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年轮:它们是什么,如何运作?

环形圈04 3月 2024
一个充满活力的绿色甜甜圈,设计充满趣味,带着咕咕眼和惊讶的表情。
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当您设计多层板时,几乎总是需要将电路板一侧的走线引向另一侧。这是通过过孔完成的,过孔是穿过电路板顶部和底部匹配的铜焊盘钻出的孔,并在其中镀上一层导电材料。电路板顶部和底部围绕过孔的铜环称为环形焊盘。看吧,确实是一个甜甜圈:

Arrow Donuts of the PCB Article Content Image Close-up of Green Circuit Board Design

在一个完美的世界里,钻头每次都能毫无瑕疵地击中正确的位置,而且只需要一个大约一两密耳的环形空间。然而,PCB制造商使用的钻头和世界上的其他工具一样,会受到各种变量的影响,钻头只能在一定公差范围内实现定位。考虑到加工过程,这种公差范围非常紧,通常约为0.005英寸(5密耳),但是如果您的设计无法容忍切线现象(钻头贴着焊盘的一个边缘)或破孔现象(钻头完全超出焊盘的边界),那么就必须将这一因素考虑在内。

Illustration showing three examples of via drilling in circuit boards: good via with centered drill, and two bad vias with offset drills compromising the annular ring.

例外情况是连接铜平面。如果你使用大量过孔来连接两个大面积的铜层,那么环形带只是一种形式上的要求。

通过环状环的尺寸进行确定

如果您无法容忍切线或突破,那么您的环形环中需要多少铜?当空间很紧张时,您最不希望看到的就是巨大的PCB环形环占用空间。如果您不得不给电路板“减肥”,请咨询您的PCB制造商,了解他们的建议。他们可能会以额外费用为代价,降低他们的公差。如果您愿意接受他们的标准公差但又不想冒连接不良的风险,一个好的经验法则是将环形环的宽度设为制造商公差加上一密尔。例如,如果他们只能保证钻孔位置的准确性在5密尔以内,请确保您的环形环至少为6密尔宽。这里没有复杂的数学计算,只是焊盘直径减去钻孔直径,再除以二的结果。例如,如果在直径20密尔的焊盘中心钻一个10密尔的孔,您的环形环宽度为(20-10)/2 = 5密尔。如果您预计的公差是5密尔,这就会存在切线的风险。更好的做法是让焊盘直径至少达到22密尔。

环形区域的表面积

如果你处于完全相反的一端会怎么样?你有充足的空间且有足够的电流流动。过孔的镀层只能达到一定的厚度,因此你可能需要一个较大的过孔来获得高电流走线所需的表面积。为了充分利用这些表面积,电流必须能够完全绕过环形环流动,从而流经整个过孔。为确保在钻孔未完全击中中心时不会产生热热点,需要在制造商的公差基础上增加1/8的连接走线宽度。如果你正在使用40 mil的走线接近过孔,则需要在5 mil的公差上再增加5 mil,从而得到总环形环宽度为10 mil。如果你的PCB上没有足够的空间容纳较大的环形环,可以考虑使用多个较小的过孔来连接走线。   如果你是在创建用于安装插件组件(如排针或插件LED)的过孔,请记住,手工焊接一个小于10 mil环形环是很困难的。所以,不妨大胆一些,用那个巨大的、类似油炸甜甜圈的PCB环形环(PCB环形环)。

PCB年度环焊接

作为一名电路板设计师,我们以高效而自豪。一个组织良好的电路板更紧凑,而紧凑的电路板往往更便宜。PCB的孔环(环形焊盘)上暴露的大量铜面可能会让人心生创意的冲动。尽管诱惑很大,请不要试图将小电阻等零碎的元件通过环形焊盘固定在电路板上。焊膏在环形焊盘上的流动方式与在标准焊盘上的完全不同,无法在小型元件上形成良好的连接。而对于较大的元件则另当别论——在带有热沉的元件下方,热通孔的环形焊盘非常擅长将该元件固定在电路板上。   不推荐使用“零散”的方式,但为PCB的环形焊盘涂一层焊膏“釉”并没有问题。在回流焊接过程中,焊膏会融入通孔,从而提高导电性。但如果你打算用通孔来安装元件,这就不是一个好主意了,因为回流后的焊料会减小孔径,可能导致元件引脚无法插入。   PCB设计中需要关注的事情有很多,比如环形焊盘宽度这样的细节可能会被忽视。检查你的默认DRC工具的设置,确保PCB的环形焊盘尺寸符合你的设计需求。

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