Keepouts voor betere functionaliteiten produceerbaarheid van PCB’s

Op basis van keepouts kan je in jouw ontwerptool gebieden op de printplaat definiëren waar bepaalde componenten of andere elementen niet mogen voorkomen. Bijvoorbeeld omdat ze de antennefunctie storen of dat er op die plek een schroefje is voorzien. Door dat vast te leggen kunnen ook collega-ontwerpers daar niet omheen en kan het in een later stadium van het productieproces ook niet voor miscommunicatie zorgen.

Een rechthoekige connector, zoals deze 4-pins header, kan een keepout-gebied nodig hebben om te voorkomen dat componenten en andere elementen, zoals koper, onder de pinnen komen te zitten die boven de printplaat ‘zweven’. Het is handig om ook een courtyard te hebben, hoewel deze alleen bedoeld is om andere componenten buiten te houden, niet andere circuitelementen, zoals sporen.

Dit is het zevende deel van een serie artikelen over PCB-ontwerp en productie. Bekijk hier deel 1, deel 2, deel 3, deel 4, deel 5 en deel 6.

Auteur: Saar Drimer, editor bij Eurocircuits

Keepouts zijn gebieden op de printplaat waarvoor we in onze ontwerptool beperkingen opleggen voor wat er wel en niet in dat gedeelte van de PCB mag zitten. Keepouts kunnen bijvoorbeeld elke combinatie van sporen, kopervullingen, componenten, via’s of zelfs componenten van een bepaalde hoogte uitsluiten. Hiermee helpen ze om tot een verdere verbetering te komen van zowel de functionaliteit als de produceerbaarheid van printplaten.

Voorbeelden

Keepouts komen van pas in verschillende situaties, zoals blijkt uit de volgende voorbeelden:

  • Antennes die gemaakt zijn van kopersporen, zoals gebruikelijk is bij Bluetooth, vereisen normaal gesproken in alle andere lagen van de printplaat binnen een bepaalde afstand een gebied dat vrij is van koper.
  • Componenten die een gebied ‘boven’ de printplaat innemen dat groter is dan de soldeervoet, vereisen een keepout die andere componenten in dat gebied uitsluit. We willen bijvoorbeeld niet dat een 0603 onder een haakse connector terechtkomt waarvan de pinnen boven de printplaat ‘zweven’. Ook voor de actuator van een haakse schakelaar moet de ruimte eronder vrij zijn.
  • Sommige koellichamen hebben een groter oppervlakte dan de component waarvan ze warmte afvoeren. Een keepout kan in dat geval worden gebruikt om te voorkomen dat daar componenten worden geplaatst: helemaal geen of alleen van een bepaalde hoogte. Dit heeft niet alleen gevolgen voor de assemblage, maar ook voor de betrouwbaarheid. Als een component te dicht bij een koellichaam zit, kunnen de wamtewisselingen voor een snellere aantasting van de component zorgen dan normaal.
  • Veel componenten, met name componenten die een hoge spanning vereisen of elektromagnetische interferentie kunnen veroorzaken, hebben een bepaalde mate van isolatie nodig ten opzichte van nabijgelegen sporen om fouten of overspraak te minimaliseren. Met keepouts kunnen we ervoor zorgen dat dit lokaal wordt afgedwongen zonder impact op de algemene ontwerpregels.
  • Soms moeten we voorkomen dat sporen tussen pads komen. Een keepout, vooral als deze gedefinieerd kan worden op het niveau van de footprint van de component, kan ons hierbij helpen.
  • Als we ruimte nodig hebben voor behuizingsvoorzieningen en mechanische bevestigingen zoals schroeven, kan een keepout garanderen dat er niets in die ruimtes wordt geplaatst.
  • Als de ontwerptool het niet anders toelaat, kan een keepout gebruikt worden om een door veel PCB-fabrikanten vereiste vrije ruimte te behouden tussen de contour van de printplaat en enig layout element.

Effectief gebruik van keepouts

Het volgende citaat over softwareontwikkeling is ook van toepassing op keepouts. ‘Bij een softwareproject zijn minstens twee ontwikkelaars betrokken: jijzelf en jij over drie maanden.’ Keepouts stellen ons namelijk in staat om beperkingen te creëren waar we later – als we de details alweer vergeten zijn – niet meer omheen kunnen. Ze vormen ook een handige manier om beperkingen te communiceren naar andere teamleden die aan het ontwerp werken. Het alternatief om markeringen in het schema aan te brengen met toelichtingen heeft ook zijn waarde, maar die kunnen gemakkelijk onopgemerkt blijven, vergeten of verkeerd begrepen worden. De software dwingt de keepouts af en is daarin veel standvastiger en consequenter dan de mens achter de ontwerper.

Wat minder goed passend bij de keepouts is de aanbeveling, die je wel eens ergens tegenkomt, om een zichtbaar element aan de keepout toe te voegen, bijvoorbeeld in de witdruk. Die markeringen zijn dan geen keepouts in de zuivere zin van het woord, maar ze kunnen dienen om de PCB-assembleur of de gebruiker een bepaalde instructie in te peperen, in de trant van: ‘lijm de kabelboom niet vast in dit gebied’.

Echter, de doelen van keepouts en van de legenda zijn niet hetzelfde en we moeten erover waken om ze niet door elkaar te halen. Dat kan er alleen maar toe leiden dat beide methoden van markering hun effectiviteit verliezen. Over effectiviteit gesproken: voeg nooit een keepout-markering of enig ander kenmerk toe aan de contour laag!

Een keepout in KiCAD houdt een kopervulling buiten en dwingt er een baan omheen. In versie 5 kan je alleen aangeven om sporen, via’s en opvullingen te weren. In versie 6 komen daar pads en footprints bij.

Hoe Visualizer helpt

De Eurocircuits Visualizer-software is een krachtig hulpmiddel waarmee je kunt controleren of alles in orde is voordat je je PCB bestelt. Keepouts worden normaal gesproken niet gecommuniceerd naar de fabrikant omdat ze een ontwerptool zijn; alleen hun effect op het ontwerp wordt getoond. We gebruiken ze echter wel intern, zodat we niet onvoorzien tabs plaatsen op plekken waar keepouts onder componenten zijn bedacht. Dan ontstaan ook niet de problemen rond correcte plaatsing van de PCB, zoals die zijn beschreven in deel drie van deze serie, over outlines.

Contactgegevens
AdresAntwerpsesteenweg 66
Postcode en plaats
2800 Mechelen
Telefoon+32-15-281630
Meer informatieInformatie aanvragen

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *