PCB 環状リングについて最も必要な包括的なガイド

PCB アニュラー リングは、多くの PCB 設計者が直面する最大の懸念事項の 1 つです。ビアをパッドの中央に配置したことは 100% 確信できますが、接線やブレイクアウトの可能性があります。この記事では、PCB アニュラー リングについて説明します。

PCB アニュラー リングとそのソリューションの設計における課題、および PCB アニュラー リング サイズの重要性に対処します。この記事で、多くのことを学べることを期待してください。ここから、詳細な PCB アニュラー リング設計ガイドを見つけることができます。読者として、PCB アニュラー リングの課題を理解することができます。さらに、設計段階で直面する問題を解決するのにより適した立場に立つことができます。

(アニュラー リング付き PCB のイメージ)

1. PCBアニュラーリングとは?

アニュラ リングは、完成してドリルで開けられた穴の周囲に位置する銅パッドの領域です。ここでのデッドポイントは、スルーホールの銅メッキです。このビアの周囲全体に、十分な銅が必要です。十分な銅を使用すると、ビアと銅トレースの間に信頼性の高い接続を形成できます。これは、特に多層 PCB ではよくあることです。

したがって、環状リングの主な目的は、特に多層 PCB で優れた接続を確立することです。言い換えれば、環状リングはプリント回路基板のアンカーとして機能します。環状リングの最小直径は、PCB アセンブラーの能力に依存します。穴の直径は、性質や電気メッキの有無によって異なります。小さな円はビアを危険にさらします。小さなリングは、環状ブレイクアウトとして知られているものをもたらします。

2. PCBアニュラーリングの構造

数学では、環はリング状のオブジェクトです。 2 つの同心円で囲まれた領域です。プリント回路基板に関しても同じことが言えます。同様に、環状リングは、2 つの同心円または円盤の間の差です。形容詞の形では、金環日食と同じように金環です。

プリント回路基板では、環状リングはほとんどが円形の構造になっています。環状リングの枯れが大きいほど、ドリル穴の周りの銅接続が良好であることに注意することが重要です。ブレイクアウトの可能性を避けたい場合は、環状リングのサイズを大きくする必要があります.

(アニュラー リングの円形構造を示す PCB)

3. PCBアニュラーリングの重要性

PCB 環状リングは、回路基板上で信頼性の高い電気接続の余地を与えるため、プリント回路に不可欠です。環状リングがないと、回路基板に必要な電気接続ができません。プリント回路基板では、環状リングに関する問題が問題になる可能性があり、トレースの連続性に大きな影響を与える可能性があります。さらに、ボード全体の機能に悪影響を及ぼす可能性があります。

残念ながら、環状リングの重要性を真剣に考慮していない設計者もいます。醜い形の環状リングを備えた設計の PCB もあります。そうすることは、トレースの連続性に関係する問題に影響を与える可能性がある大きな問題です。アニュラー リングを穴あけするときは、穴あけが的外れにならないように、精度が非常に重要です。そのような場合、環状リングの接線が存在します。環状リングの接線は、回路基板の機能に悪影響を及ぼす問題です。

(PCB アニュラー リングおよびその他の電気部品)

4. PCBアニュラーリングの計算方法

PCB メーカーが正確な設計を製造する責任があるのは事実ですが、設計者も大きな役割を果たします。デザイナーは、適切なサイズのデザインを考え出す際に重要です。適切なアニュラー リング サイズがないと、ボードの全体的な機能が危険にさらされます。正しい環状リングのサイズを確認することで、後で心痛を避けることができます。

PCB アニュラー リングの計算は、想像するほど難しくありません。最適なアニュラー リング幅は、完成した穴の直径と銅パッドの差を 2 で割った値です。パッドの直径が 22 ミルで、穴の直径が 10 ミルであるとします。その場合、環状リングは次のように計算されます:(22 -10) /2 =6 ミル。

4.1 ニーズに応じてタイプを決定

PCB は、その高い沸点と電気絶縁特性に基づいて、多くのアプリケーションで多くの用途があります。それらは、熱伝達、電気、および油圧機器で頻繁に使用されます。最近では、PCB が家電、軍事、医療機器に使用されています。 PCB アニュラー リングを計算するときは、それがどこで使用されるかを考慮する必要があります。環状リングのタイプは、PCB のニーズによって異なります。

プリント回路基板に特別な要件が必要な場合は、高品質の PCB 環状リングが必要になる場合があります。プリント回路基板協会は、PCB の 3 つの重要なクラスを挙げています。クラス 1、2、および 3 の PCB 製品があります。レベル 3 の製品は、クラス 1 およびクラス 2 の製品の代わりに適用性が高いことがわかります。このため、クラス 3 の環状リングの要件はわずかに異なります。それらのパッドのサイズは、ビアの直径に対応するのに十分な大きさにする必要があります。

4.2 PCB アニュラー リングの設計基準

PCB アニュラー リングの適切な設計基準がないと、ボードの機能性が低下する可能性があります。機器が希望どおりに機能するように、すべてを正しく行うと役立ちます。

理論的には、ビア パッドの中心に正確に穴をあけることによって、最良のアニュラーを実現できます。本当の意味での穴あけ精度は、メーカーが使用する設備に依存します。

プリント回路基板メーカーは、PCB アニュラー リングの設計に対して特定の公差を設定しています。ほとんどの場合、約 5 マイルです。理想的には、設計者は環状リングを基板の中心に配置することを好みます。この理由は、レイヤーとビア間の優れた接続性を確保するためです。設計段階では、アニュラーリングを適切に設定することが不可欠です。

高密度の設計では、環状リングのサイズを小さくすることが重要です。これは、ビアまたはパッドが小さなスペースを占有するためです。

4.3 計算式

PCB アニュラー リングの計算式は、思ったほど複雑ではありません。残念ながら、多くの人はそのような計算に到達したことに気づいていません。ビアを作成するという理由から、ドリルで開けた穴には銅の周囲が必要であることを意味します。銅のリングは、ビアのサイズまたは外径です。 IPC-2221A 規格によると、PCB アニュラー リングの最小サイズの計算は次のとおりです。

最小環状リング =(最小リンガー境界) * 2 + (公差) + (穴サイズ)

環状 PCB リングは (パッドの直径 – 穴) /2 です。パッドの直径が 20 ミルで、穴の直径が 10 ミルであるとします。このため、アニュラー リングの幅は 20 – 10 =5 ミルになります。

8 ミルの環状リングを備えた特定のパッドがあることがわかっている場合、パッドの直径は 8*2 です。これは 16 マイルに相当します。ご覧のとおり、PCB アニュラー リングの計算式は複雑なプロセスではありません。

4.4 最小アニュラー リング

最小リング幅に注意する必要があります。 PCB の内層と外層に最小限の環状リングがあることに注意することが重要です。ほとんどの設計者は、PCB の内層で 0.1mm の最小環状リングに同意しています。また、ほとんどの PCB 設計者は、外層の最小環状リングとして 0.05mm に同意しています。

最良かつ最も望ましい最小の環状リングを実現したい場合は、いくつかのことを考慮する必要があります。しかし、最も重要なことは、Design for Manufacturability (DFM) を重視する設計者と協力することです。 DFM を使用すると、環状リングの最小サイズの PCB を取得できます。

4.4.1 最小の環状リングは?

場合によっては、近くの要素の間隔が狭いことに基づいて、設計者は小さな PCB 環状リングを作成することを選択します。環状リングが小さいと、穴あけされたビアが環状リングのエッジに近づく可能性が高くなることに注意することが重要です。

最悪の場合、ドリルで穴を開けたビアがアニュラー リングから抜け出す可能性があります。これは、トレース接続が壊れている可能性があります。さらに悪いことに、脆弱な関係につながり、ボードの機能に影響を与える可能性があります。最小の環状リングは -1mil です。残念ながら、それは突破口の可能性を高めるため、理想的ではありません.

4.4.2 最小の円環の計算方法

前述のように、アニュラー リングのサイズを推定すること自体は難しいことではありません。繰り返しになりますが、環状リングは小さければ小さいほど良いです。コスト削減に関しては、小さな環状リングが優れています。最大の円環の計算と同様に、最小の円環をほぼ正確に計算します。最小の環状リングを計算するには、銅の寸法を取り、それをドリルの直径で差し引く必要があります。あなたが2で割るべき数字。ほとんどの PCB 設計者は、最小の環状リングは 0.050mm である必要があることに同意しています。

（アニュラーリングサイズ幅が同じ基板）

5. PCBアニュラーリングとスルーホールの違いは何ですか

PCBアニュラーリングとスルーホールには注目すべき違いがあります。銅パッドと穴あけされたビアのエッジの間の領域は環状リングです。先に述べたように、円環の幅は大きい方が良いです。そうすることで、穴あけされたビアの接続を提供できます。特定のプリント回路基板では、環状リングはほぼ同じサイズです。

PCB に関して言えば、スルーホールという用語をよく耳にします。 「スルーホール」とも呼ばれ、電子部品に適用可能な実装方式を指します。これには、PCB に開けられた穴に挿入された要素にリードを使用することが含まれます。注目すべき重要な点は、スルー ホールが最も古い技術の 1 つであることです。ただし、それを使用する正当な理由があります。たとえば、スルーホールは愛好家にとって理想的です。それには、少し大騒ぎし、誤ってブリッジを作成するといういくつかのエラーが伴います。

(PCB アニュラー リングを穴あけする機械)

6.アウター アニュラー リング (OAR) とインナー アニュラー リング (IAR)

以下で説明するように、アウター アニュラー リング (OAR) は、インナー アニュラー リング (IAR) とは異なります。どちらも用語とその計算の点で異なります。

6.1 外側の環状リングを構成するもの

外側の環状リングは銅パッドで構成されています。銅パッドは、外側の環状リングに見られる重要な材料です。

計算方法

外輪の計算は簡単なプロセスです。外側の環状リングは 1/2 (外側のパッドの直径) です。外側の環状リングを計算する方法の明確な例を次に示します:

OAR =(銅パッドの直径 – ツールサイズ)/2.それがそのような測定を達成する方法です。 TOOLSIZE =END SIZE + PTH 穴の 0.10mm + NPTH 穴全体の 0.00mm。

6.2 内輪とは

Inner Annular Ring (IAR) は、はんだ穴とはんだパッドの外層の縁の間にある領域です。それはそれと同じくらい簡単です。はるかに良いことに、PCB の内側の環状リングを計算するのは難しいプロセスではありません。以下にすべて説明します:

計算方法

内側の環状リングは 1/2 (内層パッドの直径 – ) です。内側の環状リングを計算するには、銅パッドの直径から TOOLSIZE を差し引く必要があります。その後、得られた数値を 2 で割る必要があります。TOOLSIZE =END SIZE + PTH 穴全体の 0.10mm + NPTH 穴全体の 0.00mm。

直径 0.25mm の仕上げ穴を持つ 0.60mm の銅パッドの IAR を計算するとします。したがって、IAR は次のようになります。

0.60mm – (0.25mm + 0.10mm) /2.これは、0.60mm – 035mm / 2 =0.250mm/2 に等しくなります。結果は 0.125mm です。

(PCB 内外環状リング)

7.ティアドロップアニュラーリングとは?

PCB の製造に関しては、ティアドロップという用語に出くわすことがあります。名前はその形に基づいています。ティアドロップは、主に穴あけプロセス中に発生します。掘削中、ドリルビットの位置ずれの可能性は一般的です。ここでは、ドリル ビットが PCB の接合部から大量の銅を除去することがあります。

これにより、トレース接続が壊れたり、接続が細くなったりする可能性があります。しかし注意すべき重要なことは、涙滴が PCB で重要な役割を果たすということです。設計者の大半は、マイクロクラックを防ぐためにそれらを使用しています。マイクロクラックは主にパッドとトラックの接続部で発生します。しかし、ティアドロップの主な目的は、PCB 製造中に完全性を確保することです。

これは特に、穴あけ中にドリル ビットの位置がずれている場合に当てはまります。 PCB 設計者がティアドロップを使用する理由は他にもあります。最も重要な理由には次のようなものがあります:

• ひび割れのリスクを最小限に抑えます。
• 機器の熱衝撃に対する耐性が大幅に向上します。
• 熱的および機械的ストレスを最小限に抑え、トレースがパッドに結合する場所でのストレスを最小限に抑えます。
• ドリルからパッドまでの PCB メーカーの公差を拡大するのに役立ちます。これにより、回路基板の製造がより快適になります。
• ひび割れの可能性を劇的に減らします。
• また、ティアドロップは回路基板の機械的堅牢性を高めます。

8. PCBアニュラーリングの一般的な問題

注目に値する PCB 環状リングの問題はたくさんあります。多くのデザイナーは、ほぼ毎日それらに直面しています。すべてのメーカーが異なる原材料、労働力、および設計戦術を使用しているため、これらの問題は一般的です。多くの問題がありますが、最も一般的な問題には次のようなものがあります:

望ましくない環状リング

望ましくない環状リングは、一般的な PCB の問題です。パッドサイズが小さくなりがちな場合、失敗する場合があります。これは、ドリル穴がパッドの多くのスペースを消費するためです。設計者がそのようなことを避けるためには、プロトタイピングが必要です。

プロトタイピングにより、完全生産の前に望ましくない環状リングを確実に回避できます。プロトタイプを使用すると、大量生産の前にエラーを早期に検出できます。

接線

環状 PCB リングの接線は、PCB 設計者が直面するもう 1 つの一般的な問題です。ドリルが目的のマークを外した瞬間、結果として生じる穴はパッドのサイズに向かって端になります。スポットがその場所の端に触れた瞬間、円環状の接線が生じます。

これ以上穴あけがずれると危険です。そのようなブレイクアウトのインスタンスをもたらします.接線を避けたい場合は、穴あけが完璧であることを確認する必要があります。ドリルが的を射るはずです。穴あけの精度は適切でなければなりません。

ブレイクアウト

ブレークアウトは、環状 PCB リングの一般的な問題でもあります。環状のブレイクアウトは、ドリルで穴を開けたビアがパッドによって適切に取り囲まれなくなった瞬間に発生します。ほとんどの場合、積層プロセスによって PCB の部品が本来あるべき場所から離れてしまうと、ブレイクアウトが発生します。

フライトのケースを避けたいですか？その場合、環状リングの幅が理想的であることを確認する必要があります。前述のように、アニュラー リングの幅は、パッドの直径 - 穴の直径 / 2 です。

(PCB 上の環状リング ブレイクアウト)

9.環が描く破裂確率

9.1 アニュラーリングの破裂とは（原因）

いくつかの原因により、PCB 上の環状リングが破裂することがあります。ほとんどの場合、回路基板の経年劣化が原因です。古いボードや長期間使用したボードは、環状リングが破裂する傾向があります。経年劣化による部品の破裂はご安心ください。さらに、アニュラー リングのディウェッティングは、破損のもう 1 つの理由です。

製造プロセス中の穴の汚染は、アニュラー リングが破裂するもう 1 つの理由です。アニュラーリングの破断を引き起こす既知の原因は他にもあります。過度の機械的応力は、環状リングのクラックをもたらすことが知られています。ただし、すべてが失われるわけではありません。環状リングの破損を回避する方法はいくつかあります。

9.2 どうすれば回避できますか

アニュラー リングの破裂を回避するには、いくつかの方法があります。まず第一に、使用する材料の種類が最高品質であることを確認する必要があります。また、資格のあるメーカーと協力していることを確認する必要があります。経験豊富なメーカーから PCB を調達する場合、アニュラー リングが破裂する可能性はありません。

特に古い場合は、PCB を交換する必要がある場合もあります。 PCB に過度の機械的ストレスがかからないようにしてください。安全のために、穴の汚染がないことを確認してください。このような事態を避けるために、製造プロセスがすべての手順に従っていることを確認してください。

10. PCBアニュラーリングサイズ調整のスキル

環状リングのサイズがずれている場合は、回路基板に問題がある可能性があります。希望のサイズでない環状リングは、意図したとおりに機能しません。穴あけが正確でない場合、リングのサイズに問題が発生します。ただし、PCB アニュラー リングのサイズを変更するには、特別なスキルが必要です。特にいくつかのツールを使用している場合、これは簡単に可能です。

最適なツールは、Cadence から入手でき、PCB の設計と解析に優れたツールです。 OrCAD PCB デザイナーを使用すると、目的のアニュラー リング サイズを取得できます。ご希望のパッドと穴の長さを入力するだけです。これは、PCB レイアウト設計中に行う必要があります。

まとめ

トロイドは、PCB 上で非常に重要です。これらは相互接続ノードとして機能し、PCB の異なるレイヤー間で動作します。環状リングがなければ、PCB は意図したとおりに機能しません。残念ながら、多くの PCB 設計者は、環状リングに関して正しく理解していません。多くは正しい幅を得ることができませんが、他の人は環状リングの破裂の課題に終わります.

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