O guia mais abrangente que você mais precisa sobre o anel anular PCB

O anel anular PCB é uma das maiores preocupações que muitos designers de PCB enfrentam. Embora você possa ter 100% de certeza de que colocou sua via no meio do bloco, há chances de tangências e fugas. Este artigo é sobre anéis anulares de PCB.

Ele aborda os desafios no projeto de anéis anulares de PCB e suas soluções, bem como a importância do tamanho do anel anular de PCB. Com este artigo, espere aprender muito. A partir daqui, você encontrará um guia detalhado de design de anel anular de PCB. Como leitor, você entenderá os desafios dos anéis anulares de PCB. Mais ainda, você estará em melhor posição para resolver os problemas enfrentados durante o estágio de design.

(Imagem de PCBs com anéis anulares)

1. O que é o anel anular PCB?

Um anel anular é uma área da almofada de cobre que fica em torno de um furo acabado e perfurado. O ponto morto aqui é que o revestimento de cobre através do furo. Em toda esta via, deve haver cobre suficiente. Cobre suficiente permite a formação de conexões confiáveis ​​entre a via e os traços de cobre. Isso é comum, especialmente em PCBs multicamadas.

Portanto, o objetivo principal dos anéis anulares é estabelecer conexões excelentes, especialmente em PCBs multicamadas. Em outras palavras, anéis anulares servem como âncoras para a placa de circuito impresso. O diâmetro mínimo dos anéis anulares depende das capacidades de um montador de PCB. O diâmetro do furo varia de acordo com a natureza e se galvanoplastia. Pequenos círculos colocam a via em risco. Pequenos anéis resultam no que é conhecido como fugas anulares.

2. A estrutura do anel anular PCB

Em matemática, um anel é um objeto em forma de anel. É uma região que tem um entorno de dois círculos concêntricos. O mesmo acontece quando se trata de placas de circuito impresso. De forma equivalente, um anel anular é uma diferença entre dois círculos ou discos concêntricos. Nas formas adjetivas, é um anular, da mesma forma que um eclipse anular.

Em placas de circuito impresso, os anéis anulares são principalmente de estrutura circular. É importante notar que quanto maior o murchamento do anel anular, melhor será a conexão de cobre ao redor do furo. Se você quiser evitar as chances de fugas, você deve aumentar o tamanho do anel anular.



(PCBs representando a estrutura circular de anéis anulares)

3. A importância do anel anular PCB

Anéis anulares de PCB são essenciais em um circuito impresso porque dão espaço para conexões elétricas confiáveis ​​em uma placa de circuito. Sem anéis anulares, não haverá as conexões elétricas desejadas em uma placa de circuito. Em uma placa de circuito impresso, problemas relacionados a anéis anulares podem ser problemáticos e podem afetar fortemente a continuidade do traço. Além disso, pode afetar negativamente a funcionalidade de toda a placa.

Infelizmente, alguns designers não levam em consideração a importância dos anéis anulares. Alguns projetam PCBs com anéis anulares de formato feio. Fazer isso é um grande problema que pode afetar questões relacionadas à continuidade de rastreamento. Ao perfurar anéis anulares, a precisão é essencial para que a perfuração não esteja errada. Se for esse o caso, haverá tangência do anel anular. A tangência do anel anular é um problema que afeta negativamente a funcionalidade de uma placa de circuito.



(PCBs anéis anulares e outros componentes elétricos)

4. Como calculamos o anel anular do PCB

Embora seja verdade que os fabricantes de PCBs são responsáveis ​​pela fabricação de projetos precisos, os designers também desempenham um papel importante. Os designers são importantes quando se trata de criar os designs do tamanho certo. Sem os tamanhos corretos do anel anular, a funcionalidade geral da placa está em risco. Garantir os tamanhos corretos de anéis anulares evitará dores de cabeça mais tarde.

Calcular o anel anular do PCB não é tão difícil quanto você pode imaginar. A melhor largura do anel anular é a diferença entre o diâmetro do furo acabado e a almofada de cobre dividida por dois. Vamos supor que o diâmetro da almofada seja de 22 mils e o diâmetro do furo seja de dez mils. Se sim, então o anel anular é calculado desta forma:(22 -10) /2 =6 mils.

4.1 Determinar o tipo de acordo com as necessidades

PCBs, encontram muito uso em muitas aplicações com base em seus altos pontos de ebulição e propriedades de isolamento elétrico. Eles encontram uso pesado em transferência de calor, equipamentos elétricos e hidráulicos. Ultimamente, você pode encontrar o uso de PCBs em eletrodomésticos, militares e equipamentos médicos. Ao calcular o anel anular do PCB, você precisa levar em consideração onde ele encontrará seu uso. O tipo de anel anular depende das necessidades do seu PCB.

Se a sua placa de circuito impresso exigir requisitos especiais, ela poderá exigir anéis anulares de PCB de alta qualidade. O Instituto de placas de circuito impresso lista três classes essenciais de PCBs. Existem produtos PCB Classe 1, 2 e 3; os de nível 3 encontram grande aplicabilidade em vez de produtos de Classe 1 e Classe 2. Por esta razão, os requisitos do anel anular Classe 3 são ligeiramente diferentes. Seus tamanhos de almofada precisam ser mais significativos o suficiente para acomodar o diâmetro da via.

4.2 Critérios de projeto do anel anular PCB

Sem os critérios de design corretos para anéis anulares de PCB, você pode acabar com uma placa com pouca funcionalidade. Ajudaria se você tivesse tudo certo para que seu equipamento funcionasse como desejado.

Teoricamente, o melhor anular é obtido perfurando-se corretamente no centro da via pad. Em um sentido real, a precisão da perfuração depende do equipamento que um fabricante usa.

Os fabricantes de placas de circuito impresso têm tolerâncias específicas para projetar anéis anulares de PCB. Principalmente, são cerca de cinco milhas. Idealmente, os projetistas preferem localizar anéis anulares no ponto morto da placa. A razão para isso é garantir uma excelente conectividade entre as camadas e as vias. Durante a fase de projeto, é essencial ter uma configuração adequada do anel anular.

Para projetos densos, é vital ter tamanhos de anel anular menores. A razão para isso é que via, ou o pad consumirá pequenos espaços.

4.3 Fórmula de cálculo

A fórmula de cálculo dos anéis anulares de PCB não é tão complicada quanto você pensa. Infelizmente, porém, muitas pessoas não estão cientes de chegar a esses cálculos. Por motivos de criação de via, significa que o furo perfurado requer uma envolvente de cobre. O anel de cobre é o tamanho da via ou o diâmetro externo. De acordo com as normas IPC-2221A, o cálculo do tamanho mínimo do anel anular da PCB é o seguinte:

Anel Anular Mínimo =(Borda Mínima da Campainha) * 2 + (Tolerância) + (Tamanho do Furo)

O anel de PCB anular é (diâmetro da almofada – o furo) /2. Suponha que você tenha um diâmetro de almofada de 20 mils e um diâmetro de furo de 10 mils. Por esta razão, a largura do anel anular será de 20 – 10 =5 mils.

Se você sabe que tem um bloco específico com um anel anular de 8 mils, o diâmetro do bloco é 8*2. Isso será igual a 16 milhas. Como você pode ver, a fórmula de cálculo dos anéis anulares de PCB não é um processo complicado.

4.4 Anel anular mínimo

Você precisa prestar atenção à largura mínima do anel. É importante notar que há um anel anular mínimo nas camadas interna e externa de um PCB. A maioria dos projetistas concorda com um anel anular mínimo de 0,1 mm nas camadas internas de um PCB. Além disso, a maioria dos projetistas de PCB concorda com 0,05 mm como o anel anular mínimo na camada externa.

Se você deseja obter os melhores e mais desejáveis ​​anéis anulares mínimos, precisará considerar algumas coisas. Mas o mais importante é garantir que você trabalhe com um designer que valorize o Design for Manufacturability (DFM). Com o DFM, você adquirirá PCBs com o tamanho mínimo do anel anular.

4.4.1 Qual é o menor anel anular?

Às vezes, com base no espaçamento apertado dos elementos próximos, os projetistas optam por fazer pequenos anéis anulares de PCB. É importante observar que pequenos anéis anulares aumentam as chances de as vias perfuradas ficarem próximas às bordas dos anéis anulares.

Nos piores casos, a via perfurada pode sair do anel anular. Isso pode resultar em uma conexão de rastreamento quebrada. Pior ainda, pode resultar em uma relação frágil, afetando a funcionalidade do conselho. O menor anel anular é -1mil. Infelizmente, isso não é o ideal porque aumenta a chance de um avanço.

4.4.2 Como calcular o menor anel anular

Como observado anteriormente, estimar o tamanho do anel anular não é uma coisa difícil como tal. Novamente, quanto menor o anel anular, melhor. Pequenos anéis anulares são excelentes quando se trata de economia de custos. Como o cálculo do anel anular máximo, o mesmo é quase precisamente o cálculo do menor anel anular. Para calcular o menor anel anular, você precisa pegar a dimensão do cobre e subtraí-la pelo diâmetro da broca. A figura que você deve ser dividido por dois. A maioria dos projetistas de PCB concorda que o menor anel anular precisa ter 0,050 mm.



(PCBs com a mesma largura do tamanho do anel anular)

5. Qual é a diferença entre o anel anular PCB e o orifício de passagem

Há uma diferença entre o anel anular do PCB e o orifício de passagem digna de nota. A área entre a almofada de cobre e a borda da via perfurada é um anel anular. Como afirmado anteriormente, se a largura do anel anular for grande, melhor. Isso pode fornecer conexões para vias perfuradas. Em placas de circuito impresso específicas, os anéis anulares são quase do mesmo tamanho.

Quando se trata de PCBs, muitas vezes você ouvirá o termo through-hole. Também escrito como “thru-hole”, refere-se a um esquema de montagem aplicável a componentes eletrônicos. Envolve o uso de fios em elementos inseridos em furos feitos na placa de circuito impresso. É importante notar que o furo passante é uma das tecnologias mais antigas. No entanto, existem razões válidas para usá-lo. Por exemplo, o furo passante é ideal para amadores. Ele vem com um pouco de barulho e alguns erros de acidentalmente trazer pontes.



(Uma máquina de perfuração de anéis anulares de PCB)

6. Anel anular externo (OAR) e anel anular interno (IAR)

Um Anel Anular Externo (OAR) é diferente do Anel Anular Interno (IAR), conforme explicado abaixo. Ambos são diferentes em termos de terminologias e seu cálculo.

6.1 O que faz o anel anular externo

Um anel anular externo consiste em uma almofada de cobre. A almofada de cobre é o material essencial que você encontrará em um anel anular externo.

Como calcular

Calcular o Anel Anular Externo é um processo fácil. O anel anular externo é 1/2 (o diâmetro externo da almofada). Aqui está um exemplo claro de como calcular o anel anular externo:

REMO =(Diâmetro da almofada de cobre – TAMANHO DA FERRAMENTA)/2. É assim que se consegue tais medidas. O TOOLSIZE =END SIZE + 0,10 mm para furos PTH + 0,00 mm para todos os furos NPTH.

6.2 O que é um anel anular interno

O Anel Anular Interno (IAR) é a área que fica entre o orifício de solda e a borda da camada externa da almofada de solda. É simples assim. Muito melhor, não é um processo difícil calcular o anel anular interno de um PCB. Está tudo explicado abaixo:

Como calcular

O Anel Anular Interno é 1/2 (diâmetro da almofada da camada interna – ). Para calcular o anel anular interno, você precisa pegar o diâmetro da almofada de cobre, menos o TOOLSIZE. Depois disso, você precisa dividir o valor obtido por 2. O TOOLSIZE =END SIZE + 0,10mm para todos os furos PTH + 0,00mm para todos os furos NPTH.

Suponha que você deseja calcular o IAR em uma almofada de cobre de 0,60 mm com um furo acabado consistindo de um diâmetro de 0,25 mm. Portanto, o IAR será o seguinte:

0,60 mm – (0,25 mm + 0,10 mm) /2. Isso será igual a 0,60 mm – 035 mm / 2 =0,250 mm/2. O resultado é 0,125 mm.



(PCBs anéis anulares internos e externos)

7. O que é o anel anular em forma de lágrima?

Quando se trata de fabricação de PCBs, você pode encontrar o termo lágrima. O nome vem com base em sua forma. Lágrimas ocorrem principalmente durante o processo de perfuração. Durante a perfuração, as possibilidades de desalinhamento das brocas são comuns. Aqui, uma broca pode remover muito cobre das junções de um PCB.

Isso pode causar conexões de rastreamento quebradas ou uma conexão fina. Mas é importante notar que as lágrimas desempenham papéis essenciais nos PCBs. A maioria dos designers os usa para evitar micro rachaduras. As microfissuras ocorrem principalmente na conexão do pad e da pista. Mas o objetivo principal das lágrimas é garantir a integridade durante a produção de PCB.

Isso é verdade, especialmente nos casos em que a broca fica desalinhada durante a perfuração. Existem outras razões pelas quais os designers de PCB usam lágrimas. Algumas das razões mais importantes incluem o seguinte:

• Minimiza o risco de rachaduras.
• Eles melhoram significativamente a resistência ao choque térmico do equipamento.
• Minimiza o estresse térmico e mecânico e em locais onde o traço se junta à almofada.
• Ajuda a aumentar a tolerância do fabricante de PCB da broca ao bloco. Isso torna a produção de uma placa de circuito mais confortável.
• Reduz drasticamente as chances de rachaduras.
• As lágrimas também tornam as placas de circuito mais robustas mecanicamente.

8. Problemas comuns do anel anular PCB

Há uma abundância de problemas de anel anular PCB dignos de nota. Muitos designers os enfrentam quase diariamente. Esses problemas são comuns, pois cada fabricante usa diferentes matérias-primas, mão de obra e táticas de design. Embora existam muitos problemas, alguns dos mais comuns incluem o seguinte:

Anel anular indesejado

Anéis anulares indesejados são problemas comuns de PCB. Se o tamanho do pad tende a ser pequeno, ele pode falhar. A razão para isso é que o furo consumirá muito espaço nas almofadas. Para que os designers evitem isso, a prototipagem é necessária.

A prototipagem garante a prevenção de anéis anulares indesejados antes da produção total. Com protótipos, é possível detectar erros antes da produção em massa.

Tangência

A tangência do anel de PCB anular é outro problema comum que os projetistas de PCB enfrentam. No momento em que uma broca erra a marca desejada, as bordas do furo resultantes se aproximam do tamanho da almofada. No momento em que o ponto chega a tocar a borda do lugar, ele provoca uma tangência de anel anular.

Se a perfuração se desviar ainda mais, é perigoso. Tal provoca casos de fugas. Para evitar tangências, você deve garantir que a perfuração seja perfeita. Sua broca deve atingir a marca. A precisão da perfuração deve estar no ponto.

Interrupção

Breakouts também são problemas comuns de anéis de PCB anulares. Os rompimentos anulares acontecem no momento em que a via perfurada não obtém o contorno desejado pelo bloco. Principalmente, os rompimentos ocorrem quando o processo de laminação faz com que partes de um PCB se afastem de onde devem ficar.

Quer evitar casos de voos? Nesse caso, você precisa garantir que a largura do anel anular seja ideal. Como mencionado anteriormente, a largura do anel anular é o diâmetro da almofada – o diâmetro do furo / 2.

(Quebra do anel anular em um PCB)

9. Probabilidade de ruptura desenhada pelo anel

9.1 Qual é a ruptura do anel anular (causas)

Várias causas podem fazer com que os anéis anulares em um PCB se rompam. Na maioria dos casos, é devido ao envelhecimento de uma placa de circuito. Placas que são antigas ou funcionam por muito tempo são propensas à ruptura do anel anular. Com a idade, tenha certeza de uma ruptura do componente. Além disso, a desidratação do anel anular é outra razão para a quebra.

A contaminação nos furos durante o processo de fabricação é outro motivo para a ruptura do anel anular. Existem outras causas conhecidas por provocar a fratura dos anéis anulares. O estresse mecânico excessivo é conhecido por provocar a rachadura dos anéis anulares. No entanto, nem tudo está perdido, pois existem maneiras de evitar ocorrências de quebra nos anéis anulares.

9.2 Como podemos evitar

Existem várias maneiras de garantir que você evite casos de ruptura do anel anular. Antes de tudo, você precisa garantir que o tipo de material usado seja da mais alta qualidade. Além disso, você precisa garantir que trabalha com fabricantes qualificados. Se você adquirir seus PCBs de fabricantes experientes, tenha certeza de que não há chances de arrebatamento do anel anular.

Você também pode ter que substituir seus PCBs, especialmente se forem antigos. Certifique-se de não submeter seus PCBs a estresse mecânico excessivo. Para garantir a segurança, certifique-se de que não haja contaminação do furo. Certifique-se de que o processo de fabricação segue todos os procedimentos para evitar tais casos.

10. Habilidades de ajuste de tamanho de anel anular PCB

Se os tamanhos dos anéis anulares estiverem incorretos, isso pode significar problemas na placa de circuito. Os anéis anulares que não são do tamanho desejado não funcionarão como pretendido. Problemas com o tamanho do anel ocorrem se a perfuração não for precisa. Mas alterar os tamanhos dos anéis anulares de PCB requer algumas habilidades especiais. Isso é facilmente possível, especialmente se você tiver algumas ferramentas.

As melhores ferramentas são aquelas que estão disponíveis na Cadence e são excelentes para projetar PCBs e análises. Se você usar o designer de PCB do OrCAD, poderá obter os tamanhos de anel anular desejados. Tudo o que você precisa fazer é digitar o bloco desejado e o comprimento do furo. Você precisa fazer isso durante o design do layout da PCB.

Resumo

O toróide é muito importante no PCB. Eles atuam como nós de interconexão, operando entre diferentes camadas do PCB. Sem anéis anulares, os PCBs não funcionarão como pretendido. Infelizmente, muitos designers de PCB não acertam quando se trata de anéis anulares. Muitos não conseguem obter a largura correta, enquanto outros acabam com desafios de ruptura de anéis anulares.

Você precisa de PCBs de alta qualidade com os melhores anéis anulares? Se assim for, não procure mais, OurPCB. Nós fabricamos alguns dos melhores PCBs com a largura de anel anular desejada. Nossos PCBs raramente sofrem de tangência e fugas. Para obter os melhores PCBs, obtenha-os conosco. Conosco, podemos organizar intercâmbios para aprendermos juntos o que fazer com PCBs.