscheinen.

Wie Ausschnitte hergestelt werden

Als Designer ist man versucht zu denken, dass Bohrungen und Ausschnitte in etwa das Gleiche sind: man bohrt entweder oder man bohrt und bewegt sich in der X-Y-Achse (was wir oben als Fräsen bezeichnen). Nun, so einfach ist es nicht, wie ich immer wieder bei den von mir gewählten Themen sage.

Um vollständig zu verstehen, wie unsere Bohrungen und Ausschnitte hergestellt werden, lassen Sie uns die folgenden zwei Phasen im Fertigungsprozess definieren:

Bohrprozess: Dieser Schritt wird zu Beginn des Fertigungsprozesses durchgeführt, in der Regel vor dem Aufbringen des Außenkupfers. Er erfordert sehr enge Toleranzen, um die Vorgaben an die Kupferschicht bestmöglich zu realisieren.

Fräsprozess: Dieser Schritt wird normalerweise ganz am Ende des Fertigungsprozesses durchgeführt, wobei die mechanischen Toleranzen im Vergleich zum Bohren lockerer sind. (Eurocircuits derzeitige Dimensionierungstoleranz beim Fräsen beträgt 0,20 mm, was für die Bohrphase in Anbetracht der Größen der Kupferschichten unmöglich funktionieren könnte).

Auch wenn die Prozesse Bohren und Fräsen normalerweise mit unterschiedlichen Maschinen durchgeführt wird, können wir davon ausgehen, dass sie die gleichen Fähigkeiten und Eigenschaften haben. Das muss auch so sein, denn obwohl wir es als Bohrprozess bezeichnen, wird dann auch etwas gefräst, worüber wir gleich sprechen werden.

Wie bereits erwähnt, haben die Operationen des Fräsprozesses eine geringere Toleranzspezifikation als die des Bohrprozesses. Das hat zwei Gründe. Erstens führen die Kräfte, die das Fräsen = Bewegung in X-Y-Richtung auf den Spindelkopf ausübt, dazu, dass er mit der Zeit schneller an Genauigkeit verliert, als wenn er nur bohren würde. Und zweitens wurden die Positionslöcher, mit denen die Leiterplatte auf der Fräsmaschine platziert wurde, in der Bohrphase erstellt. Das bedeutet, dass sich die Fräsposition während des gesamten Fertigungsprozesses leicht verschieben kann, was sich auf die Positionstoleranz des Fräsprozesses auswirkt.

Warum sollte sich ein Designer um all das kümmern?

Eine berechtigte Frage. Der Grund dämmerte mir, als ich für diesen Artikel recherchierte: Wenn wir maximale Ausschnittgenauigkeit und engere Toleranzen in Bezug auf andere Bohrungen, Pads oder Aussparungen wollen, dann sollten wir sie im Bohrprozess ausführen! Bohrungen, ob metallisiert oder nicht, werden standardmäßig in diesem Prozessschritt ausgeführt. Um sicherzustellen, dass Ausschnitte ebenfalls in dieser Phase ausgeführt werden, können wir sie als metallisiert definieren oder sie in die Bohrdatei aufnehmen, indem wir sie als Teil einer Komponente oder Aussparungen auf Komponentenebene definieren.

 Die Bereitstellung von Gerber X2/X3-Bohrdateien hilft dem Leiterplattenhersteller bei der korrekten Verarbeitung von Bohrungen und Ausschnitten, da sie speziellere Informationen als ältere Formate enthält. Verwenden Sie diese, wenn möglich!

Die Definition von Ausschnitten auf Komponentenebene ist in zweierlei Hinsicht von Vorteil. Erstens hält sie die Abstandstoleranz zwischen Features desselben Bauteils so gering wie möglich. Und wenn der Designer das Bauteil in seinem Konstruktionswerkzeug bewegt, bewegen sich die Bohrungen und Ausschnitte mit, während dies bei Ausschnitten auf Leiterplattenebene nicht der Fall ist.

Bohren und Fräsen bei Eurocircuits

Wie immer hängen gute Ergebnisse von eindeutigen Daten und Kommunikation ab. Nutzen Sie die Empfehlungen auf unserer Webseite, wie Sie Schlitze und Ausschnitte am besten angeben, wenn Sie bei ihrem Leiterplattenfertiger bestellen.

https://www.eurocircuits.de/pcb-designrichtlinien-mechanische-lagen/