Neue Serie zur Fertigungstechnik Platinen fertigungsgerecht gestalten: Ritzen und Fräsen

Autor / Redakteur: Dr. Christoph Budelmann * / Kristin Rinortner

Mit diesem Design-Tipp beginnen wir eine neue Serie zur Fertigungstechnik. Denn Fertigungsprozesse müssen Hersteller bereits in der Entwicklungsphase der Leiterplatte bis zum Ende mitdenken. Der erste Tipp analysiert die Fallstricke beim Trennen der Nutzen.

Firmen zum Thema

Leiterplatten-Design: Vielfältige Beschädigungen von Bauelementen und Leiterplatten können beim Ritzen und Fräsen der Nutzen auftreten, wenn man beim Platinen-Design nicht aufpasst.
Leiterplatten-Design: Vielfältige Beschädigungen von Bauelementen und Leiterplatten können beim Ritzen und Fräsen der Nutzen auftreten, wenn man beim Platinen-Design nicht aufpasst.
(Bild: Budelmann Elektronik)

Auch wenn Entwicklung immer das Potential von Fehlern beinhaltet – so mancher Konflikt zwischen Fertigungs- und Entwicklungsabteilung wäre vermeidbar. Den Klassiker kennen Sie wahrscheinlich: Das Platinen-Design ist endlich fertig, der Kunde (oder das Produktmanagement) macht Druck. Jetzt heißt es, noch schnell den Nutzen zusammenbauen und alles schnellstmöglich in die Leiterplattenfertigung geben.

Nach einigen Wochen kommt der Anruf aus der Fertigung: Wie man sich das denn gedacht hätte von wegen Nutzentrennung. Die ganze Charge sei fertig und die Nutzen nur mit großem Aufwand zu trennen, weil THT-Bauteile im Randbereich überstehen und das Messer des Nutzentrenners nicht durchkommt. Der Zeitplan ist dahin und die geplanten Kosten können auch nicht eingehalten werden.

Drei kleine Kniffe für das Leiterplatten-Design

Drei kleine Kniffe beim Leiterplatten-Design können dieses und ähnlich gelagerte Probleme vermeiden und so die Qualität der fertigen Baugruppe erhöhen:

1. Minimierung der mechanischen Beanspruchung einzelner Bauteile: Insbesondere beim Ritzen (V-Scoring) wirken mechanische Beanspruchungen auf die Leiterplatte ein, selbst wenn professionelle Nutzentrenner zum Einsatz kommen. Besonders gefährdet sind keramische Kondensatoren, deren Beschädigung zudem nur sehr schwer zu erkennen ist.

Der oft empfohlene Abstand von mindestens 5 mm zur Leiterplatten-Außenkante ist gerade bei miniaturisierten Baugruppen häufig nur schwer zu realisieren. Um die Biegebeanspruchung zu minimieren, sollten Sie die Bauelemente parallel zur Außenkante ausrichten. Kleinere Bauformen sind weniger stark von den Biegebelastungen betroffen als größere.

2. Die passende Methode zur Baugruppentrennung wählen: Bei kleinen Leiterplatten ist das Ritzen nicht nur wegen der Bruchgefahr von Kondensatoren und potentieller Haarrisse in Lötstellen kritisch, auch die Toleranzen sind beim Ritzen relativ groß (typisch 0,2 bis 0,3 mm).

Deshalb passen sehr kleine Leiterplatten nicht unbedingt mehr in sehr eng tolerierte Gehäuse. In solchen Fällen sollten Sie auf eine fräsende Bearbeitung setzen, für die aber unter Umständen eine kostenintensive Halterung notwendig ist.

3. Dicke der Leiterplatte passend wählen: 1,5 mm starke Leiterplatten mit Ritzungen und/oder Ausfräsungen bereiten in Scha­blonendruckern und Bestückungsautomaten meist keine Probleme, sofern ausreichend Support-Pins gesetzt werden. Bei dünneren Leiterplatten mit Ritzungen oder Ausfräsungen leidet die Stabilität aber merkbar.

Leiterplatte: Probleme bei Druck, Bestücken und Löten

Dies kann sowohl beim Pastendruck als auch beim Bestücken zu Problemen führen: Diese rangieren vom Zerbrechen des Nutzens bis hin zu schlecht gesetzten Bauteilen, weil der Bestückungsautomat von einer planen Fläche und nicht von durchhängenden Leiterplatten ausgeht und Bauteile praktisch zu früh abbläst.

Beim Wellenlöten können aber auch bereits 1,5 mm dicke Leiterplatten mit schwereren Bauteilen und (vielen) Ritzungen längs zur Durchlaufrichtung zu Problemen führen, da das Epoxydharzgefüge des häufig eingesetzten Leiterplattenmaterials FR4 TG130 ab Erreichen des Tg-Wertes weich und elastisch wird. Entsprechend besteht die Gefahr, dass der Nutzen durchhängt, was durch einen Mittentransport oder zusätzliche Hochhalter beim Wellenlöten aufwändig (und damit teuer) kompensiert werden muss.

Fazit: Fertigungsprozesse müssen Sie bereits in der Entwicklungsphase bis zum Ende mitdenken. Das vermeidet kostenintensive Arbeitsschritte und macht die Produktionsplanung effizienter.

Mein nächster Design-Tipp befasst sich mit dem Entflechten von BGA-Layouts.

* Dr. Christoph Budelmann ist Geschäftsführer von Budelmann Elektronik in Münster und Lehrbeauftragter für industrielle Elektronikfertigung an der Hochschule Rhein-Waal.

(ID:47115646)