Anéis anulares
Capacidades de fabricação de PCB
Os anéis anulares são uma parte importante do projeto de placas de circuito impresso, pois permitem uma conexão elétrica confiável entre diferentes camadas por meio de vias. Suas dimensões e posicionamento têm um efeito direto na integridade da conexão e no desempenho geral da placa. A falta de um projeto adequado dos anéis anulares pode resultar em perda de sinal, intermitência da conexão ou até mesmo ruído em componentes eletrônicos sensíveis. Neste blog, exploraremos o que são anéis anulares, sua importância, como medir seus tamanhos, bem como algumas dicas críticas de projeto para garantir um PCB confiável.
O que é um anel anular de PCB?
Um anel anular é uma almofada de cobre em forma de anel em uma placa de circuito impresso que circunda um orifício perfurado. O orifício é usado para colocar os terminais ou fios dos componentes, e esses anéis fazem uma conexão elétrica e mecânica sólida quando os pinos dos componentes são inseridos e soldados. Portanto, os anéis anulares da PCB devem ser fabricados e projetados corretamente para tornar o desempenho elétrico confiável e estável em toda a placa.
Como calcular o tamanho do anel anular
No caso ideal, o orifício perfurado deve estar centralizado dentro de cada anel anular para fornecer uma boa conexão elétrica entre a via e as camadas da PCB. A largura adequada desses anéis pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Tamanho do anel anular = (diâmetro da almofada – diâmetro do orifício) / 2
Por exemplo, quando o diâmetro da almofada de cobre é de 30 mils e o diâmetro do orifício é de 14 mils, o tamanho do anel anular seria: (30 – 14)/ 2 = 8 mils.
Por que o tamanho do anel anular é importante?
Quando o anel anular da PCB é muito estreito, provavelmente não fornecerá uma superfície condutora adequada para garantir uma boa ligação mecânica e elétrica. Isso pode causar conexões ruins ou instáveis, especialmente durante a soldagem ou o ciclo térmico. Por outro lado, se o anel for muito largo, também pode criar problemas. Um anel anular superdimensionado ocuparia mais espaço da placa, o que significa que haveria menos espaço para conter outros componentes.
Portanto, é essencial projetar um tamanho adequado para os anéis anulares. Como regra geral, a largura mínima do anel anular deve ser de 0,15 mm (6 mils), e os tamanhos perfurados geralmente variam de 0,2 mm a 6,3 mm.
O que são lágrimas?
O termo “lágrima” deve seu nome à sua forma semelhante a uma gota, como você pode ver na figura abaixo. Uma almofada em forma de lágrima refere-se à adição de cobre extra na posição onde um anel anular e um traço de PCB se cruzam, de modo a fortalecer o ponto de conexão. Esse material adicionado ajuda a melhorar a resistência estrutural, particularmente sob tensão mecânica ou térmica.
Durante o processo de perfuração, pode haver algum desalinhamento da broca que pode remover excessivamente o cobre do ponto de junção entre a almofada de via e o traço. Como resultado, podem ocorrer conexões elétricas fracas ou quebradas. Durante a fabricação, adicionar uma forma de lágrima aumenta a tolerância para o desalinhamento da broca, melhorando assim o rendimento da fabricação e minimizando as chances de defeitos.
As gotas se tornam cada vez mais importantes à medida que a largura dos traços diminui. Elas geralmente não são necessárias para traços com largura superior a 20 mils, mas são fortemente recomendadas em PCBs flexíveis, onde ajudam a resistir a rachaduras causadas por vibração ou forças de flexão.
Problemas comuns com anéis anulares e como evitá-los
Se os anéis anulares não forem bem projetados e fabricados, vários problemas podem ocorrer e afetar o desempenho elétrico da placa. Os problemas mais comuns e como evitá-los estão listados abaixo:
Tangência
A tangência ocorre quando o furo perfurado atinge a borda da almofada devido ao desalinhamento ou porque o anel anular é muito estreito para o tamanho do furo. Esse problema pode levar a interrupções elétricas e problemas de confiabilidade. A tangência pode ser evitada centralizando os furos e mantendo o anel anular significativamente largo.
Rompimento do Anel
Um rompimento do anel ocorre quando o furo perfurado se estende além dos limites do anel anular e da almofada de cobre, saindo da área da almofada. Este problema é geralmente causado pelo mau alinhamento das camadas na PCB, com os furos ficando em posições incorretas em diferentes camadas. Para minimizar as possibilidades de rompimento do anel, o anel anular deve ser projetado com largura adequada para que possa envolver o furo adequadamente.
Ruptura
Esses anéis são propensos a desenvolver rachaduras ou fraturas com o tempo, o que é conhecido como ruptura. Várias razões podem causar esse problema, como uso prolongado, força mecânica ou condições ambientais desfavoráveis. Para evitar a ruptura, o uso de materiais duráveis e a substituição de PCBs envelhecidos são métodos eficazes.
Levantamento da almofada
Este problema se refere ao descolamento da almofada de cobre e do anel anular do substrato do PCB. Isso pode ser causado por tensão física, ciclagem térmica ou má aderência dos materiais. As medidas preventivas incluem o uso de materiais com alta adesão, minimização da exposição ao calor durante a produção e criação de um design de almofada mais eficaz para distribuir melhor as tensões mecânicas.
Fatores essenciais a serem considerados ao projetar anéis anulares de PCB
Ao projetar anéis anulares de PCB, vários fatores críticos devem ser levados em consideração. Entre eles estão os seguintes:
- Largura
A largura do anel anular é um fator fundamental a ser considerado durante o projeto, que deve ser largo o suficiente para garantir uma conexão elétrica estável, ao mesmo tempo em que está em conformidade com as limitações de projeto da PCB. A adesão a padrões da indústria, como o IPC-2221, ajudará a garantir que os requisitos mínimos de largura sejam atendidos. Além disso, as tolerâncias de fabricação devem ser consideradas durante a fase de projeto.
- Tolerâncias
Durante a fabricação do PCB, as tolerâncias na precisão da perfuração e nos locais de perfuração dos orifícios são inevitáveis. Assim, ao projetar o anel anular, essas tolerâncias devem ser consideradas para garantir que, mesmo em casos de desalinhamento, ainda haja cobre suficiente ao redor do orifício para manter a conectividade. A maioria dos fabricantes de PCB fornece informações sobre tolerâncias, o que pode ser muito útil ao definir margens de projeto seguras.
- Alinhamento entre a almofada e o orifício
O encaixe perfeito entre a almofada de cobre e o furo perfurado é fundamental. Embora a largura do anel seja projetada com precisão, o desalinhamento durante a operação de perfuração pode deslocar o furo do centro, de modo que a largura efetiva do anel anular seja reduzida ou até mesmo interrompa a conexão. Para minimizar esse risco, os projetos devem manter uma largura de anel adequada para tolerar o desalinhamento, e os projetistas devem garantir que a precisão de registro do fabricante atenda aos requisitos de confiabilidade do projeto.
Considerações finais
Os anéis anulares são fundamentais para a confiabilidade do PCB, servindo como conexão crítica entre as vias e as camadas da placa. O sucesso está em equilibrar requisitos conflitantes: os anéis devem ser largos o suficiente para conexões confiáveis, mas compactos o suficiente para maximizar o espaço da placa, com margens de tolerância suficientes para variações de fabricação.
Siga os padrões da indústria, como o IPC-2221, entenda as capacidades do seu fabricante e incorpore recursos como teardrops quando necessário.
Se você precisar de assistência especializada em design ou fabricação de PCB, entre em contato conosco — nossa equipe está aqui para ajudar a garantir que seus designs sejam confiáveis e estejam prontos para produção.
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