연륜 고리: 그것이 무엇이며 어떻게 작동합니까?

다층 기판을 설계할 때, 거의 항상 기판의 한쪽 면에서 다른 쪽 면으로 배선을 연결해야 합니다. 이는 비아(via)를 통해 이루어지며, 비아는 기판의 상단과 하단에 있는 구리 패드에 맞게 뚫린 구멍으로, 전도성 재질로 도금됩니다. 기판의 상단과 하단에서 비아를 둘러싸고 남아 있는 구리 링은 연륜 링(annular ring)이라고 불립니다. 보세요, 확실히 도넛 같습니다:

완벽한 세상에서는 드릴 비트가 매번 정확하게 목표 지점을 맞추고, 1밀(mil) 또는 2밀보다 큰 고리 모양의 범위를 필요로 하지 않을 것입니다. 그러나 PCB 제조업체가 사용하는 드릴은 세상의 다른 변수들처럼 영향을 받으며, 특정 허용 범위 내에서만 정확도를 보장합니다. 프로세스를 고려했을 때 허용 오차는 놀라울 정도로 좁으며 일반적으로 약 0.005” (5 밀) 정도입니다. 하지만 설계가 접합(tangency: 드릴이 패드의 한쪽 가장자리에 닿음)이나 돌출(breakout: 드릴이 패드 경계를 완전히 뚫음)을 허용하지 않는 경우에는 이를 반드시 고려해야 합니다.

예외는 구리 평판을 연결하는 경우입니다. 만약 여러 개의 비아를 사용하여 두 개의 큰 구리 영역을 연결하고 있다면, 환형 링은 단순히 형식적인 요소일 뿐입니다.

환형 링 크기로 결정

지금 접촉 또는 돌출을 감당할 수 없다면, 당신의 원형 고리(Annular Rings)에 얼마나 많은 구리가 필요합니까? 공간이 부족할 때, 커다란 PCB 원형 고리들이 공간을 점유하는 건 원치 않을 것입니다. 만약 회로 기판을 간소화해야 한다면, PCB 제조업체에 추천 사항을 문의하세요. 추가 비용을 지불하면 허용 오차를 일부 축소할 수 있을지도 모릅니다. 제조업체의 표준 허용 오차를 받아들이고 싶지만 연결 품질 위험을 피하고자 한다면, 좋은 기준은 제조업체 허용 오차 폭에 1 밀(mil)을 더해 원형 고리 폭을 설정하는 것입니다. 예를 들어 제조업체가 드릴 위치 정확성을 5 밀로 보장할 수 있다면, 원형 고리 폭은 최소 6 밀이어야 합니다. 여기에는 복잡한 수학이 필요하지 않습니다. 단순히 패드의 직경에서 드릴 직경을 빼고 이를 2로 나눈 값입니다. 10 밀 드릴이 직경 20 밀 패드의 중심을 관통한다면, 원형 고리 폭은 (20-10)/2 = 5 밀입니다. 기대하는 허용 오차가 5 밀이라면, 접촉 가능성 위험에 처하게 됩니다. 패드 직경을 적어도 22 밀로 만드는 것이 더 나을 것입니다.

원형 고리의 표면적

만약 당신이 스펙트럼의 반대쪽에 있다면 어떨까요? 당신은 여유 공간이 있고 전류가 흐를 수 있습니다. 비아는 특정 두께까지만 도금될 수 있기 때문에 고전류 트레이스를 위한 표면적을 확보하려면 더 큰 비아가 필요할 수 있습니다. 그 표면적을 실제로 활용하려면 전류가 앤울러 링 전체를 따라 흐르면서 비아 전체를 통과해야 합니다. 드릴이 중심에 맞지 않아 열 스폿(thermal hotspot)이 생성되지 않도록 하기 위해, 연결 트레이스 폭의 1/8을 제조사의 공차에 추가하십시오. 예를 들어, 40 밀(미리미터) 트레이스와 연결되는 비아를 처리할 때, 제조사의 공차 5 밀에 5 밀을 추가하여 총 앤울러 링 폭을 10 밀로 설정하십시오. PCB에 큰 링을 설치할 공간이 부족하다면, 여러 개의 작은 비아를 사용하여 트레이스를 연결하는 것을 고려하십시오.   헤더 또는 스루홀 LED와 같은 스루홀 부품용 장착 홀로 사용할 비아를 만든다면, 폭이 10 밀 미만인 앤울러 링에 수작업 납땜을 올바르게 하는 것이 어렵다는 점을 기억해 두십시오. 가볍게 생각하십시오. 커다란, 바삭하게 튀겨진 PCB 도넛(PCB 앤울러 링)을 사용하는 것을 두려워하지 마십시오.

PCB 연간 링 납땜

보드 설계자로서 우리는 효율성을 자랑스럽게 생각합니다. 잘 정리된 보드는 더 작고 간결한 보드이며, 이는 더 저렴한 보드를 의미합니다. PCB의 도넛 부분이 제공하는 드러난 구리 부분에 눈이 가면서 여러 아이디어가 떠오를 수 있습니다. 하지만 아무리 매력적으로 보이더라도, 작디작은 저항 같은 부품들을 보드에 고정하려고 도넛 모양의 환형 링을 사용하는 것은 금물입니다. 솔더 페이스트는 표준 패드와는 다르게 링에서 흐르기 때문에 소형 부품에는 좋은 연결을 형성하지 못합니다. 더 큰 부품은 이야기가 다릅니다. 열 슬러그가 있는 부품 아래의 열 비아의 환형 링은 그러한 부품을 보드에 고정하는 데 뛰어난 역할을 합니다.   작은 부품의 사용은 권장되지 않지만, PCB의 환형 링에 솔더 페이스트를 코팅하는 것은 나쁜 일이 아닙니다. 리플로우 동안 페이스트는 비아에 녹아 들어가 전도성을 높여줍니다. 하지만 부품을 고정하기 위해 사용할 비아에는 이 방법이 적합하지 않습니다. 리플로우된 솔더가 홀의 직경을 줄여서 부품 리드가 들어가지 않을 수도 있기 때문입니다.   PCB 설계에는 챙겨야 할 부분이 정말 많으며, 환형 링의 폭 같은 세부 사항은 쉽게 놓칠 수 있습니다. 기본 DRC 도구의 설정을 확인하고 PCB 환형 링이 설계 방식에 적합한지 꼭 확인하세요.