Panduan Lengkap Lingkaran Anular PCB: Tips Desain dan Solusi

PCB Annular ring adalah salah satu kekhawatiran terbesar yang dihadapi banyak desainer PCB. Sementara Anda bisa yakin 100% bahwa Anda telah menempatkan via di tengah pad, ada kemungkinan tangensi dan breakout. Artikel ini semuanya tentang PCB annular rings. 

Ini mengatasi tantangan dalam merancang PCB annular rings dan solusinya dan, serta pentingnya ukuran PCB annular ring. Dengan artikel ini, harapkan untuk mempelajari banyak hal. Dari sini, Anda akan menemukan panduan desain PCB annular ring yang mendalam. Sebagai pembaca, Anda akan memahami tantangan terkait PCB annular rings. Lebih lagi, Anda akan berada dalam posisi yang lebih baik untuk memecahkan masalah yang dihadapi selama tahap desain. 

(Gambar PCB dengan annular rings)

1. Apa itu PCB annular ring?

Annular ring adalah area pad tembaga yang terletak di sekitar lubang yang selesai dan dibor. Poin mati di sini adalah plating tembaga melalui lubang. Di sekitar semua via ini, perlu ada tembaga yang cukup. Tembaga yang cukup memungkinkan pembentukan koneksi yang andal antara via dan jejak tembaga. Ini umum, terutama dalam PCB multi-lapisan. 

Oleh karena itu, tujuan utama annular rings adalah untuk membentuk koneksi yang sangat baik, terutama dalam PCB multi-lapisan. Dengan kata lain, annular rings berfungsi sebagai jangkar untuk papan sirkuit cetak. Diameter minimum annular rings tergantung pada kemampuan pemasang PCB. Diameter lubang bervariasi menurut sifat dan apakah elektropengeringan. Lingkaran kecil menempatkan via pada risiko. Lingkaran kecil menghasilkan yang dikenal sebagai annular breakouts. 

2. Struktur PCB annular ring

Dalam matematika, annulus adalah objek berbentuk cincin. Ini adalah wilayah yang dikelilingi oleh dua lingkaran konsentris. Hal yang sama berlaku ketika berkaitan dengan papan sirkuit cetak. Secara setara, annular ring adalah perbedaan yang berada di antara dua lingkaran atau cakram konsentris. Dalam bentuk adjektif, itu adalah annular, sama seperti gerhana annular. 

Pada papan sirkuit cetak, annular rings sebagian besar berbentuk lingkaran. Penting untuk dicatat bahwa semakin besar penurunan annular ring, semakin baik koneksi tembaga di sekitar lubang bor. Jika Anda ingin menghindari kemungkinan breakout, Anda harus meningkatkan ukuran annular ring. 

(PCB yang menggambarkan struktur lingkaran annular rings)

3. Pentingnya PCB annular ring

PCB annular rings penting pada papan sirkuit cetak karena memberi ruang untuk koneksi listrik yang andal pada papan sirkuit. Tanpa annular rings, tidak akan ada koneksi listrik yang diinginkan pada papan sirkuit. Pada papan sirkuit cetak, masalah terkait annular rings dapat menimbulkan masalah dan dapat sangat mempengaruhi kontinuitas jejak. Selain itu, itu dapat berdampak negatif pada fungsionalitas seluruh papan. 

Sayangnya, beberapa desainer tidak mempertimbangkan pentingnya annular rings dengan serius. Beberapa merancang PCB dengan annular rings yang bentuknya jelek. Melakukan ini adalah masalah besar yang dapat mempengaruhi hal-hal terkait kontinuitas jejak. Saat membor annular rings, akurasi sangat penting di mana bor tidak boleh meleset dari sasaran. Jika ini kasusnya, maka akan terjadi annular ring tangency. Annular ring tangency adalah masalah yang berdampak negatif pada fungsionalitas papan sirkuit. 

(PCB annular rings dan komponen listrik lainnya)

4. Bagaimana cara menghitung PCB annular ring

Meskipun benar bahwa pembuat PCB bertanggung jawab untuk memproduksi desain yang akurat, desainer juga memainkan peran besar. Desainer penting ketika datang untuk membuat desain ukuran yang benar. Tanpa ukuran annular ring yang benar, fungsionalitas keseluruhan papan beresiko. Memastikan ukuran annular ring yang benar akan menyelamatkan Anda dari kesedihan nanti. 

Menghitung PCB annular ring tidak sulit seperti yang Anda bayangkan. Lebar annular ring terbaik adalah perbedaan antara diameter lubang yang selesai dan pad tembaga dibagi dua. Asumsikan diameter pad adalah 22 mils, dan diameter lubang adalah sepuluh mils. Jika demikian, maka annular ring dihitung dengan cara ini: (22 -10) /2 = 6 mils. 

4.1 Tentukan jenis sesuai kebutuhan

PCB, banyak digunakan dalam banyak aplikasi berdasarkan titik didih tinggi dan properti isolasi listrik mereka. Mereka banyak digunakan dalam transfer panas, listrik, dan peralatan hidraulik. Akhir-akhir ini, Anda dapat menemukan penggunaan PCB dalam peralatan rumah tangga, militer, dan medis. Saat menghitung PCB annular ring, Anda perlu mempertimbangkan di mana ia akan digunakan. Jenis annular ring tergantung pada kebutuhan PCB Anda. 

Jika papan sirkuit cetak Anda memerlukan persyaratan khusus, maka mungkin memerlukan PCB annular rings berkualitas tinggi. Institute of Printed Circuit boards mencantumkan tiga kelas penting produk PCB. Ada produk PCB kelas 1, 2, dan 3; tingkat 3 memiliki適用 yang lebih luas daripada produk kelas 1 dan kelas 2. Untuk alasan ini, persyaratan annular ring kelas 3 sedikit berbeda. Ukuran pad mereka perlu cukup besar untuk menampung diameter via. 

4.2 Kriteria desain PCB annular ring

Tanpa kriteria desain yang tepat untuk PCB annular rings, Anda mungkin akhirnya dengan papan yang fungsionalitasnya buruk. Anda akan perlu mendapatkan semuanya dengan benar sehingga peralatan Anda berfungsi sesuai keinginan. 

Secara teori, annular terbaik dapat dicapai dengan bor dengan tepat di tengah pad via. Dalam kenyataan, akurasi bor tergantung pada peralatan yang digunakan oleh produsen. 

Produsen papan sirkuit cetak memiliki toleransi tertentu untuk merancang PCB annular rings. Mayoritas, itu sekitar lima mil. Ideally, desainer menyukai penempatan annular rings di pusat papan. Alasannya adalah untuk memastikan konektivitas yang luar biasa di antara lapisan dan vias. Selama tahap desain, penting untuk memiliki pengaturan yang tepat dari annular ring. 

Untuk desain yang padat, maka penting untuk memiliki ukuran annular ring yang lebih kecil. Alasannya adalah bahwa via, atau pad akan mengonsumsi ruang yang lebih kecil. 

4.3 Rumus perhitungan

Rumus perhitungan PCB annular rings tidak rumit seperti yang Anda pikirkan. Sayangnya, meskipun demikian, banyak orang tidak menyadari cara mencapai perhitungan semacam itu. Untuk alasan pembuatan via, berarti lubang bor membutuhkan lingkungan tembaga. Cincin tembaga adalah ukuran via atau diameter luar. Menurut standar IPC-2221A, perhitungan ukuran minimum PCB annular ring adalah sebagai berikut:

Minimum Annular Ring = (Min Ringer Border) * 2 + (Tolerance) + (Hole Size)

Annular PCB ring adalah (diameter pad – lubang) /2. Asumsikan Anda memiliki diameter pad 20 mils dan diameter lubang 10 mils. Untuk alasan ini, lebar annular ring akan menjadi 20 – 10 = 5 mils. 

Jika Anda tahu bahwa Anda memiliki pad tertentu dengan annular ring 8 mils, maka diameter pad adalah 8*2. Itu akan sama dengan 16 miles. Seperti yang Anda lihat, rumus perhitungan PCB annular rings bukan proses yang rumit. 

4.4 Minimum annular ring

Anda perlu memperhatikan lebar ring minimum. Penting untuk dicatat bahwa ada annular ring minimum pada lapisan dalam dan luar PCB. Sebagian besar desainer setuju pada minimum annular ring 0,1mm pada lapisan dalam PCB. Juga, sebagian besar desainer PCB setuju pada 0,05mm sebagai minimum annular ring pada lapisan luar. 

Jika Anda ingin mencapai minimum annular ring yang terbaik dan paling diinginkan, maka Anda perlu mempertimbangkan beberapa hal. Namun hal yang terpenting adalah memastikan bahwa Anda bekerja dengan desainer yang menghargai Design for Manufacturability (DFM). Dengan DFM, Anda akan memperoleh PCB dengan ukuran minimum annular ring.  

4.4.1 Apa yang dimaksud dengan annular ring terkecil?

Kadang-kadang, berdasarkan jarak rapat elemen-elemen di sekitarnya, desainer memilih untuk membuat PCB annular ring yang kecil. Penting untuk dicatat bahwa annular ring kecil meningkatkan kemungkinan lubang bor via dekat dengan tepi annular rings. 

Dalam kasus terburuk, lubang bor via mungkin keluar dari annular ring. Hal itu dapat mengakibatkan koneksi jejak yang rusak. Lebih parah lagi, itu dapat menghasilkan hubungan yang rapuh, mempengaruhi fungsionalitas papan. Annular ring terkecil adalah -1mil. Sayangnya, itu tidak ideal karena meningkatkan kemungkinan breakthrough.

4.4.2 Cara menghitung annular ring terkecil

Seperti yang disebut sebelumnya, mengestimasi ukuran annular ring bukan hal yang sulit seperti itu. Lagi, semakin kecil annular ring, semakin baik. Annular ring kecil sangat baik untuk penghematan biaya. Seperti perhitungan annular ring maksimum, hal yang sama hampir sama persis untuk menghitung annular ring terkecil. Untuk menghitung annular ring terkecil, Anda perlu mengambil dimensi tembaga dan menguranginya dengan diameter bor. Angka yang Anda dapatkan harus dibagi dua. Mayoritas desainer PCB setuju bahwa annular ring terkecil perlu 0,050mm. 

(PCB dengan lebar annular ring yang sama)

5. Apa perbedaan antara PCB annular ring dan through-hole

Ada perbedaan antara PCB annular ring dan through-hole yang layak untuk dicatat. Area di antara pad tembaga dan tepi lubang bor via adalah annular ring. Seperti yang disebut sebelumnya, jika lebar annular ring besar, maka semakin baik. Melakukannya dapat memberikan koneksi untuk lubang bor via. Pada papan sirkuit cetak tertentu, annular rings hampir sama besar. 

When it comes to PCBs, you’ll often hear of the term through-hole. Also spelled as “thru-hole,” such refers to a mounting scheme applicable for electronic components. It involves the use of leads on elements inserted into holes drilled in the PCB. Of importance to note is that through-hole is one of the oldest technologies. However, there are valid reasons for using it. For instance, through-hole is ideal for hobbyists. It comes with a little fuss and few errors of accidentally bringing about bridges. 

(A machine drilling PCB annular rings)

6. Outer annular ring (OAR) and inner annular ring (IAR)

An Outer Annular Ring (OAR) is different from the Inner Annular Ring (IAR), as explained below. Both are different in terms of terminologies and their calculation. 

6.1 What makes the outer annular ring

An outer annular ring consists of a copper pad. The copper pad is the essential material that you’ll find in an outer annular ring. 

How to calculate

Calculating the Outer Annular Ring is an easy process. The outer annular ring is 1 / 2 (The outer pad diameter ). Here is a clear example of how to calculate the outer annular ring: 

OAR = (Copper pad diameter – TOOL SIZE)/2. That’s how to achieve such measurements. The TOOLSIZE = END SIZE + 0.10mm for PTH holes + 0.00mm for the entire NPTH holes. 

6.2 What is an inner annular ring

The Inner Annular Ring (IAR) is the area that lies between the solder hole and the outer layer rim of the solder pad. It’s as simple as that. Much better, it’s not a difficult process calculating the inner annular ring of a PCB. It’s all explained below:

How to calculate

The Inner Annular Ring is 1 /2 (Inner layer pad diameter – ). To calculate the inner annular ring, you need to take the copper pad diameter, minus the TOOLSIZE. After that, you need to divide the figure that you get by 2. The TOOLSIZE = END SIZE + 0.10mm for the entire PTH holes + 0.00mm for the entire NPTH holes. 

Assume that you want to calculate the IAR on a copper pad of 0.60mm with a finished hole consisting of a diameter of 0.25mm. Therefore, the IAR will be as follows:

0.60mm – (0.25mm + 0.10mm) /2. This will be equal to 0.60mm – 035mm / 2 = 0.250mm/2. The result is 0.125mm. 

(PCBs inner and outer annular rings)

7. What is the teardrop annular ring?

When it comes to the manufacture of PCBs, you may come across the term teardrop. The name comes based on its shape. Teardrops mostly occur during the drilling process. During drilling, possibilities of drill bit misalignments are common. Here, a drill bit may remove a lot of copper from the junctions of a PCB. 

Such may bring about broken trace connections or a thin connection. But of importance to note is that teardrops play essential roles in PCBs. A majority of designers use them to prevent micro cracks. Microcracks mostly occur at the connection of the pad and the track. But the primary purpose of teardrops is to ensure integrity during PCB production. 

Such is true, especially in cases where the drill bit gets misaligned during drilling. There are other reasons why PCB designers use teardrops. Some of the most important reasons include the following:

• It minimizes the risk of cracking.
• They significantly improve resistance to the thermal shock of equipment.
• It minimizes thermal and mechanical stress and in places where trace joins the pad.
• It helps in enlarging a PCB maker tolerance of the drill to pad. Such makes the production of a circuit board more comfortable.
• It dramatically reduces the chances of cracking.
• Teardrops also make circuit boards more mechanically robust.

8. Common problems of PCB annular ring

There is plenty of PCB annular ring problems worth noting. Many designers face them on almost a daily basis. These problems are common since every manufacturer uses different raw materials, workforce, and design tactics. While there are many problems, some of the most common ones include the following:

Undesired annular ring

Undesired annular rings are common PCB problems. If the pad size tends to be small, it may fail. The reason for this is that the drill hole will consume a lot of space on the pads. For designers to avoid such, prototyping is necessary. 

Prototyping ensures the avoidance of undesired annular rings before full production. With prototypes, it’s possible to detect errors early before mass production. 

Tangency 

Annular PCB ring tangency is another common problem that faces PCB designers. The moment a drill misses the desired mark, the resulting hole edges towards the pad’s size. The moment the spot gets to touch the edge of the place, it brings about an annular ring tangency. 

If the drilling gets to deviate further, then it’s dangerous. Such brings about instances of breakouts. If you are to avoid tangencies, you have to ensure that the drilling is perfect. Your drill should hit the mark. The accuracy of the drilling should be on point. 

Breakout 

Breakouts are also common problems of annular PCB rings. Annular breakouts happen the moment the drilled via doesn’t get the desired encircling by the pad. Mostly, breakouts occur when the lamination process causes parts of a PCB to move away from where they must sit. 

Do you want to avoid cases of flights? If so, you need to ensure that the width of the annular ring is ideal. As mentioned earlier, the annular ring width is the pad’s diameter – the diameter of the hole / 2. 

(Annular ring breakout on a PCB)

9. Rupture probability drawn by the annulus

9.1 What is the rupture of the annular ring (causes)

Several causes may make annular rings on a PCB to rupture. In most cases, it’s due to the aging of a circuit board. Boards that are old or perform for too long are prone to annular ring rupture. With age, rest assured of a component rupture. Additionally, annular ring de-wetting is another reason for the break. 

Contamination on the holes during the manufacturing process is another reason for annular ring rupture. There are other causes known for bringing about the fracture of the annular rings. Excessive mechanical stress is known for bringing about the crack of the annular rings. However, all is not lost as there are ways of avoiding instances of the break in the annular rings. 

9.2 How can we avoid

There are several ways to ensure that you avoid cases to do rupture of the annular ring. First of all, you need to ensure that the type of material you use is of the highest quality. Also, you need to ensure that you work with qualified manufacturers. If you source your PCBs from experienced manufacturers, rest assured of no chances of annular ring rapture. 

You may also have to replace your PCBs, especially if they are old. Make sure that you don’t subject your PCBs to excessive mechanical stress. To be on the safe side, ensure that there no hole contamination. Make sure that the manufacturing process follows all the procedures to avoid such cases. 

10. Skills of PCB annular ring size adjustment

If your annular rings’ sizes are off, then it could mean problems in your circuit board. Annular rings that are not of the desired size will not function as intended. Issues to the size of the ring occur if the drilling isn’t accurate. But changing PCB annular ring sizes requires some special skills. Such is easily possible, especially if you some tools. 

The best tools are those that are available from Cadence and are excellent for designing PCBs and analysis. If you use the OrCAD PCB designer, you’ll be able to get the desired annular ring sizes. All that you have to do is to key in your desired pad and length of the hole. You have to do this during the PCB layout design. 

Summary 

The toroid is very important on the PCB. They act as interconnect nodes, operating between different layers of the PCB. Without annular rings, PCBs won’t function as intended. Unfortunately, many PCB designers don’t get it right when it comes to annular rings. Many fail to get the correct width while others end up with annular rings rupture challenges. 

Do you require high-quality PCBs with the best annular rings? If so, look no further than OurPCB. Wne manufacture some of the best PCBs with the desired annular ring width. Our PCBs rarely suffer from tangency and breakouts. For the best PCBs, source them from us. With us, wne can organize exchanges so that we learn matters to do with PCBs together.