Platine mit bedrahteten Bauteilen
Die Enstehungsgeschichte im Überblick
JahrBeschreibung
01/2013Ideenfindung
02/2013Erstellung der Hauptseite
02/2013Neue Artikel hinzugefügt
05/2013Viele neue Gestaltungsmerkmale ergänzt
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Bohrungen, NDK und DK

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Bohrungen

Auch in Zeiten der surface mounted technology (SMT) und der Integration von embedded components, Bohrungen stellen nach wie vor einen zentralen Punkt in der Leiterplattentechnik dar. Sollte selbst ein Design ohne jegliche Durchkontaktierungen und der Nutzung von SMD-Komponenten gelungen sein, so werden diese zumeist im praktischen Nutzen der Fertigung übergeben. Hierbei werden zumindest Fang-/Zentrierbohrungen eingearbeitet – sei es auf dem Nutzenrahmen oder auf der herzustellenden Platine selbst.

Bohrung ist nicht gleich Bohrung

Bohrungen unterteilt man in verschiedene, ihrer Funktion entsprechenden Arten. Eine auf den ersten Blick relativ unscheinbare, jedoch schon zum Entwicklungsbeginn wichtige Bohrungsart ist die sogenannte Montagebohrung. Die Platinenposition und Befestigung innerhalb einer Geräteentwicklung sollte schon recht früh in die Gesamtkonzeption einfließen. Die Kollegen der Gerätekonstruktion werden zumeist zu einem frühen Zeitpunkt (natürlich in Absprache mit dem gesamten Entwicklungsteam) Angaben machen können, welchen Platz der Platine zur Verfügung gestellt werden kann, wo sich sogenannte Sperrzonen befinden (zumeist höhenbegrenzte Bereiche oder Bereiche für Führungsschienen etc.) oder sich eben die Montagebohrungen der Platine befinden sollten. Bei all diesen Vorgaben muss zumeist ein trade-off der bei der Entwicklung eines Gerätes beteiligten Projektteilnehmern und etwaig geltenden Normen oder Ansprüchen an das Gerät eingegangen werden. Aber dieses Thema könnte eventuell in einem gesonderten Kapitel aufgegriffen werden – gehen wir zurück zu den Bohrungen. Wir haben bereits festgehalten, dass Bohrungen der Platinenmontage in einem Gerät oder Gehäuse dienen können. Natürlich kann diese Bohrungsart auch der Fixierung oder Aufnahme von Bauteilen dienen (z.B. Interface-Stecker, Schirmbleche, Platinenhalter o. ä.).

Als nächstes sollen die sogenannten Durchsteiger erwähnt werden. Diese können zum Einen zur Kontaktierung/Montage bedrahteter Bauteile (THT) verwendet werden – zum Anderen können aber auch die verschiedenen elektrischen Lagen auf jegliche Art und Weise miteinander verbunden werden. Je nach Anforderung können hierbei „buried via’s“ (von außen nicht sichtbare Durchkontaktierung, verbindet innere Lagen), „blind via’s“ (äusserlich einseitig sichtbare Durchkontaktierung, endet jedoch in einer der Innenlagen) oder „normale via’s“ (Durchkontaktierung/Verbindung der äußeren Lagen) eingesetzt werden. Bei Kontaktierungen ≥ 100µm spricht man von Via’s, bei Kontaktierungen ≥ 50µm und < 100µm spricht man von Mikrovia’s. Im Übrigen stuft auch der Begriff „Durchkontaktierung“ die verschiedenen Bohrungen ein. Man nennt diese auch bzw. unterscheidet in DK (durchkontaktiert) und NDK (nicht durchkontaktiert). Eine Zuordnung zu den oben benannten Einstufungen ist sicherlich für jeden interessierten Leser ableitbar. Es sei an dieser Stelle allerdings der folgende Hinweis gegeben. Während einzusehen ist, dass NDK’s niemals für Via’s verwendet werden können, können Montagebohrungen durchaus auch als DK deklariert werden. Man kann sich beispielsweise eine notwendige Gehäuse-Platinenkontaktierung vorstellen, für den Fall das eine geschlossene Schirmung erreicht werden soll oder Schutzleiter und Bezugspotential der Platine gegeneinander entkoppelt werden müssen. Wie weiter oben erwähnt können Montagebohrungen auch der Aufnahme von Bauteilen dienen. Zahlreiche Bauteile besitzen signalführende Kontakte. So können die Anschlüsse von Treiberstufen oder Transistormodulen direkt auf die Kontaktflächen der Platine montiert werden. Zahlreiche Beispiele und Anwendungsfälle hierfür findet man mit hoher Wahrscheinlichkeit zur Genüge.

Welche Bohrungen sind möglich

Um den Herstellungsprozess möglichst einfach zu gestalten und auch zu standardisieren, werden die verfügbaren Bohrdurchmesser in Abstufungen von 50µm verwendet. Problemlos sind also Bohrungen von 0,05 – 0,10 – 0,15 – 0,20 -…-6,30 – 6,35 – 6,40mm möglich. Die Grenze von 6,40mm ist nur eine virtuelle Begrenzung. Natürlich können auch größere Bohrungen hergestellt werden – allerdings grenzt sich hierbei der Herstellungsprozess eindeutig ab. Diese Bohrdurchmesser werden bei der Herstellung als Fräskontur betrachtet und eben so auch hergestellt. Für diesen Fall sollte man vorher mit dem Hersteller in Verbindung treten und eventuell mit höheren Kosten rechnen. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt werden Innenfräsungen – also Fräsungen welche nicht zur Außenkontur gehören – mit zusätzlichen Kosten beaufschlagt.

Das Aspect Ratio

Wichtig für den Designprozess ist allerdings nicht nur der größte Bohrdurchmesser, sondern auch (wie könnte es anders sein) der kleinste Durchmesser. Dieser bestimmt zwei weitere Parameter der Leiterplattenherstellung – die maximale Bohrtiefe und somit auch die maximale Dicke der LP. Wie immer gibt es auch hier einen wichtigen beschreibenden Begriff – das Aspect Ratio. Es gibt Auskunft über das Verhältnis von Bohrdurchmesser zu LP-Dicke bzw. Bohrtiefe und kann beim Leiterplattenhersteller online nachgelesen werden oder natürlich auch angefragt werden. Aus dem Verhältnis von Bohrdurchmesser zur Bohrtiefe und bekanntem aspect ratio, lässt sich somit auch der erforderliche minimale Bohrdurchmesser bestimmen. Anders gesagt, multipliziert man die Leiterplattenenddicke (Bohrtiefe) mit der Herstellerangabe des aspect ratio's (oft: 1/8=0,125), erhält man den minimalen Bohrdurchmesser. Eine Unterschreitung kann dazu führen, dass eine Leiterplatte nicht hergestellt werden kann oder fehlerbehaftet ist, da der Hersteller die Prozesssicherheit nur für sein definiertes aspect ratio garantieren kann. Probleme können dann während des Galvanisierungsprozesses von Durchkontaktierungen entstehen. Ein sauberes und sicheres Abscheiden von Kupfer an der Bohrwandung bzw. ein Durchfluten des Elektrolyts des Bohrloches kann nicht zwangsläufig garantiert werden.

Maßangaben in Millimeter oder mil?

Für den Fall, dass eine LP im imperialen Maß erstellt wird, sollte jedem bewusst sein, dass die Hersteller bestimmte mil-Bereiche einem metrischen Bohrtool zuordnen. Es bleibt dem Leser überlassen, dies der pro oder contra Spalte im scheinbar ewigen Kampf zwischen metrischem und imperialem Maßsystem zuzuordnen. Wichtiger für den Hersteller ist eine saubere und einheitliche Dokumentation der Fertigungsunterlagen. Hierzu gehört auch die Erstellung eines Bohrplanes. Hierin sollte eine Bohrtooltabelle mit Toolzuordnung zu jedem vorhanden Bohrdurchmesser ebenso enthalten sein, wie eine Unterscheidung/Zuordnung von DK oder NDK. Die Anzahl der verschiedenen Bohrungen sollte pro Bohrtool ebenfalls aufgelistet sein. Ein sauber erstellter Bohrplan enthält auch eine Übersichtszeichnung, welche jede Bohrung durch eine einmalig vergebene und in der Bohrtooltabelle aufgeführte Symbolik ersetzt. Manche EDA-Software bietet auch nur die Möglichkeit an, Bohrdurchmesser einem Buchstaben (oder einer Buchstabenkombination) zuzuordnen. Leider ist dies nicht durchgehend standardisiert. Entsprechend unterschiedlich kann die verfolgte Philosophie sein. Allerdings sollte dies kein Anlass dafür sein, dem Hersteller nicht die Art der Dokumentation zur Verfügung zu stellen, die er für einen sauberen Produktionsprozess benötigt. Schließlich geht es ja um das eigene Kunstwerk. Wem nützt es folglich etwas, Informationen zurückzuhalten!

Quickinfo Designtipps:

  • Bohrtools sind in Größenabständen vom 50µm (0,05mm) verfügbar
  • Abstand Bohrwandung zur Board Outline (LP-Kontur) muss mindestens 1mm betragen
  • Angabe des Bohrdurchmessers gibt immer den Endbohrdurchmesser an. Der LP-Hersteller passt entsprechend seinen Fertigungsprozess an diese Gegebenheit an, da bei DK’s die Galvanisierung bzw. Aufkupferung der Bohrhülse (Materialaufbringung) und das Verhalten des Laminats beim Bearbeiten entsprechend mit eingerechnet werden muss. (meist: Bohrtool = Enddurchmesser + Zugabe von 100µm)
  • Toleranzen des Herstellungsprozesses innerhalb des Designprozesses mit einfließen lassen (ca. ±50µm)
  • Abstand von NDK-Bohrungen zur Leiterbildstruktur muss umlaufend mindestens 500µm betragen (gilt auch für Masseflächen auf den Außenlagen und Powerplanes auf den Innenlagen)
  • Abstand NDK-Bohrungen zur Lötstoppmaske muss umlaufend 50µm betragen (Freistellung der Bohrung)




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