วงแหวน PCB: แนวทางการออกแบบ

วงแหวนทองแดงบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB annular rings) คือบริเวณทองแดงที่เหลืออยู่รอบรูที่เจาะไว้ มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับรูทะลุชุบทองแดง (plated-through holes), vias และขาของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากเป็นพื้นที่สำหรับการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าและทนต่อความคลาดเคลื่อนตามปกติในการเจาะและการจัดตำแหน่งในกระบวนการผลิต

การออกแบบวงแหวนควรพิจารณาจากรูที่เสร็จสมบูรณ์ รูปทรงของแผ่นรอง การจัดเรียงชั้น และความสามารถในการผลิตที่ตกลงกันไว้สำหรับงานนั้นๆ

สารบัญ

• วงแหวน PCB คืออะไร?
• วิธีคำนวณวงแหวน
• เหตุใดวงแหวนจึงมีความสำคัญ
• ปัญหาที่พบได้ทั่วไปในวงแหวนวงแหวน
• ค่า IPC และความคลาดเคลื่อนในการผลิต
• รูเชื่อมต่อและรูสำหรับชิ้นส่วน
• แผ่นรองรูปหยดน้ำและวงแหวน
• การตรวจสอบ DFM สำหรับวงแหวน
• การตรวจสอบและทดสอบ
• บทวิจารณ์การออกแบบแหวนวงแหวนแบบวงแหวนด้วย Highleap

วงแหวน PCB คืออะไร?

สำหรับรูเจาะทะลุที่ชุบแล้ว วงแหวนรอบรูเจาะจะเป็นแผ่นทองแดงรัศมีที่ล้อมรอบรูเจาะ ทำหน้าที่ช่วยให้การชุบต่อเนื่องและเป็นพื้นที่สำหรับบัดกรีหรือเชื่อมต่อ ในชั้นภายใน จำเป็นต้องมีการยึดเกาะที่เพียงพอเพื่อรักษาการเชื่อมต่อของรูเจาะให้เชื่อถือได้หลังจากการเจาะ

ขนาดวงแหวนที่ต้องการจะแตกต่างกันไปตามประเภทของแผ่นวงจร ประเภทของชั้น ความหนาแน่นของส่วนประกอบ และไม่ว่ารูนั้นจะเป็นรูเชื่อมต่อ (via), รูนำส่วนประกอบ (component lead), รูที่เกิดจากเครื่องมือ (tooling feature) หรือโครงสร้างพิเศษ (specialized structure)

วิธีคำนวณวงแหวน

การคำนวณอย่างง่ายโดยประมาณคือวงแหวน = (เส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นรอง – เส้นผ่านศูนย์กลางรูที่เจาะเสร็จ) / 2ค่าที่ออกแบบต้องคำนึงถึงการเบี่ยงเบนของดอกสว่าน ความคลาดเคลื่อนในการจัดตำแหน่ง การชุบ และข้อกำหนดการยอมรับของลูกค้าด้วย

ใช้ขนาดรูที่เสร็จแล้วในการคำนวณเมื่อเป็นค่าที่กำหนดไว้ในแบบร่าง ตรวจสอบว่าผู้ผลิตต้องการดอกสว่านขนาดใหญ่กว่าหรือไม่เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการหลังจากการชุบ

เหตุใดวงแหวนจึงมีความสำคัญ

วงแหวนที่มีขนาดเล็กเกินไปจะเพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดการแตกหัก การยึดเกาะของแผ่นบัดกรีลดลง ข้อต่อบัดกรีอ่อนแอ และผลผลิตลดลง ผลกระทบอาจรุนแรงมากขึ้นในแผ่นวงจรพิมพ์หลายชั้นที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งความคลาดเคลื่อนในการจัดตำแหน่งชั้นภายในจะใช้พื้นที่ส่วนใหญ่ไป

การเลือกใช้แผ่นรองที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเล็กน้อยในกรณีที่การเดินสายทำได้ จะช่วยเพิ่มระยะขอบในการผลิตและลดความเสี่ยงที่ไม่จำเป็นได้

ปัญหาที่พบได้ทั่วไปในวงแหวนวงแหวน

ปัญหาทั่วไปที่พบได้แก่ การจัดตำแหน่งรูเจาะกับแผ่นรองที่ไม่ตรงกัน การยึดจับชั้นในไม่เพียงพอ แผ่นรองลดขนาดลงเนื่องจากการเดินสายหรือรูปทรงระบายความร้อน และขนาดแผ่นที่คัดลอกมาจากชุดกฎการออกแบบที่ไม่เข้ากัน กฎ CAD ที่ถูกต้องตามหลักการอาจยังไม่เหมาะสมกับโครงสร้างและประเภทของแผงวงจรจริง

ตรวจสอบบริเวณที่เป็นข้อยกเว้น เช่น ขั้วต่อ รูยึดแบบกดพอดี บริเวณที่มีทองแดงหนา และโซนการต่อสายแบบละเอียด แยกต่างหาก

ค่า IPC และความคลาดเคลื่อนในการผลิต

เอกสาร IPC และข้อกำหนดของลูกค้ากำหนดแนวคิดการยอมรับ แต่ต้องกำหนดคลาสเป้าหมายและข้อกำหนดตามสัญญาสำหรับแต่ละผลิตภัณฑ์ ความสามารถในการผลิต ขนาดรูเจาะ ความหนาของแผ่น จำนวนชั้น และการจัดตำแหน่ง ล้วนมีอิทธิพลต่อความต้องการพื้นที่ใช้งานจริง

ใช้กฎการออกแบบของผู้ผลิตสำหรับกระบวนการที่ต้องการ และถือว่ากฎเหล่านั้นเป็นส่วนหนึ่งของชุดเอกสารการผลิตที่ได้รับการอนุมัติแล้ว

รูเชื่อมต่อและรูสำหรับชิ้นส่วน

รูเชื่อมต่อ (vias) อาจใช้แผ่นรองขนาดเล็กกว่าเพื่อรักษาความหนาแน่นของการเดินสาย ในขณะที่รูสำหรับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์อาจต้องการแผ่นรองขนาดใหญ่กว่าเพื่อการบัดกรีและความแข็งแรงทางกล การเชื่อมต่อที่มีกระแสไฟฟ้าสูงหรือรับแรงทางกลต้องพิจารณาเป็นพิเศษเกี่ยวกับขนาดของแผ่นรอง ขนาดรู การชุบ และการลดแรงดึง

อย่าใช้ค่าวงแหวนเดียวโดยไม่พิจารณาให้รอบคอบกับรูทุกประเภท

แผ่นรองรูปหยดน้ำและวงแหวน

วงแหวนรูปหยดน้ำช่วยขยายการเชื่อมต่อระหว่างลายวงจรและแผ่นรองได้อย่างราบรื่น ช่วยเพิ่มการยึดเกาะของทองแดงใกล้กับรูเจาะ และเพิ่มระยะขอบในบริเวณที่เลือก แต่ไม่สามารถทดแทนวงแหวนที่มีขนาดเหมาะสม หรือค่าความคลาดเคลื่อนในการเจาะที่เหมาะสมได้

ใช้ชิ้นส่วนเหล่านั้นในส่วนที่เหมาะสมกับกลยุทธ์การกำหนดเส้นทางและการผลิต จากนั้นตรวจสอบว่ารูปทรงเรขาคณิตที่ได้นั้นเรียบร้อยและไม่ก่อให้เกิดการละเมิดระยะห่าง

การตรวจสอบ DFM สำหรับวงแหวน

การตรวจสอบ DFM ควรพิจารณาขนาดรูที่เสร็จสมบูรณ์ การเรียงซ้อนของแผ่นรอง ไฟล์การเจาะ การลงทะเบียนชั้น ข้อยกเว้นของวงแหวน และระยะห่างรอบรูทุกประเภท การตรวจสอบนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งหลังจากมีการเปลี่ยนแปลงไลบรารีแบบพิมพ์เขียว การแก้ไขการเรียงซ้อน หรือการอัปเดตการจัดแผง

การแก้ไขแผ่นรองขอบก่อนการขึ้นรูปจะช่วยหลีกเลี่ยงการแก้ไขงานที่เสียค่าใช้จ่ายสูงและสามารถเพิ่มผลผลิตในครั้งแรกได้

การตรวจสอบและทดสอบ

การตรวจสอบการผลิตอาจรวมถึงการตรวจสอบด้วยแสงอัตโนมัติ การวิเคราะห์ด้วยรังสีเอกซ์หรือการวิเคราะห์ภาคตัดขวางด้วยกล้องจุลทรรศน์ตามความเหมาะสม และการทดสอบทางไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบความต่อเนื่องและการแยกส่วน วิธีการควรได้รับการเลือกจากเกณฑ์ความเสี่ยงและเกณฑ์การยอมรับ แทนที่จะใช้แทนกฎการออกแบบที่ดี

บันทึกรายละเอียดช่องโหว่หรือชิ้นส่วนสำคัญใดๆ ที่ต้องการการตรวจสอบเพิ่มเติม

บทวิจารณ์การออกแบบแหวนวงแหวนแบบวงแหวนด้วย Highleap

บริษัท Highleap Electronics สามารถตรวจสอบกฎเกี่ยวกับวงแหวนเจาะ ข้อมูลการเจาะ การเรียงซ้อน และข้อกำหนดของรูพิเศษก่อนการผลิตได้ ข้อมูลที่ชัดเจนเกี่ยวกับประเภทของผลิตภัณฑ์และคุณลักษณะที่สำคัญจะช่วยให้การตรวจสอบมุ่งเน้นไปที่ความเสี่ยงในการผลิตที่แท้จริง

สำหรับการตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิตโปรดขอใบเสนอราคา PCBพร้อมไฟล์ Gerber ไฟล์เจาะรู แบบร่าง และหมายเหตุการผลิต