Ten artykuł dotyczy szczelin w płytce drukowanej (angielskie „slot”), czyli podłużnych otworów wykonywanych frezem, a nie gniazd w sensie złączy czy podstawek. W polskim tytule stare tłumaczenie użyło słowa „gniazdo” dla „slot”. Jeśli szukasz gniazda jako elementu, zobacz stronę o złączach. Szczelinę można wykonać jako metalizowaną (plated slot, PTH) albo niemetalizowaną (non-plated slot, NPTH). O wyborze decyduje to, czy w szczelinie ma być połączenie elektryczne, czy tylko miejsce mechaniczne lub przerwa izolacyjna.
Czym jest szczelina i czym różni się od otworu
Wiertło robi otwór okrągły. Szczelina ma długość wyraźnie większą od szerokości (wielu wytwórców traktuje jako szczelinę otwór o długości powyżej dwóch szerokości, a mniej wydłużony kształt wykonuje wiertłem w kilku przejściach; próg trzeba sprawdzić u wytwórcy) i powstaje przez frezowanie albo wielokrotne wiercenie. Szerokość szczeliny ogranicza średnica najmniejszego frezu. Dlatego minimalna szczelina nie jest tym samym co minimalny otwór wiercony: frez jest grubszy i wolniejszy, a wnętrze szczeliny wymaga ruchu po torze.
Szczeliny stosuje się w trzech celach:
- Złącza i wyprowadzenia płaskie. Wyprowadzenia prostokątne, kołki tarczowe i niektóre złącza mocy wymagają otworu prostokątnego lub owalnego, aby nie rozszerzać go do okręgu opisanego na wyprowadzeniu.
- Mocowanie. Owalne otwory mocujące (NPTH) pozwalają skorygować położenie płytki względem obudowy.
- Przerwa izolacyjna. Wycięta szczelina między polami o dużej różnicy potencjałów wydłuża drogę pełzania po laminacie, bo prąd upływu musi ją obejść.
Szczelina platerowana i nieplaterowana
| Cecha | Platerowana (PTH) | Nieplaterowana (NPTH) |
|---|---|---|
| Miedź na ściankach | Tak, łączy warstwy lub niesie lutowane wyprowadzenie | Nie |
| Typowe zastosowanie | Złącza płaskie, elementy mocy, wejścia przewodów | Mocowanie, pozycjonowanie, przerwa izolacyjna, wycięcie na element |
| Pad wokół | Potrzebny pierścień miedzi | Zwykle bez padu; miedź odsunięta od krawędzi |
| Wielkość nastawy narzędzia | Rozmiar końcowy plus naddatek na metalizację | Równa się wymiarowi docelowemu |
| Tolerancja wymiaru | Szersza (metalizacja zmienia wymiar) | Węższa (frezowanie bez powłoki) |
| Oznaczenie w pliku | Wpis w pliku wierceń lub frezowania jako PTH | Osobny plik NPTH lub warstwa mechaniczna |
Najczęstszy błąd w danych to brak jednoznacznego odróżnienia, które szczeliny mają być metalizowane. Skutek jest dwojaki: niemetalizowany otwór wykonany jako metalizowany zwiera pola, a metalizowany wykonany jako niemetalizowany nie ma połączenia. Dlatego osobne pliki (PTH i NPTH) lub wyraźny opis warstwy są bezpieczniejsze niż domyślanie się na podstawie koloru czy nazwy.
Szerokości i tolerancje (wartości do potwierdzenia)
Poniższe zakresy opisują praktykę spotykaną w ofertach wytwórców i normach ogólnych. Konkretne limity ustala każdy wytwórca i mogą się od nich różnić; przed zamówieniem sprawdź je w jego specyfikacji (norma IPC-2221 daje ogólne zasady projektowania, a IPC-6012 kryteria odbioru, ale nie podaje jednej uniwersalnej minimalnej szerokości szczeliny).
| Parametr | Co zwykle obowiązuje | Skąd wartość |
|---|---|---|
| Minimalna szerokość szczeliny | Rzędu 0,5 do 1,0 mm, zależnie od wytwórcy, grubości płytki i tego, czy płytka jest platerowana | Najmniejszy frez wytwórcy; do potwierdzenia |
| Tolerancja wymiaru szczeliny niemetalizowanej | Często rzędu ±0,05 do ±0,1 mm | Specyfikacja wytwórcy |
| Tolerancja szczeliny metalizowanej | Często szersza, rzędu ±0,1 mm i więcej | Specyfikacja wytwórcy; zmienia ją grubość miedzi |
| Odległość miedzi od krawędzi frezowania | Typowo ponad 0,2 mm; im wyżej tolerancja obrysu, tym więcej | Zasada ogólna; sprawdź u wytwórcy |
| Zaokrąglenie narożników | Wewnętrzne narożniki frezowane mają promień frezu | Z geometrii narzędzia |
Szczelina z narożnikami prostymi (kwadratowa) nie jest możliwa frezem: wnętrze będzie zaokrąglone promieniem narzędzia. Jeśli element ma kształt prostokątny, rysunek powinien uwzględniać ten promień, albo trzeba przewidzieć dodatkowe wycięcia w narożnikach.
Przykład założeniowy: szczelina na wyprowadzenie płaskie
Dane założeniowe: płaskie wyprowadzenie o przekroju 0,60 × 1,20 mm, które ma wejść w szczelinę metalizowaną. Zakładamy luz 0,20 mm na stronę i osobno na długość (wartość luzu to założenie, wynika z procesu lutowania i tolerancji, a nie z jednej normy).
- Przekątna wyprowadzenia: √(0,60² + 1,20²) = 1,342 mm. Gdyby zamiast szczeliny wykonać okrągły otwór, musiałby mieć średnicę gotową co najmniej około 1,34 mm plus luz.
- Szerokość gotowej szczeliny: 0,60 + 0,20 = 0,80 mm. Długość gotowej szczeliny: 1,20 + 0,20 = 1,40 mm.
- Naddatek na metalizację: miedź na ściance o grubości około 25 µm z każdej strony zmniejsza szerokość o 2 · 0,025 = 0,05 mm. Szerokość frezu lub toru po stronie wytwórcy to więc 0,80 + 0,05 = 0,85 mm; w praktyce wielu wytwórców dodaje stałą wartość (np. 0,10 mm), co daje 0,90 mm.
- Szerokość 0,80 mm jest bliska typowej dolnej granicy frezu (patrz tabela), więc przed zamknięciem projektu trzeba potwierdzić, że wytwórca wykona taką szczelinę w ich procesie.
Jak opisać szczelinę w danych
Najczytelniej jest przekazać szczeliny osobno od zwykłych otworów i dołączyć tabelę z rysunkiem. Poniżej uproszczony schemat opisu (współrzędne i wymiary są przykładem):
Kontur szczeliny (widok z góry), wymiary w mm
|<---- L = 2,00 ---->|
+--------------------+ ^
( ) | W = 1,00
+--------------------+ v
promień końca = W / 2 = 0,50
Tabela szczelin
ID X Y W L Obrót Typ Tol. W
S1 12,50 30,00 1,00 2,00 0° NPTH ±0,10
S2 40,00 18,50 0,80 1,40 90° PTH ±0,10- Podaj środek szczeliny, szerokość
W, długość całkowitąL(mierzoną razem z zaokrągleniem końców) i kąt obrotu. Niejednoznaczność „długość środków kół” kontra „długość całkowita” jest częstym źródłem błędów. - Zaznacz osobno typ (PTH/NPTH) i tolerancję dla szerokości oraz długości.
- Kontur frezowania umieść na osobnej warstwie mechanicznej. Nie rysuj szczeliny w warstwach miedzi ani opisu; łatwo ją tam przeoczyć lub źle odczytać.
- Dopisz w uwagach, które szczeliny mają być metalizowane, oraz pole „CUTOUT” przy dużych wycięciach.
Szczelina jako przerwa izolacyjna
Szczelina przecinająca laminat między dwoma polami miedzi przerywa powierzchnię, po której mógłby płynąć prąd upływu, więc droga pełzania musi obejść szczelinę wokół jej końca. Odległość w powietrzu w poprzek szczeliny (clearance) się nie zmienia. Przykład założeniowy: szczelina długości 10 mm i szerokości 1,0 mm; dwa punkty leżą naprzeciw siebie po obu stronach, w środku jej długości, każdy 1,0 mm od krawędzi szczeliny, czyli 3,0 mm od siebie w linii prostej. Najkrótsza droga po powierzchni prowadzi do narożnika szczeliny (5,0 mm wzdłuż i 1,0 mm w poprzek): √(5² + 1²) = 5,099 mm, potem 1,0 mm wokół końca i znów 5,099 mm do drugiego punktu, razem około 11,2 mm. Koniec zaokrąglony przez frez skraca tę drogę nieznacznie. Wynik nie zastępuje obliczeń wymaganych przez normę bezpieczeństwa produktu (reguły dla rowków, stopień zanieczyszczenia, grupa materiału). Podstawy odstępów opisuje artykuł o odległości pełzania i odstępie izolacyjnym.
Frezowanie szczeliny a koszt i jakość
- Szczeliny powstają w osobnej operacji frezowania, więc ich liczba wpływa na czas obróbki. Liczne drobne szczeliny to większy koszt niż kilka dużych.
- W płytkach elastycznych szczeliny i wycięcia robi się często wykrojnikiem lub laserem, a nie frezem; reguły są inne niż dla płytek sztywnych.
- Szczeliny blisko krawędzi osłabiają płytkę. Przy panelizacji uwzględnij mostki i odległość od linii V-cut.
- Przed montażem na fali sprawdź, czy szczelina nie odsłania miedzi przy krawędzi, na której mógłby osadzać się lut.
Więcej o samym wierceniu otworów opisuje artykuł o wierceniu w płytach PCB, a o półotworach na krawędzi, które też są frezowane, otwory kasztelowe. Do wyboru średnic wierteł pomaga tabela wierteł.
Czego nie zweryfikowano: minimalnych szerokości i tolerancji szczelin u konkretnego wytwórcy, w tym OurPCB; podane zakresy są ogólne. Nie sprawdzano zgodności z normą bezpieczeństwa produktu. Przykłady są założeniowe.
