Anillos anulares
Los anillos anulares son una parte importante del diseño de las placas de circuito impreso, ya que permiten una conexión eléctrica fiable entre las diferentes capas a través de las vías. Su dimensión y ubicación tienen un efecto directo en la integridad de la conexión y el rendimiento de la placa en su conjunto. Un diseño inadecuado de los anillos anulares puede provocar pérdida de señal, intermitencia en la conexión o incluso ruido en los componentes electrónicos sensibles. En este blog, exploraremos qué son los anillos anulares, su importancia, cómo medir sus tamaños, así como algunos consejos de diseño fundamentales para garantizar una PCB fiable.
¿Qué es un anillo anular de PCB?
Un anillo anular es una almohadilla de cobre con forma de anillo en una placa de circuito impreso que rodea un orificio perforado. El orificio se utiliza para colocar los cables o conductores de los componentes, y estos anillos establecen una conexión eléctrica y mecánica sólida cuando se insertan y sueldan los pines de los componentes. Por lo tanto, los anillos anulares de las PCB deben fabricarse y diseñarse correctamente para que el rendimiento eléctrico sea fiable y estable en toda la placa.
Cómo calcular el tamaño del anillo anular
En el caso ideal, el orificio perforado debe estar centrado dentro de cada anillo anular para proporcionar una buena conexión eléctrica entre la vía y las capas de la PCB. El ancho adecuado de estos anillos se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
Tamaño del anillo anular = (diámetro de la almohadilla – diámetro del orificio) / 2
Por ejemplo, cuando el diámetro de la almohadilla de cobre es de 30 milésimas de pulgada y el diámetro del orificio es de 14 milésimas de pulgada, el tamaño del anillo anular sería: (30 – 14)/ 2 = 8 milésimas de pulgada.
¿Por qué es importante el tamaño del anillo anular?
Cuando el anillo anular de la PCB es demasiado estrecho, es probable que no proporcione una superficie conductora adecuada para garantizar una buena unión mecánica y eléctrica. Esto puede provocar conexiones deficientes o inestables, especialmente durante la soldadura o los ciclos térmicos. Sin embargo, si el anillo es demasiado ancho, también puede crear problemas. Un anillo anular de gran tamaño ocuparía más espacio de la placa, lo que significa que habría menos espacio para contener otros componentes.
Por lo tanto, es esencial diseñar anillos anulares de un tamaño adecuado. Por regla general, la anchura mínima del anillo anular debe ser de 0,15 mm (6 milésimas de pulgada), y los tamaños perforados suelen oscilar entre 0,2 mm y 6,3 mm.
¿Qué son las lágrimas?
El término «lágrima» debe su nombre a su forma similar a una gota, como se puede ver en la siguiente figura. Una almohadilla en forma de lágrima consiste en añadir cobre adicional en la posición donde se cruzan un anillo anular y una traza de PCB, con el fin de reforzar el punto de conexión. Este material añadido ayuda a mejorar la resistencia estructural, especialmente bajo estrés mecánico o térmico.
Durante el proceso de perforación, puede producirse una desalineación del taladro que pueda eliminar demasiado cobre del punto de unión entre la almohadilla de vía y la traza. Como resultado, pueden producirse conexiones eléctricas débiles o rotas. Durante la fabricación, añadir una forma de lágrima aumenta la tolerancia al desajuste de la broca, lo que mejora el rendimiento de la fabricación y minimiza las posibilidades de defectos.
Las lágrimas cobran cada vez más importancia a medida que disminuye el ancho de las pistas. Por lo general, no son necesarias para pistas de más de 20 milésimas de pulgada, pero se recomiendan encarecidamente en PCB flexibles, donde ayudan a resistir las grietas causadas por la vibración o las fuerzas de flexión.
Problemas comunes de los anillos anulares y cómo evitarlos
Si los anillos anulares no están bien diseñados y fabricados, pueden producirse varios problemas que pueden afectar al rendimiento eléctrico de la placa. A continuación se enumeran los problemas más comunes y cómo evitarlos:
Tangencia
La tangencia se produce cuando el orificio perforado golpea el borde de la almohadilla debido a una desalineación o porque el anillo anular es demasiado estrecho para el tamaño del orificio. Este problema puede provocar interrupciones eléctricas y problemas de fiabilidad. La tangencia se puede evitar centrando los orificios y manteniendo el anillo anular con una anchura considerable.
Rotura del Anillo
Una rotura del anillo ocurre cuando el orificio perforado se extiende más allá de los límites del anillo anular y la almohadilla de cobre, saliendo del área de la almohadilla. Este problema generalmente es causado por una mala alineación de las capas en la PCB, con los orificios terminando en posiciones incorrectas en diferentes capas. Para minimizar las posibilidades de rotura del anillo, el anillo anular debe diseñarse con un ancho adecuado para que pueda rodear el orificio correctamente.
Rotura
Es probable que estos anillos desarrollen grietas o fracturas con el tiempo, lo que se conoce como rotura. Hay varias razones que pueden causar este problema, como el uso prolongado, la fuerza mecánica o las condiciones ambientales desfavorables. Para evitar la rotura, el uso de materiales duraderos y la sustitución de las PCB envejecidas son métodos eficaces.
Levantamiento de la almohadilla
Este problema se refiere al desprendimiento de la almohadilla de cobre y el anillo anular del sustrato de la PCB. Puede estar causado por tensión física, ciclos térmicos o una mala unión de los materiales. Las medidas preventivas incluyen el uso de materiales con alta adhesión, minimizar la exposición al calor durante la producción y crear un diseño de almohadilla más eficaz para distribuir mejor las tensiones mecánicas.
Factores esenciales a tener en cuenta al diseñar anillos anulares para PCB
Al diseñar anillos anulares para PCB, se deben tener en cuenta varios factores críticos. Entre ellos se incluyen los siguientes:
- Ancho
El ancho del anillo anular es un factor clave a tener en cuenta durante el diseño, ya que debe ser lo suficientemente ancho como para garantizar una conexión eléctrica estable y, al mismo tiempo, ajustarse a las limitaciones de diseño de la PCB. El cumplimiento de las normas industriales, como la IPC-2221, ayudará a garantizar que se cumplan los requisitos mínimos de ancho. Además, durante la fase de diseño deben tenerse en cuenta las tolerancias de fabricación.
- Tolerancias
Durante la fabricación de PCB, las tolerancias en la precisión de perforación y la ubicación de los orificios son inevitables. Por lo tanto, al diseñar un anillo anular, deben tenerse en cuenta estas tolerancias para garantizar que, incluso en casos de desalineación, siga habiendo suficiente cobre alrededor del orificio para mantener la conectividad. La mayoría de los fabricantes de PCB proporcionan información sobre las tolerancias, lo que puede resultar muy útil a la hora de definir márgenes de diseño seguros.
- Alineación entre la almohadilla y el orificio
Es fundamental que la almohadilla de cobre y el orificio perforado coincidan perfectamente. Aunque el ancho del anillo se haya diseñado con precisión, un registro incorrecto durante la operación de perforación puede desplazar el orificio fuera del centro, de modo que el ancho efectivo del anillo anular se reduzca o incluso se rompa la conexión. Para minimizar en gran medida este riesgo, los diseños deben mantener un ancho de anillo adecuado para tolerar la desalineación, y los diseñadores deben asegurarse de que la precisión de registro de su fabricante se ajuste a los requisitos de fiabilidad de su diseño.
Reflexiones finales
Los anillos anulares son fundamentales para la fiabilidad de las PCB, ya que sirven de conexión crítica entre las vías y las capas de la placa. El éxito radica en equilibrar requisitos contrapuestos: los anillos deben ser lo suficientemente anchos para garantizar conexiones fiables, pero también lo suficientemente compactos para maximizar el espacio de la placa, con márgenes de tolerancia suficientes para las variaciones de fabricación.
Siga las normas industriales como la IPC-2221, comprenda las capacidades de su fabricante e incorpore características como las lágrimas cuando sea necesario.
Si necesita ayuda de expertos en el diseño o la fabricación de PCB, no dude en ponerse en contacto con nosotros: nuestro equipo está aquí para ayudarle a garantizar que sus diseños sean fiables y estén listos para la producción.
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