Die meisten PCB-Befestigungsbohrungen sind einfache Zylinder durch die gesamte Dicke. Manche Produkte benötigen jedoch einen Schraubenkopf unterhalb oder bündig zur Oberfläche. Dafür kommen zwei verwandte Bearbeitungen infrage: Flachsenkung und Kegelsenkung.
Auf Zeichnungen wirken sie ähnlich, passen aber zu unterschiedlichen Schrauben und benötigen andere Fertigungsangaben. Dieser Leitfaden erläutert Unterschiede, erforderliche Maße und Prüfungen gegen Laminatschäden, freigelegtes Kupfer und unpassende Verbindungselemente.
Flachsenkung und Kegelsenkung kurz erklärt#
Eine Flachsenkung ist eine größere zylindrische Vertiefung mit ebenem Grund. Sie wird normalerweise für Zylinderkopfschrauben oder andere Köpfe mit flacher Auflagefläche verwendet.
Eine Kegelsenkung ist konisch. Sie nimmt einen Senkkopf auf, dessen Unterseite zum angegebenen Winkel passt. Bei richtigen Maßen kann der Kopf bündig zur Leiterplattenoberfläche sitzen.
| Merkmal | Flachsenkung | Kegelsenkung |
|---|---|---|
| Vertiefungsform | Zylindrisch mit flachem Grund | Konisch |
| Typische Schraube | Zylinderkopf oder flache Kopfauflage | Senkkopfschraube |
| Wichtige Maße | Bohrungsdurchmesser, Senkdurchmesser und Tiefe | Bohrungsdurchmesser, größter Durchmesser oder Tiefe, eingeschlossener Winkel |
| Hauptrisiko | Zu wenig tragfähiges Laminat unter der Senkung | Falscher Winkel oder falsche Tiefe: Kopf steht vor oder sitzt zu tief |
Was ist eine PCB-Flachsenkung?#
Eine Flachsenkung erweitert eine kleinere Durchgangsbohrung von einer Seite aus koaxial. Das Werkzeug erzeugt eine senkrechte Wand und eine nominell ebene Schulter. Auf ihr liegt der Schraubenkopf statt auf der äußeren Oberfläche.
Das ist nützlich bei geringem Freiraum über der Karte oder wenn ein Kopf in einer definierten Vertiefung sitzen soll. Auch bestimmte Abstandhalter oder Einsätze können positioniert werden. Ohne abgestimmte Toleranzen darf die Senkung jedoch nicht als präzise Auflage- oder Passfläche betrachtet werden.
Die Zeichnung sollte angeben:
- Fertigdurchmesser der zentralen Bohrung;
- Senkdurchmesser;
- Senktiefe ab einer benannten Leiterplattenseite;
- metallisierte oder nicht metallisierte zentrale Bohrung;
- Durchmesser- und Tiefentoleranzen;
- Anzahl und genaue Positionen.
Was ist eine PCB-Kegelsenkung?#
Eine Kegelsenkung erweitert den Bohrungseingang konisch und nimmt die geneigte Unterseite eines Senkkopfs auf. Der eingeschlossene Winkel gehört zur Konstruktion. Da Schraubenfamilien unterschiedliche Winkel verwenden, muss die Schraube vor der Leiterplattengeometrie feststehen.
Der Fertiger benötigt normalerweise Fertiglochdurchmesser, größten Senkdurchmesser oder Tiefe, Winkel, Seite, Metallisierung und Toleranzen. „Senkung für M3“ allein ist riskant: Norm, Kopfmaße, Oberfläche und gewünschte Sitzlage können variieren.
Eine zu flache Senkung lässt den Kopf überstehen. Eine zu tiefe verringert die Auflagefläche, verletzt den Kupferfreiraum oder lässt zu wenig Laminat um das Loch stehen.
Warum die Bearbeitung bei Leiterplatten anspruchsvoll ist#
Eine Leiterplatte ist ein geschichteter Verbund, keine homogene Metallplatte. Kupferfolien, glasfaserverstärktes Harz, metallisierte Löcher, Lötstopplack und Innenlagen wirken mit der Bearbeitung zusammen. Materialabtrag nach dem Laminieren kann Glasfasern freilegen, Kupfer unterbrechen und lokale Spannungen erzeugen.
Die Dicke ist die erste Grenze. Unter der Vertiefung muss ausreichend tragfähiges Laminat bleiben. Dünne Karten können den vorgesehenen Kopf möglicherweise gar nicht tragen. Bei größeren Kräften ist die gesamte Verbindung mit Scheiben, Abstandhaltern, Gehäusebossen, Drehmoment und Vibration mechanisch zu prüfen.
Genauso wichtig ist Kupferabstand. Alle Lagen müssen außerhalb der maximalen Bearbeitungshülle einschließlich Registrierungs- und Frästoleranzen bleiben. Eine in der Draufsicht freie Senkung kann dennoch eine innere Massefläche anschneiden.
Metallisiert oder nicht metallisiert?#
Befestigungslöcher werden oft als nicht metallisierte Durchgangsbohrungen (NPTH) spezifiziert, insbesondere zur elektrischen Isolation der Schraube. Eine Metallisierung kann für eine beabsichtigte Chassisverbindung sinnvoll sein; elektrische und mechanische Anforderungen sind dann festzuhalten.
Gehen Sie nicht davon aus, dass die Senkfläche selbst metallisiert wird. Senkungen sind häufig nachgelagerte Bearbeitungen; die Prozessfolge bestimmt, welche Flächen Kupfer oder Finish erhalten. Bei Anforderungen an Leitfähigkeit, Schutz freigelegten Kupfers oder Chassiskontakt muss der Hersteller den Aufbau bestätigen – ein allgemeines Bohrsymbol reicht nicht.
Weitere Grundlagen erläutert unser Leitfaden zu PCB-Befestigungsbohrungen.
Senkungen richtig bemaßen#
Beginnen Sie mit der tatsächlichen Schraubenzeichnung. Nutzen Sie maximalen Kopfdurchmesser, maximale Kopfhöhe und Unterseitengeometrie statt nur der Nenngröße. Entscheiden Sie, ob der Kopf vollständig versenkt, exakt bündig oder lediglich kollisionsfrei sitzen soll.
Erstellen Sie anschließend eine Fertigungsnotiz oder freigegebene mechanische Zeichnung mit:
- Merkmalstyp: Flach- oder Kegelsenkung;
- Fertiglochdurchmesser und Toleranz;
- größtem Senkdurchmesser und Toleranz;
- Tiefe bei Flachsenkung beziehungsweise Winkel und Tiefe/größtem Durchmesser bei Kegelsenkung;
- Bearbeitungsseite: oben, unten oder beidseitig;
- PTH- oder NPTH-Angabe;
- Anzahl und Referenzpositionen;
- Restdicke oder anderer kritischer mechanischer Grenze, falls nötig.
ODB++ und IPC-2581 können umfangreichere Bohrattribute übertragen; manche Entwurfssysteme unterstützen Senkungen direkt. Eine lesbare Zeichnung bleibt dennoch hilfreich, um Seite, Tiefe und Abnahmekriterien eindeutig zu klären.
DFM-Checkliste für PCB-Senkungen#
- Fertigungsfähigkeit früh klären. Sonderbearbeitungen können Preis und Lieferzeit beeinflussen.
- Restlaminat prüfen. Unter einer Flachsenkung keinen unrealistisch dünnen Steg lassen.
- Alle Kupferlagen freistellen. Sperrfläche aus maximalem Durchmesser und Fertigungstoleranz ableiten.
- Abstand zum Rand halten. Zu wenig Material kann beim Bearbeiten oder Festziehen reißen.
- Nachbarstrukturen berücksichtigen. Reale Köpfe, Werkzeugzugang, Scheiben und Abstandhalter im Modell abbilden.
- Drehmoment begrenzen. FR-4 kann bei überhöhter lokaler Last gequetscht werden oder delaminieren.
- Seite eindeutig angeben. Eine spiegelverkehrte Senkung ist nicht gleichwertig.
- Mehrdeutige Daten vermeiden. Die Vertiefung nicht nur durch überlappende Bohrtreffer darstellen.
Wann sollte man auf Senkungen verzichten?#
Bei dünnen, stark belasteten oder häufig gewarteten Karten kann eine Senkung ungeeignet sein. Abstandhalter, eine Gehäusevertiefung, Bundscheiben, feste Einsätze oder ein anderer Schraubenkopf können die Last vom Laminat verlagern.
Ein neuer Entwurf ist auch sinnvoll, wenn Kupferabstände verletzt werden, die Senkung nahe an einer Fräskante liegt oder eine wirtschaftlich nicht haltbare Tiefentoleranz erfordert. Eine Standardbohrung, bei der das Gehäuse Präzision und Festigkeit übernimmt, ist häufig risikoärmer.
Empfehlung für den Entwurf#
Wählen Sie zuerst die Schraube und konstruieren Sie die PCB-Geometrie anhand ihrer kontrollierten Maße. Flache Kopfauflagen passen zur Flachsenkung, kegelige Senkköpfe zur Kegelsenkung. Definieren Sie Geometrie, Seite, Metallisierung und Toleranzen vollständig und lassen Sie Restdicke und Kupferabstände vor Fertigung prüfen.
Bei Sonderbohrungen, Kantenbearbeitung oder engen Gehäuseverhältnissen senden Sie PCB-Dateien und mechanische Zeichnung gemeinsam zur Fertigungsprüfung und Angebotsanfrage.
Häufige Fragen zu PCB-Senkungen#
Passt eine Kegelsenkung zu einer Zylinderkopfschraube?
Normalerweise nicht. Deren flache Auflage passt besser zu einer Flachsenkung. Eine Kegelsenkung ist für den konischen Senkkopf vorgesehen.
Können Senkungen metallisiert werden?
Die zentrale Bohrung kann metallisiert oder unbeschichtet sein. Die Senkfläche hängt von Prozessfolge und Lieferantenfähigkeit ab. Spezifizieren und bestätigen Sie die elektrische Anforderung.
Müssen Senkungen in der Bohrdatei erscheinen?
Sie müssen in unterstützten Fertigungsdaten abgebildet und in Zeichnung oder Notiz eindeutig beschrieben sein. Verlassen Sie sich nicht allein auf eine mehrdeutige Grafiklage.
Welchen Senkwinkel soll ich verwenden?
Den eingeschlossenen Winkel der gewählten Schraubennorm und konkreten Zeichnung. Nicht alle Senkköpfe haben denselben Winkel.
Technische Referenzen#
Softwareattribute und Maße erklärt Altiums Dokumentation zu Flach- und Kegelsenkungen. Allgemeine Anforderungen starrer Leiterplatten behandelt die IPC-2220-Normenfamilie.