DFM: otwory w PCB

Rozważenie wielu potencjalnych problemów przed przesłaniem dokumentacji do produkcji może znacznie wpłynąć na czas realizacji, jakość i koszt PCB. Ważną kwestią, której czasami nie poświęca się należytej uwagi, są otwory na płytce PCB. Większość projektantów skrupulatnie rozważa odstępy i rozmiar, jednak nie zawsze zastanawia się, w jaki sposób wpływają one na proces produkcyjny. Zastosowanie prostych zasad DFM w odniesieniu do projektowania PCB, w tym wytycznych dotyczących wiercenia otworów może mieć zaskakująco znaczący wpływ na procesy produkcyjne.

Najważniejszymi kwestiami DFM, dotyczącymi wierconych otworów, są wymagania dotyczące rozmiarów otworu i odstępów od innych elementów powierzchniowych oraz współczynnik drill aspect, opisujący stosunek średnicy i głębokości otworu. Przy ich określaniu należy wziąć pod uwagę znacznie więcej niż tylko rzeczywisty rozmiar wierconego otworu.

Wymagania dotyczące rozmiarów otworów i odstępów

Zasadniczo, istnieją dwa rodzaje otworów: niepowlekane i powlekane, czyli odpowiednio non-plated through holes NPTH oraz plated through holes (PTH). NPTH to otwory, które nie przewodzą prądu i dlatego nie wymagają przewodzącego wykończenia, a ich najczęstszym typem są otwory montażowe. Z drugiej strony, PTH są zwykle nośnikami sygnału lub ścieżkami zwrotnymi masy, a więc przenoszą prąd i wymagają przewodzącego poszycia. PTH są zwykle przelotkami między warstwami zewnętrzną i wewnętrzną lub  warstwami wewnętrznymi.

Istnieją pewne ogólne zasady, które należy zastosować do NPTH i PTH w każdym projekcie, a ich ominięcie zwykle oznacza znaczące wydłużenie czasu realizacji PCB.

Niepowlekany otwór przelotowy (NPTH)

• Minimalny rozmiar wykończonego otworu = 0,006"
• Minimalny odstęp od krawędzi otworu od dowolnego innego elementu na powierzchni = 0,005"

Platerowany otwór przelotowy (PTH)

• Minimalny rozmiar wykończonego otworu = 0,006"
• Minimalny rozmiar pierścienia wokół otworu= 0,004”
• Minimalny odstęp od krawędzi do dowolnego innego elementu na powierzchni = 0,009". Składa się na tę wartość minimalny rozmiar pierścienia (0,004”) oraz minimalna długość od padu (solder dam) (0,005”)

Wzajemne relacje średnicy otworu, pierścienia i odległości od padu pokazane są na poniższym rysunku.

Źródło: PCB Drill Rules: Hole Tolerance, Aspect Ratio, and Other DFM Considerations, Tempo Automation

Ograniczenia proporcji otworów

Podczas wiercenia otworów, czy to montażowych, czy też przelotek, producenci płytek są ograniczeni grubością płytki, a także średnicą i głębokością pracy posiadanych frezarek, laserów lub innego sprzętu produkcyjnego. Ograniczenia te są ogólnie wyrażane w formule współczynnika, który opisuje proporcję między głębokością a średnicą otworu.

W przypadku montażowych otworów przelotowych współczynnik można obliczyć za pomocą następującego równania:

Współczynnik (aspect ratio through holes) = grubość PCB / średnica otworu

W przypadku przelotek, w których otwór może nie przechodzić przez całą płytkę, współczynnik można określić w następujący sposób:

Współczynnik (aspect ratio via) = głębokość wiercenia / średnica otworu

Współczynnik kształtu dla standardowego wiercenia jest ograniczony do 10:1. Niektóre firmy stosują zaawansowane techniki wiercenia, pozwalające zwiększyć współczynnik do 20:1. Jeśli rozmiar otworu jest mniejszy niż 0,006”, wymagane jest wiercenie laserowe o współczynniku 2:1. Taka wartość współczynnika ogranicza ich zastosowanie do dwóch zewnętrznych warstw lub wymaga konstrukcji sekwencyjnej, co zwiększa czas i koszty produkcji.

Inne uwagi dotyczące DFM

Oprócz rozmiarów wierconych otworów, odstępów i proporcji, należy również wziąć pod uwagę rodzaj używanej przelotki. Na przykład, jeśli oszczędność miejsca jest głównym problemem, możesz zastosować otwór typu via-in-pad. Jeśli jednak najważniejszy jest czas realizacji, trzeba by rozważyć inne opcje, jako że via-in-pad oznacza zazwyczaj dwa dodatkowe dni procesu produkcyjnego.

Dobry DFM to coś więcej niż tylko decyzja, gdzie umieścić otwory. Jeśli zastosujesz się do zasad wiercenia PCB, projekt stanie się przyjazny dla procesu produkcji i powinien skutkować dobrze skonstruowanymi i niezawodnymi płytkami.

Źródło: PCB Drill Rules: Hole Tolerance, Aspect Ratio, and Other DFM Considerations, Tempo Automation

Podsumowując, dobry pod względem DFM projekt powinien przestrzegać trzech zasad, odnoszących się do wiercenia otworów w PCB. Po pierwsze, aby zmniejszyć trudności podczas produkcji, należy stosować przelotki większe niż 0,010”. Po drugie, należy trzymać się współczynnika proporcji nie większego niż 10:1, co z kolei zapobiega wydłużeniu czasu realizacji. Po trzecie, rozmieszczenie otworów w odległości co najmniej 0,009 cala od padów minimalizuje problemy z montażem.

Opracowano na podstawie PCB Drill Rules: Hole Tolerance, Aspect Ratio, and Other DFM Considerations, © Tempo Automation