Das Ideal darf nicht zum Idol gemacht werden.  - Hazrat Inayat Kahn

PCB optimieren durch TearDrop

TearDrops sind kegel- oder tränenförmige Vergrößerungen der Anschluss Flächen. Für Anschlussflächen werden meist kreisförmige Lande Pads verwendet. Rechtwinklige oder auch Oktogonale Ausführungen sind meist zur Polaritätskennzeichnung ebenfalls gebräuchlich. TearDrops vergrößern diese Landepads zur anschließenden Leiterbahn hin und verjüngen sich allmählich bis zur Leiterbahnbereite. Das für und wieder möchte ich auf dieser Seite nachfolgend erörtern.

Wie werden TearDrops erzeugt?

Altium Designer Menü zur TearDrop Erstellung
Über zusätzliche um ±30° geneigte Leiterbahn Segmente, aber auch Fills, Polygon oder andere Elemente lassen sich TearDrops manuell einbringen. Da dies aber für jedes PAD einzeln sehr aufwendig ist, haben für diesen aufwändigen Prozess alle PCB Design Ent­wicklungs- Tools eine Erleichterung in Ihrem Programm eingebunden.

In Altium Designer kann hierfür im Menü Tools das Auswahlfenster "TearDrops…" geöffnet werden. In diesem Menü kann die Ausführung, der "Style" ausgewählt werden. Zusätzlich lässt sich noch bestimmen ob TearDrops hinzugefügt oder wieder entfernt werden sollen, und ob sich der Befehl nur auf ausgewählte oder alle Elemente bezieht.

Die TearDrop Funktion wurde in altium designer Version 14.3 komplett überarbeitet. Anstelle einzelner Leiterbahnen und Bögen werden nun Regionen für die Gestaltung der TearDrop verwendet. Ab 14.3 kann in Altium Designer TearDrop auch auf Leiterbahn Segmente anwenden. Damit ist es möglich Leiterbahn breiten mit einem kontinuierlichen Verlauf zu verändern (Verjüngung) und T-Verbindungen abzurunden.

Welchen Vorteil haben TearDrop Pads?

Übergänge im Kupfer­verlauf sind immer eine mögliche Bruchstelle. Die Bruch­gefahr ist umso größer, je unter­schied­licher die beiden Segmente sind. Temperatur­wechsel oder aber Erschütterungen bewegen eine Fläche oder PAD anders als eine dünne Leiterbahn und führen zu Spannungen im Material. Der Bruch kann dabei bereits während der Fertigung im Lötprozess auftreten Es ist aber auch möglich das dies erst sehr viel später im Betrieb geschieht. Über einen homogenen Kupfer­ver­lauf kann dies verhindert werden.

Für Anschlussflächen mit Bohrungen und VIAs werden minderst stärken des CU Rings um die Bohrung vorgegeben. Dadurch soll sichergestellt werden, dass die elektrische Verbindung auch unter Einbezug aller Toleranzen hergestellt wird. Die dabei zu beachtenden Toleranzen ergeben sich aus der Positionierungs­genauigkeit des Bohrers und dem Lagenversatz zwischen den CU-Einzellagen.

Ansicht vier Pads jeweils mit und ohne TearDrop Das Bohrloch im Bezug zum CU-Pad befindet sich in Ab­hängig­keit dieser Toleranzen wie im neben­stehenden Bild nicht exakt in der Mitte, sondern irgend­wo inner­halb eines Taumel­keis genannten Bohrfeldes. Das neben­stehende Bild zeigt vier mögliche Bohr­ausführ­ungen oben ohne TearDrops und unten mit angeschlossen.

Die Bohrung für das PAD 1 (ideal) und PAD 3 sind in beiden Ausführungen unkritisch. Hingegen schneidet die Bohrung im PAD 2 und 4 in die verbleibende Kupfer Anschluss­fläche stark ein. Ohne TearDrops ist die verbleibende Anschluss­fläche zu gering, mit TearDrops verbleibt trotz Bohrtoleranz noch genügend Kupfer in der Anschlussfläche.

Abschließende Betrachtung TearDrops

Tear-Drops haben nach meiner Auffassung zwei wesentliche Vorteile:


Als Nachteil steht dem ein erhöhter Arbeits­auf­wand entgegen. Im Vorfeld der Produktion von Leiter­platten, werden in einem CAM Prä­prozess DRC definierte An­pass­ungen und Er­gänzungen an den vom Layouter ge­lieferten Gerber­daten vor­genommen. Diese Modifikationen dienen der Prozess­anpassung an die jeweiligen Produktions­werk­zeuge. Die Bohr­ungen werden ver­größert um nach der Metalli­sierung den ge­wünschten End­durch­messer zu erhalten. Leiter­bahnen werden ebenfalls an­ge­passt um nach dem Ätz­prozess die ge­wünschte Breite zu erhalten. Bei diesem Prozess werden auch von guten Leiter­platten Fertiger wo notwendig TearDrop ent­sprechende Elemente eingefügt. Es ist also durchaus möglich sich auf den Fertiger zu verlassen, und Ihm die Aufgabe zu überlassen. Bei einem ersten Proto­typ ein durch­aus gängiger Weg. Für das Design eines Serien­produktes und im Sinne eines dauer­haft ab­ge­sicherten Prozesses, sollte aber die Vorarbeit im Layout angelegt werden.