Anneaux annulaires : Qu'est-ce que c'est et comment fonctionnent-ils ?

Lorsque vous concevez une carte multicouche, vous devez presque toujours acheminer des pistes d’un côté de la carte à l’autre. Cela se fait par un via, qui est un trou percé à travers des pastilles en cuivre correspondantes sur le dessus et le dessous de votre carte, et qui est plaqué avec un matériau conducteur. L’anneau de cuivre entourant le via sur le dessus et le dessous de la carte est appelé l’anneau annulaire. Voyez, c’est clairement un donut :

Dans un monde parfait, la mèche de foret atteindrait la bonne marque sans faille à chaque fois et il n'y aurait pas besoin d'un anneau circulaire supérieur à un millième ou deux. Cependant, les forets utilisés par les fabricants de PCB sont soumis aux mêmes variables que le reste du monde et ne sont garantis que pour percer avec une certaine tolérance. La tolérance est remarquablement serrée compte tenu du processus, généralement d'environ 0,005" (5 mil), mais doit être prise en compte si votre conception ne tolère pas la tangence (le foret est contre un bord de la pastille) ou la rupture (le foret casse complètement la limite de la pastille).

L'exception serait la connexion des plans de cuivre. Si vous utilisez une multitude de vias pour connecter deux grandes zones de cuivre, les anneaux annulaires ne sont qu'une formalité.

Détermination par la taille de l'anneau annulaire

Si vous ne pouvez pas tolérer la tangence ou la rupture, quelle quantité de cuivre avez-vous besoin dans vos anneaux annulaires ? Lorsque l'espace est limité, la dernière chose que vous voulez, ce sont des anneaux annulaires de circuit imprimé géants prenant de la place. Si vous devez mettre votre carte au régime, consultez votre fabricant de circuits imprimés pour ses recommandations. Il peut être en mesure de réduire sa tolérance moyennant des frais. Si vous souhaitez accepter ses tolérances standards tout en évitant un mauvais raccordement, une bonne règle générale consiste à rendre les anneaux annulaires de la largeur de la tolérance de votre fabricant plus un mil. Par exemple, si il ne peut garantir qu'une précision de 5 mil sur les impacts de perçage, assurez-vous que vos anneaux annulaires aient un minimum de 6 mil. Il n’y a pas de mathématiques complexes ici, juste la différence entre le diamètre de la pastille et le diamètre du foret divisé par deux. Si vous avez un foret de 10 mil traversant le centre d’une pastille de 20 mil de diamètre, la largeur de votre anneau annulaire est (20-10)/2 = 5 mil. Si la tolérance que vous attendez est de 5 mil, vous vous exposez au risque de tangence. Il serait préférable de faire en sorte que la pastille ait au moins 22 mil de diamètre.

La surface des anneaux annulaires

Que faire si vous êtes à l'opposé du spectre ? Vous avez de la place à revendre et du courant à faire circuler. Les vias ne peuvent être plaqués qu'à une certaine épaisseur, il vous faudra donc peut-être un via plus grand pour obtenir la surface nécessaire aux traces à fort courant. Pour réellement utiliser toute cette surface, le courant doit pouvoir circuler tout autour de l'anneau annulaire et donc à travers l'intégralité du via. Pour éviter de créer un point chaud thermique si le perçage ne tombe pas exactement au centre, ajoutez 1/8 de la largeur de la trace de connexion à la tolérance du fabricant. Si vous approchez un via avec une trace de 40 mil, ajoutez 5 mil à la tolérance de 5 mil pour obtenir une largeur totale de l'anneau annulaire de 10 mil. Si vous n'avez pas d'espace pour de grands anneaux sur votre PCB, envisagez d'utiliser plusieurs petits vias pour connecter les traces.   Si vous créez des vias à utiliser comme trous de montage pour des composants traversants tels qu'un connecteur ou une LED traversante, gardez à l'esprit qu'il est difficile de souder manuellement de manière correcte à un anneau annulaire de moins de 10 mil. N'hésitez pas, utilisez le gigantesque beignet frit de PCB (anneau annulaire de PCB).

Soudure de l'anneau annuel du PCB

En tant que concepteur de cartes, nous sommes fiers de notre efficacité. Une carte bien organisée est une carte plus compacte, et donc une carte moins coûteuse. Il peut être tentant de remarquer les grandes quantités de cuivre exposé que fournissent les "donuts" du PCB et d'avoir des idées. Aussi tentant que cela puisse être, n'essayez pas d'ancrer des composants comme de petites résistances à la carte en utilisant les anneaux annulaires. La pâte à braser s'écoule différemment sur un anneau comparé à un pad standard et ne formera pas une bonne connexion avec de petits composants. Les éléments plus grands, cependant, c'est une autre histoire – les anneaux annulaires des vias thermiques sous un composant doté d'une pastille thermique font un excellent travail pour ancrer cette pièce à la carte.   Les petits composants ne sont pas recommandés, mais il n'y a rien de mal à donner à vos anneaux annulaires dans un PCB une couche de pâte à braser. La pâte fondra dans les vias lors du processus de refusion et augmentera la conductivité. Ce n'est pas une bonne idée pour les vias que vous envisagez d'utiliser pour fixer des composants, car la soudure refondue réduira le diamètre du trou et les broches des composants pourraient ne pas s'insérer.   Il y a beaucoup de choses à surveiller dans la conception de PCB, et des détails comme la largeur des anneaux annulaires peuvent passer inaperçus. Vérifiez les paramètres de votre outil DRC par défaut et assurez-vous que les anneaux annulaires de votre PCB correspondent à votre style de conception.