Anelli anulari: Cosa sono e come funzionano?

Quando progetti una scheda multistrato, hai quasi sempre bisogno di instradare le tracce da un lato all'altro della scheda. Questo viene fatto attraverso una via, che è un foro praticato attraverso pad di rame corrispondenti sulla parte superiore e inferiore della scheda, rivestito con un materiale conduttivo. L'anello di rame che circonda la via, sia sulla parte superiore sia inferiore della scheda, è chiamato anello anulare. Vedi, decisamente una ciambella:

In un mondo perfetto, la punta del trapano colpirebbe il punto giusto in modo impeccabile ogni volta e non ci sarebbe bisogno di un anello anulare più grande di un millesimo o due. Tuttavia, i trapani utilizzati dai produttori di PCB sono soggetti alle stesse variabili del resto del mondo e garantiscono di colpire solo entro una certa tolleranza. La tolleranza è notevolmente rigorosa considerando il processo, tipicamente circa 0,005" (5 mil), ma deve essere presa in considerazione se il tuo design non può tollerare la tangenzialità (il trapano è contro un bordo del pad) o la rottura (il trapano rompe completamente il confine del pad).

L'eccezione sarebbe il collegamento dei piani di rame. Se stai utilizzando una moltitudine di via per collegare due grandi aree di rame, gli anelli anulare sono solo una formalità.

Determinazione tramite dimensione dell'anello anulare

Se non puoi tollerare la tangenzialità o un breakout, di quanto rame hai bisogno nei tuoi anelli anulare? Quando lo spazio è limitato, l'ultima cosa che desideri sono enormi anelli anulare del PCB che occupano troppo spazio. Se devi mettere la tua scheda "a dieta", consulta il tuo produttore di PCB per le sue raccomandazioni. Potrebbero essere in grado di ridurre la loro tolleranza a un costo aggiuntivo. Se vuoi accettare le loro tolleranze standard ma non vuoi rischiare una cattiva connessione, una buona regola pratica è fare in modo che gli anelli anulare abbiano una larghezza pari alla tolleranza del tuo produttore più un mil. Ad esempio, se possono garantire solo una precisione di 5 mil sui fori, assicurati che i tuoi anelli anulare abbiano una larghezza minima di 6 mil. Non c'è nessuna matematica complicata qui, solo la differenza tra il diametro del pad e il diametro della foratura, divisa per due. Se hai un foro di 10 mil al centro di un pad di 20 mil di diametro, la larghezza del tuo anello anulare è (20-10)/2 = 5 mil. Se la tolleranza prevista è di 5 mil, ti metti a rischio di tangenzialità. Sarebbe meglio fare in modo che il pad abbia almeno 22 mil di diametro.

L'area superficiale degli anelli anulare

Cosa succede se ti trovi all'estremità opposta dello spettro? Hai spazio da utilizzare e corrente da gestire. I vias possono essere placcati solo fino a un certo spessore, quindi potresti aver bisogno di un via più grande per ottenere la superficie necessaria per tracce ad alta corrente. Per sfruttare effettivamente tutta quella superficie, la corrente deve essere in grado di fluire lungo tutto l'anello anulare e quindi attraverso l'intero via. Per assicurarti di non creare un punto caldo termico nel caso in cui il trapano non colpisca il centro, aggiungi 1/8 della larghezza della traccia di connessione alla tolleranza fornita dal produttore. Se stai gestendo un via con una traccia di 40 mil, aggiungi 5 mil alla tolleranza di 5 mil per ottenere una larghezza totale dell'anello anulare di 10 mil. Se non hai spazio per grandi anelli sul tuo PCB, considera l'utilizzo di più vias più piccoli per collegare le tracce.   Se stai creando vias da utilizzare come fori di montaggio per componenti passanti come un header o un LED a foro passante, tieni presente che è difficile realizzare una saldatura manuale corretta su un anello anulare di meno di 10 mil. Vai tranquillo, usa il gigantesco ciambellone fritto del PCB (anello anulare del PCB).

Saldatura dell'anello annuale PCB

Come progettista di circuiti stampati, siamo orgogliosi della nostra efficienza. Un circuito organizzato è un circuito più compatto, che risulta in un circuito più economico. Potrebbe essere allettante osservare le ampie quantità di rame esposto fornite dai fori del PCB e avere qualche idea. Per quanto allettante possa essere, non cercate di fissare piccoli componenti come resistori al circuito utilizzando gli anelli anulare. La pasta saldante fluisce in modo diverso su un anello rispetto a un pad standard e non creerà una buona connessione per i piccoli componenti. Gli elementi più grandi sono una storia diversa: gli anelli anulare delle vias termiche sotto un componente con una slug termica svolgono un lavoro eccellente per ancorare quel componente al circuito.   Gli sprinkles non sono consigliati, ma non c'è nulla di sbagliato nel dare ai vostri anelli anulare in un PCB una patina di pasta saldante. La pasta si fonderà nelle vias durante la fase di riflusso, aumentando la conducibilità. Questo non è una buona idea per le vias che intendete utilizzare per fissare componenti, poiché la saldatura rifusa ridurrà il diametro del foro e i terminali dei componenti potrebbero non adattarsi.   C'è molto da tenere a mente nella progettazione di PCB, e dettagli come la larghezza degli anelli anulare possono passare inosservati. Controllate le impostazioni dello strumento DRC predefinito e assicuratevi che gli anelli anulare del vostro PCB siano in linea con il vostro stile di progettazione.