Anillos anulares: ¿Qué son y cómo funcionan?

Cuando diseñas una tarjeta de múltiples capas, casi siempre necesitas enrutar las trazas de un lado de la tarjeta al otro. Esto se hace a través de un "via", que es un agujero perforado a través de almohadillas de cobre coincidentes en la parte superior e inferior de tu tarjeta, que se recubre con un material conductor. El anillo de cobre que queda rodeando el via tanto en la parte superior como en la inferior de la tarjeta se llama anillo anular. Mira, definitivamente un donut:

En un mundo perfecto, la broca golpearía la marca correcta perfectamente cada vez y no habría necesidad de un anillo anular más grande que uno o dos milésimas de pulgada. Sin embargo, las brocas utilizadas por los fabricantes de PCB están sujetas a las mismas variables que el resto del mundo y solo garantizan perforar dentro de cierta tolerancia. La tolerancia es notablemente ajustada considerando el proceso, típicamente alrededor de 0.005” (5 milésimas de pulgada), pero debe tenerse en cuenta si tu diseño no puede tolerar la tangencia (la broca está contra un borde del pad) o la ruptura (la broca rompe completamente el límite del pad).

La excepción sería la conexión de planos de cobre. Si estás utilizando una multitud de vías para conectar dos grandes áreas de cobre, los anillos anulares son solo una formalidad.

Determinación mediante el tamaño del anillo anular

Si no puedes tolerar tangencia o una ruptura, ¿cuánto cobre necesitas en tus anillos anulares? Cuando el espacio es limitado, lo último que deseas son anillos anulares de PCB gigantes ocupando espacio. Si tienes que poner a dieta tu placa, consulta con tu fabricante de PCB para conocer sus recomendaciones. Es posible que puedan reducir su tolerancia por una tarifa. Si decides aceptar sus tolerancias estándar pero no quieres arriesgarte a una mala conexión, una buena regla general es hacer que los anillos anulares sean del ancho de la tolerancia de tu fabricante más un mil. Por ejemplo, si solo pueden garantizar una precisión de 5 mil en los puntos de perforación, asegúrate de que tus anillos anulares tengan un mínimo de 6 mil. No hay matemáticas complejas aquí, solo la diferencia entre el diámetro del pad y el diámetro de la perforación, dividido entre dos. Si tienes una perforación de 10 mil en el centro de un pad de 20 mil de diámetro, el ancho de tu anillo anular será (20-10)/2 = 5 mil. Si la tolerancia que esperas es de 5 mil, te estás arriesgando a la tangencia. Sería mejor hacer que el pad tenga al menos 22 mil de diámetro.

El área de superficie de los anillos anulares

¿Qué pasa si estás en el extremo opuesto del espectro? Tienes espacio de sobra y corriente para mover. Las vías solo pueden ser chapadas hasta un cierto grosor, por lo que es posible que necesites una vía más grande para obtener la superficie requerida para trazas de alta corriente. Para poder usar realmente toda esa superficie, la corriente debe fluir completamente alrededor del anillo anular y, por lo tanto, a través de toda la vía. Para asegurarte de que no creas un punto caliente térmico si la perforación no golpea el centro, añade 1/8 del ancho de la traza de conexión a la tolerancia del fabricante. Si estás acercándote con una traza de 40 mil a una vía, agrega 5 mil a la tolerancia de 5 mil para obtener un ancho total del anillo anular de 10 mil. Si no tienes espacio para anillos grandes en tu PCB, considera usar múltiples vías más pequeñas para conectar las trazas.   Si estás creando vías para usarlas como agujeros de montaje para componentes de orificio pasante como un encabezado o un LED de orificio pasante, ten en cuenta que es difícil soldar manualmente de manera adecuada a un anillo anular de menos de 10 mil. Adelante, usa el gigante, donut de PCB bien frito (anillo anular del PCB).

Soldadura del anillo anual de PCB

Como diseñador de placas, nos enorgullecemos de la eficiencia. Una placa organizada es una placa más compacta, lo que significa una placa más económica. Puede ser tentador fijarse en las grandes cantidades de cobre expuesto que proporcionan los anillos de las vías del PCB y tener ideas. Por muy tentador que sea, no intentes anclar pequeños componentes, como resistencias diminutas, a la placa utilizando los anillos anulares. La pasta de soldadura fluye de manera diferente en un anillo en comparación con un pad estándar y no formará una buena conexión en componentes pequeños. Los elementos más grandes son una historia distinta: los anillos anulares de las vías térmicas debajo de un componente con una base térmica hacen un excelente trabajo al anclar esa parte a la placa.   No se recomienda utilizar pequeños componentes como "sprinkles", pero no hay nada de malo en darle a los anillos anulares de un PCB un recubrimiento de pasta de soldadura. La pasta se derretirá en las vías durante el proceso de reflujo y aumentará la conductividad. Esto no es una buena idea para las vías que planeas usar para sostener componentes, ya que la soldadura refluida reducirá el diámetro del agujero y las patas del componente podrían no encajar.   Hay muchas cosas que seguir de cerca en el diseño de PCB, y detalles como el ancho de los anillos anulares pueden pasar desapercibidos. Verifica la configuración de tu herramienta DRC predeterminada y asegúrate de que los anillos anulares de tu PCB coincidan con tu estilo de diseño.