Średnica otworu to jeden z najważniejszych parametrów w produkcji płytek drukowanych. Decyduje o tym, czy wyprowadzenia komponentów wejdą w otwory, czy przelotki poprawnie połączą warstwy oraz czy pierścień miedziany wokół otworu będzie wystarczająco szeroki, by zapewnić niezawodne połączenie. W tym artykule wyjaśniamy, czym jest średnica narzędzia produkcyjnego (PHD), jak ją obliczyć dla otworów platerowanych i nieplaterowanych oraz jak interpretować parametry pierścienia pierścieniowego (annular ring).

Czym jest średnica otworu w PCB?

W dokumentacji produkcyjnej rozróżnia się dwa wymiary: średnicę gotowego otworu (finished hole size, FHS) — czyli rozmiar otworu po wszystkich procesach wykończeniowych — oraz średnicę narzędzia / PHD (Production Hole Drill), czyli średnicę wiertła, jakim wykonuje się otwór przed metalizacją. Różnica między nimi wynika z grubości warstwy miedzi i powłoki wykończeniowej nakładanej na ścianki otworu.

Średnica otworów produkcyjnych / PHD

PHD musi być nieco większa niż gotowy otwór, ponieważ proces metalizacji (PTH) i powłoka wykończeniowa zwężają otwór. Reguły obliczeniowe są następujące:

  • Otwory nieplaterowane (NPTH): PHD = gotowy rozmiar otworu + 0,00 mm / 0 mil — wiertło ma tę samą średnicę, bo nie nakłada się miedzi.
  • Otwory platerowane (PTH): PHD = gotowy rozmiar otworu + 0,10 mm / 4 mil — naddatek kompensuje warstwę miedzi i wykończenie.
  • Zależność ogólna: PHD − gotowy rozmiar otworu = grubość metalizacji miedzią + grubość zastosowanego wykończenia.

Wartość 0,10 mm to typowy naddatek przyjmowany przez wielu producentów; dokładna liczba zależy od grubości miedzi w otworze (zwykle 20–25 µm) i rodzaju wykończenia (HASL, ENIG, OSP).

OAR — pierścień warstwy zewnętrznej (Outer Annular Ring)

Pierścień pierścieniowy to obszar miedzi otaczający otwór na padzie. OAR oblicza się, dzieląc różnicę między średnicą pola miedzianego (padu) a średnicą narzędzia przez dwa:

  • OAR = (średnica padu − średnica narzędzia) / 2

Im większy pierścień, tym większa tolerancja na przesunięcie wiertła względem środka padu. Zbyt wąski pierścień grozi przerwaniem (breakout), czyli sytuacją, w której wywiercony otwór częściowo wychodzi poza pad.

FAR — gotowy pierścień pierścieniowy (Finished Annular Ring)

FAR to szerokość pierścienia miedzi pozostająca między ścianką gotowego otworu a zewnętrzną krawędzią padu po całym procesie produkcyjnym. Pierścień może pęknąć, gdy wywiercony otwór jest przesunięty względem środka padu — dlatego konstruktor powinien zostawić zapas. Typowe wymagania minimalne to:

  • Szerokość gotowego pierścienia na warstwach zewnętrznych (T1): ≥ 0,050 mm dla płytki standardowej.
  • Szerokość pierścienia na warstwach wewnętrznych (T2): ≥ 0,100 mm dla płytki standardowej.

Standard IPC-A-600 klasyfikuje płytki według akceptowalnego stanu pierścienia: w klasie 2 dopuszczalne jest pewne zwężenie, podczas gdy klasa 3 (np. zastosowania medyczne i lotnicze) wymaga zachowania pełnego pierścienia bez przerwań.

Tolerancje wiercenia i ich znaczenie

Wiertło nie trafia idealnie w środek padu — istnieje zawsze pewna tolerancja położenia (registration), zależna od dokładności maszyny i stabilności wymiarowej laminatu. Typowa tolerancja średnicy gotowego otworu mieści się w granicach ±0,05 mm dla otworów platerowanych i ±0,025 mm dla nieplaterowanych, ale dokładne wartości zależą od producenta i klasy płytki. Im ciaśniejsza tolerancja, tym wyższy koszt i tym trudniejsza produkcja.

Z tolerancją wiercenia wiąże się ściśle pojęcie współczynnika proporcji (aspect ratio), czyli stosunku grubości płytki do średnicy otworu. Przy wysokim współczynniku (np. cienki otwór w grubej płytce) metalizacja ścianek staje się trudniejsza i ryzyko wad rośnie. Dla standardowej metalizacji galwanicznej współczynnik proporcji zwykle nie przekracza 8:1 do 10:1 — powyżej tej wartości potrzebne są specjalne procesy. Dlatego projektując otwory, należy uwzględnić zarówno funkcję otworu (montażowy, przelotka, otwór mocujący), jak i realne możliwości technologiczne wytwórcy.

Wskazówki projektowe

  • Stosuj pady większe niż wymagane minimum, by dać producentowi margines na tolerancję wiercenia.
  • Przy gęstych projektach rozważ technologię HDI PCB z mikroprzelotkami, która pozwala na mniejsze otwory i pady.
  • Pamiętaj o współczynniku proporcji (aspect ratio) — stosunek grubości płytki do średnicy otworu nie powinien przekraczać możliwości metalizacji producenta.
  • Zawsze podawaj w dokumentacji, czy wymiar otworu dotyczy stanu gotowego, czy narzędzia — to częste źródło nieporozumień.

FAQ

Czy podawać średnicę gotową, czy średnicę wiertła? Najlepiej podawać średnicę gotowego otworu wraz z tolerancją — producent sam dobierze odpowiednie wiertło.

Dlaczego otwór platerowany jest mniejszy niż wywiercony? Bo na ściankę nakładana jest warstwa miedzi i wykończenia, które zwężają światło otworu.

Projektujesz płytkę z wymagającą strukturą otworów? Zamów produkcję PCB w OurPCB — nasz zespół zweryfikuje dla Ciebie pliki Gerber i parametry wiercenia. Sprawdź też pełne możliwości produkcyjne.