Neben der Außenkontur haben viele Layouts innere Ausbrüche: ein Fenster für einen Steckverbinder, eine Öffnung für einen Trafokern, einen Schlitz zur Verlängerung der Kriechstrecke. Gefräst werden sie meist auf einer CNC-Fräsmaschine mit rotierendem Schaftfräser. Weil das Werkzeug rund ist, folgt die Geometrie festen Regeln. Eine Zeichnung, die sie ignoriert, kommt in der Regel mit einer technischen Rückfrage zurück.
Dieser Beitrag behandelt nur die Fräsgeometrie im Inneren der Platine. Toleranzen der Außenkontur und das Ritzen stehen in Konturfräsen und Außenkontur-Toleranzen.
Jede Innenecke hat einen Radius
Fährt der Fräser die Kontur ab, kann seine Schneide in einer Innenecke nur einen Bogen beschreiben. Der kleinste Innenradius entspricht dem Radius des Fräsers. Eine in der Zeichnung scharfe 90°-Ecke wird trotzdem rund.
Außenecken unterliegen dieser Grenze nicht. Der Fräser läuft außen herum, die Ecke bleibt scharf.
Folgen für die Konstruktion:
- Ein eckiges Bauteil oder ein Vierkantanschluss in einem eckigen Ausbruch sitzt auf den Eckradien auf.
- Ein kleinerer Fräser verkleinert den Radius, bricht aber leichter und fräst langsamer. Er passt nicht zu jeder Kontur.
- Mit zunehmender Plattendicke wird die Auswahl kleiner Fräser meist enger. Der tatsächliche Fräserdurchmesser wird in der technischen Klärung bestätigt.
Eckige Bauteile einsetzen: Dog-Bone-Freistich
Müssen die Ecken eines Bauteils vollständig in den Ausbruch fallen, setzt man einen Dog-Bone- oder T-Bone-Freistich: In jeder Innenecke wird ein zusätzlicher kleiner Kreis nach außen gefräst, in den die scharfe Bauteilecke fällt. Der Preis sind vier kleine Kerben am Rand, deren Abstand zu Kupfer und Pads geprüft werden muss.
Die Alternative liegt beim Bauteil: Hat es bereits gefaste Ecken, genügt oft die Freigabe des Innenradius.
Schlitzbreite und Fräserdurchmesser
Ein Schlitz entsteht, indem ein Fräser einmal entlang der Mittellinie oder einmal um die Kontur fährt. Schmaler als der Fräser kann er nicht werden. Schmalere Schlitze werden mitunter als Bohrungsreihe mit Nachfräsen gefertigt, was eine gewellte Kante hinterlässt. Die Schlitzenden sind halbrund, nicht eckig.
Schlitze als „Breite × Länge“ bemaßen und angeben, ob die Länge als Gesamtlänge (mit beiden Halbrunden) oder als Mittenabstand gilt. Beide Lesarten unterscheiden sich um einen Fräserdurchmesser.
Durchkontaktierte und nicht durchkontaktierte Schlitze
- Nicht durchkontaktierte Schlitze (NPTH) werden nach dem Galvanisieren gefräst. Die Wand ist blankes Basismaterial, das Maß kommt direkt vom Werkzeug.
- Durchkontaktierte Schlitze (PTH) müssen vor dem Galvanisieren gefräst und danach metallisiert werden. Die Endbreite ist um die doppelte Kupferdicke kleiner als die Fräsbreite; die Toleranz ist daher meist größer als bei NPTH.
Die Seite Fertigungstoleranzen führt Slots und Internal Cutouts getrennt nach durchkontaktiert und nicht durchkontaktiert. Konstruiert wird auf das Endmaß.
So gehört es in Zeichnung und Gerber
- Endkontur auf der Mechaniklage zeichnen, nicht die Fräsermittelbahn. Konturen geschlossen; Ausbrüche über Lage oder Linientyp klar von der Außenkontur getrennt.
- Maximal zulässigen Innenradius angeben. Das ist eindeutiger als eine scharfe Ecke mit dem Zusatz „Radius zulässig“.
- Durchkontaktierung in der Zeichnung kennzeichnen: welcher Schlitz PTH, welcher NPTH ist. Nicht aus der Bohrdatei ableiten lassen.
- Dieselben Bezüge wie für die Außenkontur. Ausbrüche von Aufnahmebohrungen oder Plattenkanten bemaßen; siehe Fertigungstoleranzen und Zeichnungsangaben.
- Eine Quelle für Allgemeintoleranzen nennen: IPC-2615 oder ISO 2768, nicht beides gemischt.
- Kupfer von Fräskanten zurücknehmen. Kupfer an einer Fräskante kann sich abheben oder freiliegen; Innenlagen brauchen mehr Abstand als Außenlagen.
Häufige Gründe für Rückfragen
- Eckiger Ausbruch mit scharfen Ecken für ein Bauteil ohne Fase, ohne Freistich.
- Schlitzbreite kleiner als der verfügbare Fräser oder Schlitzlänge nicht definiert.
- PTH-Schlitz nicht als durchkontaktiert gekennzeichnet oder Bohrdatei ohne Mechaniklage.
- Ausbruch überschneidet die Außenkontur oder Mechanikkontur nicht geschlossen.
So arbeitet SKPCB
In der technischen Klärung (EQ) prüft SKPCB Mechanikkonturen, Innenradien, Schlitzbreiten und Durchkontaktierung und stellt vor der Fertigung eine Rückfrage, wenn ein Merkmal nicht zur Fräsgeometrie passt. Standardtoleranzen für Kontur, Schlitze und Ausbrüche stehen unter Fertigungstoleranzen, der Fertigungsumfang unter Fähigkeiten. Sonderausbrüche lassen sich mit Mechanikzeichnung über Angebot anfordern einreichen.
Zusammenfassung
Die Form eines gefrästen Innenmerkmals bestimmt das Werkzeug: Innenradius gleich Fräserradius, Schlitzbreite mindestens Fräserdurchmesser, durchkontaktierte Schlitze werden schmaler. Wer die Endkontur zeichnet und Innenradius sowie Durchkontaktierung angibt, spart eine Runde Rückfragen.
FAQ
F: Lässt sich eine echte 90°-Innenecke fräsen?
A: Mit einem rotierenden Fräser nicht. Der Innenradius ist mindestens der Fräserradius. Muss ein Bauteil vollständig hineinfallen, hilft ein Dog-Bone-Freistich.
F: Wie klein darf der Innenradius sein?
A: Das hängt vom kleinsten nutzbaren Fräser ab, und dieser von Plattendicke und Material. Den größten zulässigen Radius in die Zeichnung schreiben und von der Technik bestätigen lassen.
F: Warum ist die Toleranz bei PTH-Schlitzen größer?
A: Sie werden vor dem Galvanisieren gefräst; Schwankungen der Wandkupferdicke addieren sich zur Endbreite.
F: Wie wird die Schlitzlänge bemaßt?
A: Angeben, ob Gesamtlänge mit Halbrunden oder Mittenabstand gemeint ist. Sonst unterscheiden sich die Lesarten um einen Fräserdurchmesser.
F: Darf die Gerber-Datei die Fräsermittelbahn zeigen?
A: Nicht empfohlen. Die Mechaniklage zeigt die Endkontur; die Werkzeugkorrektur erfolgt im CAM des Herstellers.
F: Wie viel Abstand braucht Kupfer zur Fräskante?
A: Nach den Konstruktionshinweisen auf der Seite Fertigungstoleranzen. Innenlagen brauchen mehr Abstand als Außenlagen.