Anel anular PCB

A função principal e as especificações de design dos circuitos de anel PCB

Em fabrico de placas de circuitos impressos (PCB), o anel anular é uma estrutura fundamental que assegura ligações eléctricas fiáveis. Esta almofada metálica circular fixa os cabos dos componentes através de um orifício central, formando ligações eléctricas estáveis através de soldadura. A precisão da maquinação dos anéis anulares afecta não só o desempenho individual da placa, mas também o rendimento da produção em massa.

Três estados morfológicos de anéis anulares

1. Estado normal
   O orifício perfurado está perfeitamente centrado no interior da almofada, formando um anel de cobre completo. Esta condição ideal garante uma óptima capacidade de transporte de corrente e resistência mecânica, reduzindo a resistência da ligação em 15-20%.
2. Estado da tangente
   Quando a perfuração se desvia do centro, o anel de cobre entra em contacto com a borda do furo num dos lados, criando uma condição tangente. Comum na perfuração a alta velocidade, esta situação pode reduzir a capacidade de corrente em 30-40%. As fábricas modernas de PCB utilizam sistemas de inspeção visual para monitorizar as ocorrências de tangentes em tempo real.
3. Estado de rutura
   Um defeito grave em que o anel de cobre está completamente partido, provocando um circuito aberto. Isto ocorre normalmente quando o desvio da perfuração excede 0,1 mm e é uma das principais causas de rejeição de PCB no controlo de qualidade. Inspeção ótica automatizada (AOI) detectam eficazmente esses defeitos.

Cálculos de engenharia para dimensões de anéis anulares

Fórmula do anel anular externo (OAR):

Contabilização da espessura do revestimento:

• PTH (Plated Through Hole): Adicionar 0,10 mm subsídio de galvanização
• NPTH (furo passante não revestido): Sem subsídio adicional

Exemplo de cálculo:
Para um Almofada de 0,60 mm e Furo acabado de 0,30 mm (PTH):

Considerações sobre o anel anular interno (IAR):

Factores-chave para as camadas interiores:

• Compensação do desalinhamento da laminação
• Variações na espessura do cobre da camada interna
• Precisão de alinhamento em placas multicamadas

Exemplo de cálculo:
Para um Almofada interior de 0,50 mm e Furo acabado de 0,20 mm (PTH):

Normas da indústria e controlo de processos

Por IPC-6012Os requisitos do anel anular variam consoante o tipo de placa de circuito impresso:

Recomendações de conceção:
✔ Permitir 0,02-0,03mm margem do processo
Aumentar a largura do anel em 20% para circuitos de alta frequência
Verificar a capacidade de transporte de corrente para traços de alta potência
Simular os efeitos da tensão térmica em anéis anulares

Reforço em forma de lágrima: Benefícios de engenharia

As gotas de lágrima aumentam a fiabilidade do anel anular:

1. Resistência mecânica: Aumenta a resistência à tração em 40%+
2. Tolerância de processo: Compensa ±0,05mm desvios de perfuração
3. Fiabilidade: Reduz as microfissuras causadas por ciclos térmicos
4. Reparabilidade: Atenua as ligações fracas de uma tangência menor

Diretrizes de implementação:

• Comprimento da lágrima = 1.5-2x largura do traço
• Raio de transição ≥ 0,1 mm
• Otimizar a forma para a continuidade da impedância em sinais de alta velocidade
• Utilizar microgotas (≤0,15 mm) em zonas de elevada densidade

Problemas comuns e soluções

Prevenir o desalinhamento da broca:

1. Utilizar perfuração CNC de alta precisão (≤0,025mm exatidão)
2. Otimizar os parâmetros de perfuração (RPM, velocidade de avanço)
3. Implementar sistemas de alinhamento CCD
4. Substituir as brocas a cada 1500-2000 furos

Abordagem de anéis anulares insuficientes:

1. Aumentar o diâmetro da almofada (solução preferida)
2. Reduzir o tamanho dos orifícios (ter em conta os cabos dos componentes)
3. Utilizar desenhos de almofadas assimétricos
4. Aplicar a tecnologia via-in-pad (requer revestimento secundário)

Controlo de qualidade na produção em massa:

1. Inspeção dimensional completa dos primeiros artigos
2. Amostragem por lotes com análise da secção transversal
3. Monitorização da posição da broca em tempo real
4. Estabelecer cartas de controlo SPC para a largura do anel

Através da implementação de uma conceção sistemática e de controlos rigorosos do processo, os anéis anulares para PCB podem cumprir requisitos de elevada fiabilidade, garantindo a estabilidade a longo prazo dos produtos electrónicos. Os engenheiros devem colaborar estreitamente com os fabricantes durante a fase de projeto para equilibrar as especificações com as capacidades de produção.