PCB Design: Gestaltung von Leiterplatten-Nutzen [HowTo]
Erfahren Sie in diesem Artikel wie Sie Leiterplatten-Nutzen gestalten um eine problemlose Fertigung Ihres Produkts zu erzielen.
Nutzen bei der Leiterplattenbestückung
In der hoch automatisierten Elektronikfertigung werden Maschinen in einem sogenannten Inline-Verbund eingesetzt. Dies trifft am häufigsten für den Bereich der SMD-Bestückung zu. Das bedeutet, dass die Maschinen als Linie hintereinander angeordnet und mit Transportbändern verbunden sind. Auf den Transportbändern liegen die zu bestückenden Leiterplatten und werden von einem zum nächsten Fertigungsabschnitt befördert.
Eckdaten zur Inline-Fertigung
- Eine Randfreistellung ist zwingend für den Transport erforderlich.
- Minimales Boardmaß von 50 x 50mm.
- Maximales Boardmaß von 400 x 250mm (beim manuellen Einlegen der Karte ist ein Boardmaß von 508 x 508mm möglich).
Abweichende Maße sind jedoch nicht ausgeschlossen, sprechen Sie uns an!
Nutzengestaltung aus fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Gründen
Aus fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Gründen werden Nutzen gestaltet, die z. B.
- nicht-rechtwinklige Leiterplatten aufnehmen,
- zu kleine Leiterplatten auf das minimale Boardmaß für den Transport bringen,
- Starr-Flex-Leiterplatten eine höhere Stabilität geben,
- Baugruppen mit verschiedenen Platinen in einem Nutzen vereinen,
- sehr viele kleine Platinen in einem Nutzen zusammenfassen.
Der Aufbau eines Nutzens
Ein Nutzen besteht aus einer oder mehreren Leiterplatten, die entweder komplett oder über Reststege miteinander verbunden sind.
Man unterscheidet hierbei in Ritz- oder Kerbnutzen und in Fräsnutzen mit Haltestege. Zusätzliche Bohrungen im Haltesteg erleichtert das spätere Vereinzeln der Platinen. Eine Kombination aus Ritz- und Fräsnutzen ist (wenn machbar) sinnvoll, um die Fräskosten auf ein Minimum zu reduzieren.
Die Position und Anzahl der Stege sind sorgfältig in Abhängigkeit zur Nutzen- bzw. Leiterplattengröße, Bauteilposition und zur Leiterplattendicke festzulegen, um sowohl eine ausreichende Stabilität, als auch das Vereinzeln der Leiterplatten aus dem Nutzen mit möglichst geringem mechanischen Stress für Lötstelle und Bauteil gewährleisten zu können.
Wird vom Kunden die Geometrie und Art des Steges nicht vorgegeben, so wird durch Kuttig Electronic ein Steg realisiert.
Damit es bei der Nutzengestaltung, Bestückung und dem anschließendem Vereinzeln nicht zu unerwünschten Fehlern kommt, haben wir nachfolgend einige Designregeln zusammengetragen.
Designregeln zur optimalen Fertigung
Für eine optimale Fertigung Ihres Produkts empfehlen wir folgende Eckdaten:
Einzelkarte mit Abbruchrand
Werden Bauteile am äußeren Rand der Leiterplatte gesetzt, kann diese in der Fertigungslinie nicht mehr automatisch transportiert werden. SMD-Bauteile müssen daher einen Mindestabstand zur Außenkontur von ≥ 3mm aufweisen und THT-Bauteile mindestens ≥ 5mm. Ist dies nicht einzuhalten, so muss ein Abbruchrand (oder Nutzen) definiert werden.
Ritznutzen
Leiterplatten im Ritznutzen platzieren Sie ohne Abstand. Wegen den Toleranzen beim Ausbrechen der Einzel-Leiterplatten sollten alle Leiterbahnen und Kupferflächen einen Abstand von ≥ 0,5mm zur Ritzkante haben.
Ritz-Fräsnutzen
Zu beachten ist, dass Sie den Abstand zwischen den geritzten Leiterplatten mit 0,0mm berechnen und zwischen den gefrästen Leiterplatten einen Abstand von 2,0mm einplanen.
Alle Leiterbahnen und Kupferflächen sollten zur Ritzkante einen Abstand von ≥ 0,5mm und zur Fräskante einen Abstand von ≥ 0,2mm haben.
Fräsnutzen mit positiven Stegen
Bei einem Fräsnutzen mit positiven Stegen bleibt nach dem vereinzeln (trennen) der Leiterplatten ein kleiner Überstand am Platinenrand. Diese Variante ist günstiger in der Leiterplattenherstellung aber im Gegensatz zum Fräsnutzen mit negativen Stegen nicht geeignet für einen passgenauen Einbau in ein Gehäuse.
Siehe auch Sicherheitsabstände (Sperrflächen) für den Stegtrenner "Hektor".
Sicherheitsabstände (Sperrflächen) für den Nutzentrenner "Hektor" (rote Bereiche)
Der Stegtrenner Hektor ist ein Werkzeug zum Trennen von Mehrfachnutzen. Leiterplatten werden in der Fräsnut über das Messer auf die Matrize gesetzt. Der Steg wird unter das Stanzmesser geschoben. Per Fußschalter wird der Steg dann über einen Druckluftzylinder ausgestanzt.
| Bezeichnung | Beschreibung | Maße |
|---|---|---|
| A | Fräsnutbreite | 1,5 - 3 mm |
| B | Schnittlänge | ≥ 6 mm |
| C | Fräsnutlänge | ≥ 19 mm |
| D | Bauteilfreiheit | ≥ 22 mm |
| E | Bauteilfreiheit | ≥ 3 mm |
| F | Stegbreite | ≥ 2,5 - 3 mm |
Fräsnutzen mit Perforationsbohrung im Haltesteg
Wenn anwendungsbedingt (z.B. Einbau in ein Gehäuse) keine Überstände an den Leiterplatten erlaubt sind, werden die Leiterplatten mittels negativer Sollbruchstellen angebunden.
- Sämtliche Leiterbahnen und Kupferflächen sollen einen Mindestabstand (Sperrfläche) von ≥ 0,5mm zur Außenkontur haben.
- Einzelplatinen immer in eine Richtung in den Nutzen legen (IPC-2221A), keine Drehung um 90° vornehmen. Kann sonst bei weiteren Fertigungsprozessen zu Problemen führen. Zum Beispiel beim SMT Wellenlöten entstehen Lötbrücken, da die bevorzugte Bauteilausrichtung nicht eingehalten wird. (IPC-2221A)
- Alle Einzelplatinen sind (wenn möglich) mindestens mit 4 Stege zu versehen.
Kuttig Standard 1 einer negativen Sollbruchstelle
| A | Sperrfläche zur Außenkontur ≥ 0,5 mm |
| B | Reststegbreite ~ 0,3 - 0,4 mm |
| C | Steg |
Kuttig Standard 2 einer negativen Sollbruchstelle
| A | 4,8 mm |
| B | 2,8 mm |
| C | 2,0 mm |
| D | 1,2 mm |
| E | 2,6 mm |
| F | 0,3 mm |
| G | 1,0 mm |
Mögliche Fehler bei der Nutzengestaltung
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