Pogłębienie stożkowe jest przeznaczone pod łeb stożkowy śruby, a pogłębienie walcowe z płaskim dnem — pod łeb walcowy. Oba rozwiązania pozwalają schować łeb w materiale, lecz wymagają innej geometrii otworu. W PCB wybór zależy od konkretnej śruby, grubości płytki oraz warunków wykonania uzgodnionych z producentem.
Pogłębienie stożkowe a walcowe — różnice w budowie
Pogłębienie jest miejscowym poszerzeniem otworu, wykonanym współosiowo z nim. Węższa część otworu mieści trzpień śruby, a szersza tworzy miejsce na jej łeb. Nie chodzi więc o schowanie całej śruby ani o naprawę płytki, lecz o przygotowanie otworu montażowego do wybranego sposobu mocowania.
Pogłębienie stożkowe ma ścianki nachylone pod określonym kątem. Pasuje do śruby z łbem stożkowym, którego górna powierzchnia może znaleźć się na równi z powierzchnią płytki. Pogłębienie walcowe ma proste ścianki i płaskie dno. Umożliwia osadzenie łba walcowego na równi z powierzchnią materiału albo poniżej niej, jeśli dostępna grubość na to pozwala.
| Cecha | Pogłębienie stożkowe | Pogłębienie walcowe |
|---|---|---|
| Kształt poszerzenia | Stożkowy | Walcowy, z płaskim dnem |
| Pasujący łeb śruby | Stożkowy | Walcowy, np. z gniazdem sześciokątnym |
| Symbol na rysunku | ⌵ | ⌴ |
| Wymiary pogłębienia | Średnica lub głębokość oraz kąt | Średnica oraz głębokość |
Sam kształt pogłębienia nie przesądza o poprawności mocowania. Trzeba dopasować powierzchnię podparcia do łba śruby i sprawdzić, czy w płytce pozostanie wystarczająco dużo materiału. Nie należy traktować obu rozwiązań jako zamiennych tylko dlatego, że mają ukryć wystający łeb.
Wykonanie i zastosowanie pogłębień w PCB
Przy wykonywaniu pogłębienia stożkowego najpierw powstaje otwór przelotowy, a następnie narzędzie stożkowe obrabia jego wlot do kontrolowanej głębokości. Otwór może być metalizowany, oznaczany jako PTH, albo niemetalizowany, czyli NPTH. Pogłębienie walcowe wymaga natomiast uzyskania prostych ścianek i płaskiego dna. Narzędzie oraz sposób obróbki muszą odpowiadać wybranej geometrii.
Takie otwory stosuje się wtedy, gdy łeb śruby nie powinien wystawać ponad płytkę. Pozwala to umieścić PCB przy obudowie lub radiatorze bez kolizji z wystającym łbem. Wybór pogłębienia warto uzgodnić z producentem płytek drukowanych już podczas przygotowywania dokumentacji.
Zbyt płytkie pogłębienie pozostawi łeb ponad powierzchnią. Nadmierna głębokość zmniejszy ilość materiału pod nim. Nie należy korygować niedopasowania przez mocniejsze dokręcanie śruby: najpierw trzeba sprawdzić średnicę, głębokość i zgodność kształtu gniazda z łbem.
Symbole i wymiarowanie na rysunku
Symbol ⌵ oznacza pogłębienie stożkowe, a ⌴ — walcowe. Oznaczenie wskazuje rodzaj obróbki, ale samo nie wystarcza do wykonania otworu. Obok niego muszą znaleźć się wymiary, które jednoznacznie określają geometrię. Zapis powinien pozwalać odróżnić średnicę otworu przelotowego od średnicy poszerzenia pod łeb.
- Pogłębienie walcowe: podaj średnicę otworu przelotowego, średnicę pogłębienia i jego głębokość.
- Pogłębienie stożkowe: podaj średnicę otworu przelotowego, średnicę pogłębienia lub jego głębokość oraz pełny kąt stożka.
- Dokumentacja PCB: wskaż także stronę płytki, po której ma powstać pogłębienie, oraz wymaganie dotyczące metalizacji.
Praktykę opisywania otworów z pogłębieniem walcowym uwzględnia ASME Y14.5. Nie zastępuje to jednak uzgodnienia tolerancji z wykonawcą. W zamówieniu trzeba określić potrzebne wymiary i potwierdzić możliwość ich zachowania dla danej płytki. Warto również sprawdzić, czy oznaczenia i opis słowny wskazują tę samą stronę obróbki.
Jak dobrać kąt pogłębienia stożkowego?
Kąt pogłębienia dobiera się do łba faktycznie zamawianej śruby. Dla śrub calowych z łbem stożkowym stosuje się między innymi kąt 82°, a dla metrycznych — 90°. Śruby z łbem stożkowym według DIN 7991 mają kąt 90°. Ostatecznym punktem odniesienia powinna być dokumentacja konkretnego elementu złącznego.
Istnieją również pogłębienia o kątach 60°, 100°, 110° i 120°. Żadnego z tych kątów nie należy uznawać za uniwersalny dla PCB. Sam zapis „otwór pod śrubę M3” nie określa ani kształtu łba, ani kąta pogłębienia, dlatego jest niewystarczający do przygotowania obróbki.
Przy tych samych średnicach otworu i pogłębienia zmiana kąta zmienia wymaganą głębokość. W cienkiej płytce może to przesądzić o możliwości wykonania otworu. Najpierw wybierz śrubę, następnie sprawdź geometrię i dopiero na tej podstawie przygotuj opis dla producenta.
Śruba M3: wymiary łba i dobór otworu przelotowego
Dla śruby M3 z łbem walcowym i gniazdem sześciokątnym według ISO 4762 / DIN 912 można przyjąć poniższe wymiary odniesienia. Nie odnoszą się one do śruby z łbem stożkowym. Rozmiar gwintu nie wystarcza zatem do wyznaczenia pogłębienia.
| Parametr śruby M3 | Wartość |
|---|---|
| Średnica łba | 5,5 mm |
| Wysokość łba | 3,0 mm |
| Rozmiar gniazda sześciokątnego | 2,5 mm |
| Skok gwintu | 0,5 mm |
Otwór przelotowy z luzem jest osobnym wymiarem. Dla M3 zestawienie według ISO 273 obejmuje następujące średnice:
| Szereg otworów z luzem | Średnica dla M3 |
|---|---|
| Dokładny | 3,2 mm |
| Średni | 3,4 mm |
| Zgrubny | 3,6 mm |
Wybór średnicy otworu przelotowego nie określa średnicy pogłębienia. Ta druga musi uwzględniać łeb wybranej śruby oraz założony luz. Wartości z tabeli nie są też tolerancjami wykonania otworów w PCB; te należy uzgodnić z producentem.
Przykład obliczeniowy: pogłębienie walcowe w cienkiej płytce
Załóżmy płytkę o grubości 1,6 mm oraz śrubę M3 według ISO 4762. Przyjmijmy otwór przelotowy 3,4 mm i pogłębienie o średnicy 6,0 mm. W stosunku do łba o średnicy 5,5 mm daje to założony zapas 0,5 mm na średnicy. Jest to wybór do przykładu, a nie wymiar pogłębienia narzucony przez normę.
Wysokość łba wynosi 3,0 mm. Jeśli dodatkowo założymy zapas głębokości 0,5 mm, potrzebne pogłębienie będzie miało:
h = 3,0 mm + 0,5 mm = 3,5 mm.
Wymagana głębokość 3,5 mm przekracza grubość płytki 1,6 mm. Takiego łba nie da się więc całkowicie schować w rozpatrywanej płytce za pomocą pogłębienia walcowego. Trzeba rozważyć grubszy materiał lub śrubę o niższym łbie, po czym ponownie sprawdzić wymiary. Samo zwiększenie średnicy pogłębienia nie rozwiąże braku miejsca na wysokość.
Przykład obliczeniowy: głębokość stożka przy 90° i 82°
Głębokość pogłębienia stożkowego można obliczyć z jego geometrii. Oznaczmy średnicę pogłębienia przy powierzchni jako D, średnicę otworu przelotowego jako d, a pełny kąt stożka jako α. Wtedy:
h = (D − d) / [2 × tan(α / 2)].
W przykładzie obliczeniowym przyjmijmy D = 6,0 mm, d = 3,4 mm oraz grubość płytki 1,6 mm. Średnica 6,0 mm jest założoną średnicą pogłębienia, a nie potwierdzoną średnicą łba stożkowego śruby M3. Dla kąta 90° otrzymujemy:
h = (6,0 − 3,4) / [2 × tan 45°] = 1,3 mm.
Pozostała grubość wynosi 1,6 − 1,3 = 0,3 mm. Dla tych samych średnic, lecz przy kącie 82°, obliczenie wygląda inaczej:
h = 1,3 / tan 41° ≈ 1,3 / 0,8693 ≈ 1,50 mm.
Pozostaje wtedy około 1,6 − 1,50 = 0,10 mm materiału. Porównanie pokazuje, dlaczego nie można dowolnie zmieniać kąta przy zachowaniu pozostałych wymiarów. Obliczenia sprawdzają geometrię, ale nie zastępują potwierdzenia wykonalności i tolerancji u producenta.
Lista kontrolna przed zamówieniem PCB
Ograniczenia obróbki zależą od wykonawcy. Przykładowo JLCPCB w opisanym procesie oferuje wyłącznie pogłębienia stożkowe, wymaga co najmniej 0,2 mm odstępu od pól lutowniczych, ścieżek i pozostałej miedzi oraz grubości pozostałej pod pogłębieniem większej niż 0,2 mm. Są to warunki tego producenta, nie ogólna norma dla wszystkich PCB.
Przykład z kątem 90° i pozostałą grubością 0,3 mm spełnia sam warunek grubości. Nie potwierdza to jeszcze spełnienia pozostałych wymagań. Wariant 82°, pozostawiający około 0,10 mm, tego warunku nie spełnia. W tym samym procesie JLCPCB otworowi PTH odpowiada pogłębienie metalizowane, a otworowi NPTH — niemetalizowane.
Przed przekazaniem dokumentacji sprawdź:
- Śrubę: typ łba, jego wymiary i kąt, jeśli łeb jest stożkowy.
- Geometrię otworu: średnicę przelotu, średnicę pogłębienia, głębokość oraz kąt stożka.
- Stronę obróbki: jednoznaczne wskazanie powierzchni, od której ma być wykonane pogłębienie.
- Metalizację: wymagany wariant otworu i pogłębienia, potwierdzony z wykonawcą.
- Miejsce w płytce: pozostałą grubość materiału oraz odstęp od miedzi.
- Tolerancje: zgodność wymagań rysunku z możliwościami producenta.
Najczęstsze pytania
Czy oba pogłębienia pasują do tej samej śruby?
Nie należy stosować ich zamiennie. Pogłębienie stożkowe jest przeznaczone pod łeb stożkowy, a walcowe z płaskim dnem — pod łeb walcowy. Kształt i wymiary trzeba dopasować do konkretnej śruby.
Czy kąt 90° jest obowiązkowy dla otworów w PCB?
Nie. Kąt wynika z geometrii łba śruby. Dla metrycznych łbów stożkowych stosuje się 90°, ale nie jest to uniwersalna zasada obejmująca wszystkie otwory montażowe w płytkach.
Czy łeb walcowy M3 można schować w płytce 1,6 mm?
Łeb śruby M3 według ISO 4762 / DIN 912 ma wysokość 3,0 mm, więc nie zmieści się całkowicie w płytce o założonej grubości 1,6 mm. Należy zmienić geometrię mocowania.
Czy wystarczy podać średnicę pogłębienia?
Nie. Potrzebne są również wymiary otworu przelotowego, głębokość, a dla stożka także kąt. Producent PCB musi znać stronę obróbki oraz wymaganie dotyczące metalizacji.
Podsumowanie
Dobór pogłębienia zacznij od śruby, a następnie sprawdź potrzebną głębokość i grubość materiału pozostałego pod łbem. Na rysunku podaj pełną geometrię i uzgodnij warunki wykonania z producentem. W sprawie otworów montażowych w projektowanej płytce możesz skontaktować się z OurPCB.
