KiCad-Anwender bemerken den Abstand zwischen Siebdruck und Maske meist erst spät: Im Editor sieht die Leiterplatte noch gut aus, doch in der Fertigungsvorschau werden Referenztext, Polaritätsmarkierungen oder Markierungen für Pin 1 von den freiliegenden Pads abgeschnitten. Das ist nicht nur ein kosmetisches Ärgernis. Wenn der Siebdruck in der Nähe von kleinen passiven Bauteilen, ICs mit feinem Raster oder Anschlusspads verschwindet, fehlen den Bestückern die Markierungen, auf die sie sich bei der Erstmusterprüfung und bei manuellen Nachbesserungen verlassen. Die allgemeineren Regeln für den PCB-Siebdruck, die in der Fertigung und bei Servicearbeiten gelten, treffen auch hier zu, doch KiCad deckt das Problem bereits auf der Ebene der Footprints und der Plot-Einstellungen auf.
Dieser Leitfaden erklärt, worauf die KiCad-Prüfung des Abstands zwischen Siebdruck und Maske tatsächlich hinweist, woher der Konflikt in der Regel stammt und wie man ihn beheben kann, ohne ein anderes Fertigungsproblem in den Gerber-Dateien zu verursachen.
Was die KiCad-Warnung eigentlich bedeutet
Die Warnung erscheint, wenn ein Siebdruckobjekt zu nahe an einer Öffnung in der Lötmaske liegt. In der Fertigung schneidet die Fabrik häufig die Beschriftungstinte vom freiliegenden Kupfer weg, damit keine Tinte auf lötbare Pads gelangt. Das bedeutet, dass KiCad möglicherweise einen vollständigen Umriss oder eine vollständige Referenzbezeichnung anzeigt, während die gefertigte Platine in diesem Bereich eine verkürzte Version, eine unterbrochene Form oder gar keine Beschriftung aufweist.
In der Praxis ist das Risiko am größten im Bereich von QFN-Ecken, dichten Widerstandsnetzwerken, Steckverbindern mit feinem Raster, LED-Polaritätsmarkierungen und Testpads, die in der Nähe von Bestückungsbeschriftungen platziert sind. Eine Leiterplatte kann zwar weiterhin elektrische Prüfungen bestehen, lässt sich jedoch schwieriger bestücken, prüfen oder reparieren, da die nützlichen Markierungen als Erstes von der Fertigungsstätte entfernt wurden.
Warum dieses Problem in realen Layouts so häufig auftritt
Die meisten Konflikte zwischen Siebdruck und Maske werden nicht durch eine einzige falsche Einstellung verursacht. Sie entstehen durch das Zusammenspiel der folgenden Entscheidungen:
- Es wurde eine Footprint-Bibliothek mit eng gezeichneten Körperumrissen oder übergroßen Polaritätsmarkierungen erstellt.
- Die Ausdehnung der Lötmaske ist größer als vom Konstrukteur erwartet, insbesondere bei Bauteilen mit engem Rastermaß.
- Der Referenztext wurde nach dem Routing verschoben, als der Freiraum um die Pads herum bereits nicht mehr vorhanden war.
- Die Leistungsfähigkeit der Fab-Legende ist auf dem Papier höher als in der wiederholbaren Serienproduktion.
- Auf der Platine kommen kleine Bauteile zum Einsatz, bei denen bereits eine Verschiebung um 0,15 mm darüber entscheidet, ob eine Markierung beim Ausschneiden erhalten bleibt.
KiCad kann lediglich Geometriekonflikte anzeigen. Es kann nicht entscheiden, ob die von Ihnen gewählte Fertigungsanlage die Beschriftung abschneidet, ob eine fehlende Markierung für Pin 1 zu Verwirrung bei der AOI-Prüfung führt oder ob die Platine später von jemandem, der sie nicht entworfen hat, am Arbeitstisch nachbearbeitet werden muss.
Beginnen Sie mit dem Fußabdruck, nicht mit der globalen Regel
Wenn dieselbe Warnung an vielen Stellen eines Bauteils auftritt, ist der Footprint in der Regel der richtige Ort, um das Problem zu beheben. Es ist sicherer, ein Segment des Siebdruckumrisses zu verkleinern, einen Polaritätspunkt zu verschieben oder den Körperumriss von den Pad-Kanten weg zu versetzen, als den Abstand global zu vergrößern, bis die Warnungen verschwinden.
Dies ist vor allem bei wiederverwendbaren Bibliotheken von Bedeutung. Ein Footprint, der auf einem Prototyp zunächst den Anforderungen entspricht, kann dennoch zu einem Problem in der Fertigung werden, wenn dasselbe Gehäuse auf einer dichter bestückten Leiterplatte, in einem Panel-Design oder mit einer anderen Maskenvergrößerungsregel wiederverwendet wird. Durch die Korrektur des Quell-Footprints wird verhindert, dass sich der Fehler im nächsten Projekt vervielfacht.
Ein praktischer Freigabe-Workflow, der sich in der Fertigung bewährt
Betrachten Sie die Überprüfung als eine kleine DFM-Prüfung und nicht nur als eine DRC-Bereinigungsaufgabe. Ein praktischer Arbeitsablauf sieht wie folgt aus:
- Stellen Sie fest, ob der Konflikt die Körperkontur, den Referenztext, die Polaritätskennzeichnung oder die Kennzeichnung von Pin 1 betrifft.
- Prüfen Sie, ob die freiliegende Maskenöffnung auf die Pad-Größe, eine lokale Maskenausdehnung oder einen zu großzügig gezeichneten Footprint-Innenhof zurückzuführen ist.
- Fragen Sie nach, ob das Siebdruckelement bei der Montage benötigt wird oder nur dekorativen Zwecken dient.
- Passen Sie zunächst die Grundfläche oder die Platzierung des lokalen Textes an.
- Erstellen Sie die Gerber-Dateien neu und überprüfen Sie die Siebdruckebene, wobei die Öffnungen in der Lötmaske sichtbar sein müssen, bevor Sie die Freigabe erteilen.
Für viele Fertigungsbetriebe ist es ein konservativer Ansatz, einen Abstand von mindestens etwa 0,15 mm bis 0,20 mm zwischen Siebdruck und Maskenöffnungen einzuhalten und diesen anschließend anhand der vom Hersteller veröffentlichten Legendenkapazität zu überprüfen. Bei kleinen Gehäusen spielt auch die Linienbreite eine Rolle. Ein theoretisch zulässiger Abstand kann nach dem Beschneiden dennoch verschwinden, wenn die Leiterbahn selbst bereits nahe an der minimalen druckbaren Breite der Fertigungsanlage liegt.
Wann es unbedenklich ist, die Legende zu kürzen, und wann nicht
Nicht jede Warnung verdient die gleiche Reaktion. Der Verlust eines kurzen Segments der Körperumrisslinie bei einem Zweipin-Widerstand mag akzeptabel sein. Der Verlust der einzigen Markierung für Pin 1 bei einem QFN, der Polaritätsmarkierung bei einer LED-Anordnung oder des Ausrichtungshinweises für einen Steckverbinder gehört jedoch nicht zur gleichen Kategorie von Problemen.
Die bessere Frage lautet nicht: „Kann die Fertigungsstätte dies weglassen?“, sondern: „Wenn die Fertigungsstätte dies weglässt, welche Fertigungs- oder Wartungsaufgabe wird dadurch erschwert?“ Wenn die fehlende Beschriftung die Platzierungsprüfung, die Ausrichtung bei Nacharbeiten, die Beschriftung von ICT-Prüfvorrichtungen oder Reparaturen vor Ort beeinträchtigt, sollte die Markierung neu gestaltet und nicht weggelassen werden.
KiCad-spezifische Punkte, die Sie überprüfen sollten, bevor Sie die Gerber-Dateien neu generieren
Bevor Sie Dateien erneut exportieren, überprüfen Sie die Stellen in KiCad, an denen diese Warnung häufig auftritt:
- Siebdruck-Primitive auf
F.SilkSin der Nähe von Pads oder freiliegenden Wärmeleitpads. - Platzierung von Bauteilebezeichnungen nach interaktiver Leiterbahnführung oder Aktualisierungen der Kupferfüllung.
- Einstellungen für den Abstand zur Lötmaske in den Footprint- oder Leiterplattenregeln.
- Zeichnen Sie Einstellungen ein, die bei der Gerber-Erstellung den Siebdruck an die Lötmaske anpassen.
Wenn Sie lediglich die Textplatzierung korrigieren, aber ein Polaritätsdreieck oder einen Leiterbahnumriss zu nahe an den Pads belassen, kann die Warnung beim nächsten ECO erneut auftreten. Wenn Sie lediglich den DRC-Schwellenwert lockern, liefern Sie möglicherweise eine Platine aus, deren Beschriftung in KiCad zwar vollständig erscheint, vom Hersteller jedoch teilweise entfernt wird.
Wie sich dies auf den Ertrag, die Qualitätskontrolle und spätere Reparaturen auswirkt
Die Lesbarkeit des Siebdrucks wirkt sich nicht nur auf das Erscheinungsbild aus. Bei der Erstmusterprüfung überprüfen Techniker die Ausrichtung häufig anhand einer Kombination aus Schwerpunktdaten, Montagezeichnungen und den auf der Leiterplatte selbst noch erkennbaren Markierungen. Ist die Beschriftung der Leiterplatte schlecht lesbar, dauert jeder manuelle Überprüfungsschritt länger. Das verlangsamt die NPI-Arbeit und erhöht das Risiko, dass bei ähnlich aussehenden Bauteilen Fehler bei der Ausrichtung übersehen werden.
Bei Reparaturen im Feld werden Fehlentscheidungen bei der Beschriftung teuer. Wenn die Position eines Reglers, Steckers oder Jumpers aufgrund von Schutzlack, Flussmittelrückständen oder Verfärbungen durch Hitze nicht mehr leicht zu erkennen ist, muss die Leiterplatte möglicherweise zusätzlich anhand des Schaltplans überprüft werden, bevor mit einer einfachen Nachbearbeitung begonnen werden kann. Das ist Zeitverschwendung, die durch ein vermeidbares Layout-Detail verursacht wird.
Eine bessere Faustregel für dichte Leiterplatten
Halten Sie bei dicht bestückten Layouts wesentliche Legendenangaben sparsam und zielgerichtet. Behalten Sie Pin 1, Polarität, Referenz-IDs für manuell bestückte Bauteile und service-relevante Beschriftungen bei. Lassen Sie dekorative Gehäuseumrisse bei Bedarf schrumpfen oder unterbrochen werden. Dieser Ansatz übersteht die Fertigung in der Regel besser als der Versuch, um jedes Bauteil herum einen vollständigen Gehäuseumriss beizubehalten.
Wenn die Leiterplatte für die SMT-Serienfertigung vorgesehen ist, überprüfen Sie das Ergebnis zusammen mit anderen Fertigungsbarkeitsprüfungen wie Schablonenzugang, Sichtbarkeit der Referenzpunkte, Erreichbarkeit der Testpunkte und Bauteilabstände. Konflikte bei der Siebdruckbeschriftung treten bei dicht bestückten Entwürfen selten isoliert auf; daher lohnt es sich, sie gemeinsam mit Layout-Entscheidungen für die SMD-Bestückung zu prüfen, die sich auf Ausbeute, Inspektion und Nacharbeit auswirken.
Fazit
Die KiCad-Warnung zum Abstand zwischen Silkscreen und Maske ist nützlich, da sie auf einen echten Kompromiss bei der Fertigung hinweist: Die Markierungen, die Sie auf der Leiterplatte haben möchten, liegen zu nah an dem Kupfer, das Sie zum Löten benötigen. Die beste Lösung ist in der Regel eine Änderung des Footprints oder der Platzierung, bei der die für die Bestückung wichtigen Beschriftungen erhalten bleiben – und nicht eine globale Regeländerung, die die Warnung lediglich ausblendet. Wenn Sie das Ergebnis in den Gerber-Dateien überprüfen und dabei gleichzeitig an die Bestückung und eventuelle Nachbearbeitung denken, wird die Warnung zu einem DFM-Prüfpunkt statt zu einem Ärgernis.
Was ist in KiCad ein sicherer Abstand zwischen Siebdruck und Lötmaske?
Da es keine einheitliche Standardgröße gibt, da die Hersteller unterschiedlich arbeiten, beginnen viele Entwickler mit Werten zwischen 0,15 mm und 0,20 mm und gleichen diese dann anhand der Legende und der Maskenkapazität des Leiterplattenherstellers ab. Bei sehr kleinen Gehäusen sind die Leiterbahnbreite und die Maskenausdehnung genauso wichtig wie der nominelle Abstand.
Sollte ich die KiCad-Regel lockern, nur um die Warnung zu beseitigen?
In der Regel nicht. Wenn die Warnung mit wesentlichen Merkmalen wie Pin 1 oder der Polarität zusammenhängt, kann eine Lockerung der Regel ein tatsächliches Fertigungsproblem verschleiern. Korrigieren Sie zunächst das Footprint, die Textplatzierung oder die lokale Geometrie und entscheiden Sie dann, ob eine verbleibende Warnung akzeptabel ist.
Warum sieht der Siebdruck in KiCad gut aus, verschwindet aber in den Gerber-Dateien oder der Fertigungsausgabe?
Da bei der Fertigung die Beschriftung häufig außerhalb der Lötmaskenöffnungen abgeschnitten wird, um zu verhindern, dass Tinte auf lötbare Bereiche gelangt. KiCad kann zwar die ursprüngliche Geometrie anzeigen, doch beim Ausdrucken oder bei der Fertigung kann der Teil entfernt werden, der die Sperrzone um die freiliegenden Pads überlappt.
Welche Siebdruckelemente sollten auf einer dicht bestückten Leiterplatte zuerst geschützt werden?
Schützen Sie die Markierungen an Pin 1, die Polaritätsanzeigen, die Ausrichtungshilfen für Steckverbinder sowie alle Beschriftungen, die für die Erstmusterprüfung oder Nachbearbeitungen am Prüfstand erforderlich sind. Dekorative Umrisse des Gehäuses haben in der Regel eine geringere Priorität und können bei Platzmangel gekürzt werden.
