Jako początkujący projektant PCB, możesz być ciekaw, czym jest pierścień pierścieniowy. Co więcej, możesz być zainteresowany stworzeniem takiego pierścienia w procesie produkcji PCB. Jest to ważne, szczególnie jeśli tworzysz lub modyfikujesz swoją własną płytkę PCB i planujesz umieścić na niej komponenty z otworami przelotowymi.
W tym przewodniku omówimy czym jest pierścień pierścieniowy i jak obliczyć jego rozmiar. Ponadto dowiemy się dlaczego jego rozmiar ma znaczenie i jak ma się on do innych otworów na płytce PCB. Bez dalszego ciągu...
Co to jest pierścień pierścieniowy?
Gdy wywiercisz otwór w miedzianej płytce PCB, miedź otaczająca otwór jest tym, co nazywamy pierścieniem pierścieniowym. Działa on zasadniczo jako ściana wywierconej przelotki. Rozmiar pierścienia pierścieniowego zależy od rozmiaru przelotki i rozmiaru miedzianej podkładki.
Ale jaki jest cel pierścieni pierścieniowych? Jak być może wiesz lub nie, płytki drukowane są wielowarstwowe. Ścieżki na płytce drukowanej muszą się łączyć z różnymi warstwami PCB. Zazwyczaj osiągają to poprzez dotarcie do padu, który kieruje je do innej warstwy za pomocą przelotki.
Pierścień otaczający przelotkę ułatwia połączenie pomiędzy ścieżką a przelotką. Oznacza to, że im grubszy pierścień, tym mocniejsze połączenie. Ale jak gruby powinien być pierścień pierścieniowy i jak to obliczyć?
Jak zmierzyć i obliczyć pierścień pierścieniowy?
Aby znaleźć szerokość pierścienia pierścieniowego, należy skorzystać z następującego wzoru: (średnica klocka - średnica przelotki) ÷ 2.
Jeśli średnica podkładki wynosi 25 milsów (0.50mm), a otworu/przelotki 15 milsów (0.38mm) to równanie będzie wyglądało następująco:
(25 - 15) ÷ 2 = 5 milsów
(0,50 - 0,38) ÷ 2 = 0,06mm.
Przyjrzyjmy się kolejnym przykładom z życia wziętym. Będą to szerokości pierścienia dla standardowych przelotek, mikro przelotek i otworów komponentowych.
Standardowa przelotka
Ogólnie rzecz biorąc, standardowa przelotka będzie miała otwór o średnicy 0,20mm (7,87 milsów). Na płytce o średnicy 0,40 mm (15,74 milsów), ostateczne równania będą wyglądać następująco:
(0,40mm - 0,20mm) ÷ 2 = 0,10mm
(15,74 mils - 7,87 mils) ÷ 2 = 3,93 mils
Microvia
Mikroprzewody są zazwyczaj mniejsze niż standardowe otwory. Ich średnica wynosi 0,10 mm (3,93 mils). Na płytce o średnicy 0.30mm (11.82mm), równanie będzie wyglądało następująco:
(0.30mm - 0.10mm) ÷ 2 = 0.10mm
(11.82 mils - 3.93 mils) ÷ 2 = 3.93 mils
Otwór w komponencie
Jak już mówiliśmy wcześniej, otwory komponentów mają tendencję do bycia większymi niż przeciętne przelotki. Na podkładce o średnicy 1,20 mm (47,24 mils) i otworze 0,80 mm (31,50 mils) równanie będzie wyglądało następująco:
(1,20mm - 0,80mm) ÷ 2 = 0,20mm
(47,24 mils - 31,50 mils) ÷ 2 = 7,87 mils
Dlaczego szerokość pierścienia pierścieniowego ma znaczenie?
Jak zostało to omówione we wcześniejszej części poradnika, pierścień pierścieniowy łączy się ze ścieżkami i różnymi warstwami płytki drukowanej. Dlatego powinien on być wystarczająco duży, aby zapewnić niezawodne połączenie. Im grubszy pierścień pierścieniowy, tym mocniejsze będzie połączenie wokół przelotki. Jeśli pierścień nie jest wystarczająco gruby, może to spowodować problemy z połączeniem lub przerwanie połączenia.
Być może słyszałeś już wcześniej termin "teardrop annular ring". Pady teardrop posiadają dodatkową ilość miedzi w pobliżu skrzyżowania pierścienia, który łączy się ze ścieżkami PCB. Pomagają one w tworzeniu bardziej bezpiecznego połączenia, które może być bardziej odporne na naprężenia.
Idea jest tu prosta. Im więcej miedzi wokół przelotki, tym grubszy jest pierścień i tym silniejszy jest sygnał, który może przenosić do i ze ścieżek.
Pozycjonowanie przelotek w pierścieniu pierścieniowym
Nie tylko twoje pierścienie muszą mieć odpowiedni rozmiar, ale także musisz prawidłowo umiejscowić otwór (przelotkę). Jeśli umieściłeś otwór zbyt blisko granic płytki, może to spowodować styczne. Dodatkowo, styczność może również wystąpić, jeśli pierścienie pierścieniowe są zbyt cienkie.
Niemniej jednak, kiedy wiercisz otwór, chcesz przewiercić się przez środek miedzianej podkładki. Dzięki temu uzyskamy najbardziej efektywne strukturalnie pierścienie pierścieniowe. Wiercenie zbyt blisko krawędzi podkładki da Ci skompromitowaną lub złą przelotkę, która skutecznie zakończy się styczną.
Wiercenie zbyt daleko od środka przekładki może skończyć się wyłamaniem. Jest to sytuacja, w której wiertło przesuwa otwór i przerywa ciągłość granic padu, co skutkuje strukturalnie niewystarczającym pierścieniem pierścieniowym.
Struktura pierścienia zależy w dużej mierze od tego, gdzie wywiercisz otwór i przez co go umieścisz. Pomogłoby, gdybyś uniknął zarówno wyłamania jak i styczności podczas montażu PCB. Niemniej jednak, tak właśnie są powiązane przelotki i pierścienie pierścieniowe.
Zalecany rozmiar pierścienia pierścieniowego PCB
Zazwyczaj pierścień powinien być tak duży, jak najcięższe elementy lub te, które będą narażone na działanie dużej siły. Na przykład, przełącznik. Ogólnie rzecz biorąc, idealna średnica pierścienia wynosi 0,25 mm. Jeśli nie jesteś pewien, jak duża powinna być przelotka, zawsze możesz oprzeć się na tym rozmiarze.
Jednak producent obwodów drukowanych zazwyczaj określa minimalny rozmiar przelotki lub pierścienia pierścieniowego. Pierścień pierścieniowy powinien mieć co najmniej ten rozmiar lub większy. Pierścień pierścieniowy mniejszy niż określony rozmiar może spowodować brak wystarczającej ilości miejsca lub połączeń dla twoich komponentów.
W zależności od tego, czy będziesz montował przelotki, wtyczki, czy też wypełnienia, musisz rozważyć ile masz miejsca na płytce. Dodatkowo, musisz wziąć pod uwagę aktualną pojemność swojej płyty. To wszystko są rzeczy, które musisz ocenić, gdy rozważasz rozmiar swojego wiertła.
Nie zaszkodzi zmierzyć miedzianą podkładkę, a następnie spróbować zrobić otwór o średnicy co najmniej połowy powierzchni miedzianej podkładki.
Wnioski
Jeśli dotarłeś do tej części przewodnika, oznacza to, że powinieneś być w stanie zrozumieć podstawy pierścienia pierścieniowego. W powyższym przewodniku, omówiliśmy czym jest pierścień pierścieniowy i jak obliczyć jego rozmiar. Oprócz tego, zbadaliśmy również relacje, jakie mają vias z pierścieniami pierścieniowymi i dlaczego rozmiar każdego z nich ma znaczenie. Jak zawsze, mamy nadzieję, że ten przewodnik okazał się pomocny. Dziękujemy za przeczytanie.