Im CAD wirkt die Wahl einer PCB-Bohrung einfach: Durchmesser auswählen, Loch setzen und Bohrdatei exportieren. In der Fertigung kommen weitere Bedeutungen hinzu. Ist der Wert das Endmaß oder der Werkzeugdurchmesser? Wird das Loch metallisiert? Wie stark verkleinert Kupfer die Öffnung? Welche Toleranz gilt? Bleibt nach Lagenversatz und Bohrabweichung genügend Restring übrig?
Diese Fragen betreffen Vias, Bauteilanschlüsse, Einpressstecker, Befestigungsteile, Positionierstifte, Schlitze und tiefenkontrollierte Bohrungen. Dieser Leitfaden erklärt die Interpretation der Bohrdaten durch den Fertiger und die Spezifikation von Löchern, die sich zuverlässig und ohne unnötige Kosten montieren lassen.
Locharten und die Bedeutung ihrer Maße#
| Lochart | Metallisiert? | Hauptaufgabe | Wichtige Spezifikation |
|---|---|---|---|
| Durchgangsvia | Ja | Elektrische Verbindung zwischen Lagen | Endloch, Restring, Metallisierung |
| Bauteil-PTH | Ja | Einsetzen und Löten eines Anschlusses | Endloch und Anschlussfreiraum |
| NPTH-Befestigungsloch | Nein | Befestigung oder Ausrichtung | Enddurchmesser und Positionstoleranz |
| Metallisierter Schlitz | Ja | Flachanschluss oder mechanisch-elektrisches Merkmal | Endbreite, Länge, Radius, Metallisierung |
| Nichtmetallisierter Schlitz/Ausschnitt | Nein | Mechanischer Freiraum | Endgeometrie und Frästoleranz |
| Blindes oder vergrabenes Via | Ja | Verbindung ausgewählter Lagen | Endgeometrie, Aspektverhältnis, Lagenaufbau |
Endlochdurchmesser und Bohrwerkzeug#
Das Endloch ist die Öffnung, die der Entwickler auf der gelieferten Leiterplatte erwartet. Die Werkzeuggröße bezeichnet den Bohrer vor den nachfolgenden Prozessen. Bei metallisierten Löchern wird größer gebohrt: Nach der Desmear-Vorbehandlung verringern chemisches Kupfer, galvanisches Kupfer und gegebenenfalls die Endoberfläche die Öffnung.
Eine nichtmetallisierte Durchgangsbohrung besitzt keine Kupferhülse. Werkzeug und gewünschtes Endmaß liegen daher näher beieinander. Werkzeuggröße, Verschleiß, Material und Bearbeitung bleiben jedoch toleranzbehaftet. Legen Sie ein realistisches Endmaßtoleranzband fest, statt das CAD-Nennmaß als exakt erreichbar vorauszusetzen.
Die veröffentlichten Bohrregeln von Eurocircuits zeigen den Unterschied: Das CAM-System liest die Werkzeugliste des Kunden als Endmaße und verwendet für metallisierte Löcher eigene Bohrzugaben. Dies ist eine lieferantenspezifische Prozessregel, kein universeller Wert. Addieren Sie keine pauschale Metallisierungstoleranz selbst, sofern der Fertiger nicht ausdrücklich Werkzeugdurchmesser verlangt.
Warum metallisierte Löcher kleiner enden#
Nach dem Verpressen wird ein Mehrlagennutzen mechanisch oder mit Laser gebohrt. Anschließend werden die Löcher gereinigt und von Harzrückständen befreit, eine leitfähige Startschicht aufgebracht und die Lochwände verkupfert. Jede abgeschiedene Schicht verkleinert die Öffnung. Die Kupferverteilung auf dem Nutzen beeinflusst die örtliche Schichtdicke. Hersteller arbeiten deshalb mit Prozesskontrolle und Toleranzbändern statt mit dem Versprechen eines exakt gleichen Durchmessers.
Eurocircuits nennt in seiner Erläuterung zu Endlochtoleranzen Lochart, verfügbare Werkzeugabstufungen, Verschleiß, Desmear, Metallisierung, Kupferbalance und Endoberfläche als Einflussgrößen. Geben Sie deshalb das benötigte Endergebnis in der Fertigungszeichnung an und überlassen Sie dem Fertiger die Werkzeugauswahl.
Übliche Größenbereiche von PCB-Bohrungen#
Keine einzelne Bohrtabelle passt zu allen Herstellern, Materialien, Dicken und Leistungsklassen. Prototypenservices verwenden oft bevorzugte Abstufungen, während anspruchsvollere Prozesse kleinere mechanische Bohrungen und Lasermikrovias ermöglichen. Die folgenden Bereiche sind Beispiele für die Planung, keine Bestelltoleranzen:
| Anwendung | Planungsbereich | Konstruktionshinweis |
|---|---|---|
| Mechanisch gebohrtes Durchgangsvia | Etwa 0,20–0,40 mm Endmaß | Mindestbohrung und Aspektverhältnis bestätigen |
| Kleiner Bauteilanschluss | Anschlussgröße plus Montagefreiraum | Bauteilzeichnung statt Pauschalwert verwenden |
| Stiftleiste | Häufig etwa 0,9–1,1 mm Endmaß | Bei Vierkantstiften Diagonale und Toleranz prüfen |
| M2-Durchgangsloch | Anwendungsabhängiger Freiraum über 2 mm | Schraubenklasse, Beschichtung und Positionstoleranz prüfen |
| M3-Durchgangsloch | Anwendungsabhängiger Freiraum über 3 mm | Mit Gehäuse und Unterlegscheibe abstimmen |
| Werkzeug-/Positionierloch | Durch Gegenstift festgelegt | Oft engere Positionstoleranz erforderlich |
Verwenden Sie die Maße im Maximum-Material-Zustand aus der Zeichnung des Steckverbinder-, Schrauben- oder Bauteilherstellers. Ein nomineller „1-mm-Stift“ kann durch Form, Beschichtung und Toleranz ein größeres Loch benötigen. Bei wellengelöteten Durchsteckteilen sind Einsetzspiel und Lotfüllung zu berücksichtigen.
Bauteilbohrungen dimensionieren#
Runde Anschlüsse
Beginnen Sie mit dem größten Anschlussdurchmesser laut Zeichnung. Addieren Sie Freiraum für Bauteil- und Leiterplattentoleranzen, Einsetzwinkel, Endoberfläche und Montageverfahren. Zu wenig Spiel erschwert das Einsetzen oder verbiegt Anschlüsse; zu viel kann Lotfüllung und mechanische Führung beeinträchtigen.
Quadratische und rechteckige Anschlüsse
Die Diagonale eines Vierkantanschlusses ist größer als seine Seitenlänge. Bemessen Sie das Endloch anhand maximaler Diagonale, Eckenradius und Beschichtungstoleranz. Einpresskontakte sind ein Sonderfall: Der Steckverbinderhersteller definiert normalerweise ein enges Endlochfenster, den Schichtaufbau und die Qualifikation. Aus einem normalen Stiftleisten-Footprint wird nicht allein durch ein kleineres Loch ein Einpress-Footprint.
Befestigungsteile
Mechanische Löcher sollten aus der Toleranzkette des Gehäuses abgeleitet werden. Berücksichtigen Sie Schraubendurchmesser, Beschichtung, Unterlegscheibe, Dom, Abstandshalter, Positionstoleranz und Montagezugang. Muss ein Metallteil von Kupfer isoliert bleiben, sehen Sie auf allen Lagen Kupfersperrflächen vor und klären Kriechstrecken sowie die Verbindung zum Chassis.
Restring und Bohrungsdurchmesser#
Der Restring ist das Kupfer, das um eine Bohrung verbleibt. Ein im CAD großzügig wirkendes Pad kann durch Bohrversatz und Lagenregistrierung knapp werden. Für eine einfache Vorabschätzung gilt:
Nominelle radiale Restringbreite = (Paddurchmesser − Endlochdurchmesser) ÷ 2
Das ist nur ein nomineller Geometriewert. Mindest-Restring oder zulässiger Ausbruch müssen Bohr- und Registrierungstoleranzen berücksichtigen. Kleinere Löcher lösen das Problem nicht automatisch: Sie erhöhen das Aspektverhältnis und können Metallisierung oder Montage erschweren.
Prüfen Sie Innen- und Außenpads getrennt, wenn Aufbau oder Registrierungsmöglichkeiten unterschiedlich sind. Klären Sie, ob unkontaktierte Pads entfernt werden dürfen. Für hochzuverlässige Designs sind die geltenden Leistungs- und Abnahmeanforderungen festzulegen, statt sich allein auf CAD-Regeln zu verlassen.
Aspektverhältnis: Lochtiefe geteilt durch Durchmesser#
Das Aspektverhältnis mechanischer Vias wird häufig als Leiterplattendicke geteilt durch gebohrten Lochdurchmesser angegeben. Dickere Leiterplatten oder kleinere Löcher erhöhen den Wert und erschweren eine gleichmäßige Metallisierung. Die Grenze hängt von Lieferant, Lochtyp, Material, Beschichtungsverfahren und Zuverlässigkeitsklasse ab.
Bei Überschreitung der Standardfähigkeit kommen größere Vias, dünnere Leiterplatten, sequenzielle Verpressung, eine qualifizierte Blindvia-Struktur oder ein leistungsfähigerer Fertigungsservice infrage. Jede Option verändert Kosten und Zuverlässigkeit. Bestätigen Sie den Aufbau, bevor das Routing abgeschlossen wird.
Mechanische Bohrung, Laser und Fräsen#
Mechanisches Bohren
Rotierende Hartmetallwerkzeuge erzeugen die meisten Durchgangsbohrungen sowie größere blinde oder vergrabene Löcher. Sehr kleine Werkzeuge verschleißen schneller und erfordern gegebenenfalls geringere Standmengen, was die Kosten erhöht. Reduzieren Sie unnötige Durchmesservarianten und verwenden Sie bevorzugte Größen, soweit die Funktion dies zulässt.
Lasermikrovias
Laser erzeugen flache Mikrovias mit anderer Geometrie als eine mechanisch gebohrte Hülse. Durchmesser, Tiefe, Capture-Pad, Target-Pad, Stapelung, Kupferfüllung und sequenzielle Verpressung müssen als zusammenhängender HDI-Prozess abgestimmt werden. Ein Lasermikrovia ist nicht nur ein kleinerer Eintrag in der NC-Bohrtabelle.
Gefräste Schlitze und Ausschnitte
Schlitze können gebohrt, gefräst, gestanzt oder anders hergestellt werden. Der verfügbare Werkzeugdurchmesser bestimmt den Innenradius. Geben Sie Metallisierung, fertige Breite und Länge an und zeigen Sie das Merkmal sowohl in Bohr-/Fräsdaten als auch in der mechanischen Zeichnung.
PTH- und NPTH-Daten#
Metallisierte und nichtmetallisierte Löcher müssen eindeutig gekennzeichnet sein. Viele Fertiger bevorzugen getrennte Bohrdateien; andere nutzen Attribute intelligenter Formate wie ODB++. Bei Gerber und Excellon liefern Sie einen Bohrplan, der jedes Werkzeug als PTH oder NPTH sowie Schlitze kennzeichnet.
Ein nichtmetallisiertes Befestigungsloch mit Kupferpads kann anders interpretiert werden als ein NPTH mit Kupfersperrfläche. Sind Chassisanbindung, Schirmung, Einpressen oder Isolation wichtig, zeigen Sie die gewünschte Kupferbeziehung in der Zeichnung, statt sie von der CAM-Software erraten zu lassen.
Checkliste für Bohrdaten und Fertigungszeichnung#
- Ein einheitliches Einheitensystem und Format zur Nullunterdrückung verwenden.
- PTH und NPTH kennzeichnen.
- Endlochmaße angeben, sofern der Hersteller nichts anderes verlangt.
- Enge Toleranzen nur dort festlegen, wo die Funktion sie benötigt.
- Metallisierte und nichtmetallisierte Schlitze, Kegel- und Flachsenkungen sowie tiefenkontrollierte Bohrungen kennzeichnen.
- Bohrtabelle mit Werkzeuganzahl und Endmaßen bereitstellen.
- Leiterplattendicke, Lagenaufbau, Via-Strukturen, Kupfer- und Metallisierungsanforderungen angeben.
- Bohrdaten im CAM-Viewer mit Kupfer, Lötstopplack, Kontur und mechanischen Daten vergleichen.
Häufige Fehler bei PCB-Bohrungen#
Nennmaß statt maximalem Anschlussmaß verwenden
Addieren sich Anschluss- und Endlochtoleranzen ungünstig, passt das Bauteil möglicherweise nicht.
Metallisierungszugabe doppelt anwenden
Erwartet der Hersteller Endmaße, kann ein manuell vergrößertes CAD-Loch am Ende zu groß ausfallen.
NPTH nicht eindeutig kennzeichnen
Unklare Daten können dazu führen, dass ein Befestigungsloch metallisiert wird oder seine vorgesehene Isolation verliert.
Unnötig enge Toleranzen vorgeben
Enge Grenzen erhöhen Prüf-, Werkzeug- und Prozesskosten. Beschränken Sie sie auf Einpress-, Positionier- oder andere tatsächlich erforderliche Funktionen.
Abstand zu Innenlagenkupfer übersehen
Ein mechanisch passendes Loch kann auf unsichtbaren Innenlagen zu wenig Kupferabstand haben. Verwenden Sie Sperrflächen und Antipads im gesamten Aufbau.
Eine herstellbare Bohrungsstrategie entwickeln#
Ordnen Sie Löcher nach Funktion: elektrische Vias, Bauteilanschlüsse, Befestigung, Werkzeuge, Schlitze und Sondermerkmale. Leiten Sie die Anforderungen aus Gegenstück oder elektrischer Aufgabe ab und vergleichen Sie sie mit Vorzugsgrößen, Mindestbohrung, Toleranzen, Restring und Aspektverhältnis des Fertigers. So verhindert man, dass eine pauschale Regel „so klein wie möglich“ unnötige Kosten erzeugt.
Weitere PCBPit-Leitfäden behandeln Via-Grundlagen, Durchsteckbestückung, Befestigungsbohrungen sowie Flach- und Kegelsenkungen. Für eine Herstellbarkeitsprüfung können Sie Bohrdaten, Fertigungszeichnung, Lagenaufbau und Menge an PCBPit senden.
Häufig gestellte Fragen#
Soll die Bohrdatei Endlochmaße enthalten?
Viele Fertiger erwarten Endmaße und berechnen die Werkzeuge selbst. Bestätigen Sie die Regel des Anbieters und vermerken Sie die Konvention auf der Zeichnung, damit keine doppelte Zugabe entsteht.
Warum werden metallisierte Löcher größer gebohrt als ihr Endmaß?
Kupfer und weitere Schichten wachsen auf der Lochwand und verkleinern die Öffnung. Der Fertiger wählt ein größeres Werkzeug, damit das fertige Loch im Toleranzbereich liegt.
Wie klein darf eine PCB-Bohrung sein?
Es gibt kein universelles Minimum. Es hängt von mechanischem oder Laserbohren, Dicke, Material, Aspektverhältnis, Metallisierung und Fertigerfähigkeit ab. Nutzen Sie die aktuellen Regeln des gewählten Services.
Sind Befestigungslöcher metallisiert?
Sie können als PTH oder NPTH ausgeführt werden. Entscheiden Sie anhand von Erdung, Mechanik und Isolation und kennzeichnen Sie die Wahl eindeutig in Daten und Zeichnung.
Wie viel größer muss ein Bauteilloch als der Anschluss sein?
Verwenden Sie die maximale Anschlusskontur und eine Toleranzanalyse der Montage. Der Freiraum hängt von Form, Beschichtung, Einsetzverfahren, Lötprozess und Produktanforderungen ab.