Setti Anulari e Design PCB Multistrato: Resta Nei Limiti di Tolleranza

Close-up of circuit board with vias

Uno dei miei insegnanti alle scuole superiori aveva creato un’impresa di successo a cui si dedicava quando non lavorava come insegnante: raccoglieva sciroppo d’acero. Ho imparato che la procedura è leggermente più complicata che prelevare lo sciroppo d’acero dall’albero praticando un foro al suo interno. Occorre lasciarlo riposare e farne evaporare un po’ prima di poterlo distillare trasformandolo nel gustoso, squisito prodotto da aggiungere a tutti i pancake.

Anche se la produzione di sciroppo d’acero è un procedimento complesso, tutto inizia con quel primo foro nell’albero d’acero. In modo simile esiste un intero processo legato alla produzione di progetti di PCB multistrato; tuttavia non sarebbero nulla senza le via. Le via sono essenzialmente delle cavità forate verticalmente che colmano il divario fra un numero qualsiasi di strati.

Anche le via hanno degli aspetti che vanno seguiti o il vostro progetto potrebbero incontrare dei problemi. Gli anelli anulari entrano in gioco quando si considera la posizione fisica dei fori attraverso ogni traccia. Ci sono vari fattori da prendere in considerazione quando si determina la dimensione adeguata dell’anello anulare per l’applicazione.

Forza di connessione dell’anello anulare: i PCB via e multistrato

I PCB multistrato possono rappresentare un vantaggio grazie alla maggiore complessità che riescono a sostenere. Computer, telefoni e dispositivi medici sono solo alcuni degli esempi di applicazioni che traggono beneficio dai progetti multistrato. Lavorare con PCB multistrato, in ogni caso, presenta un problema critico, che consiste nel dover connettere questi strati l’uno all’altro. Senza connettere ogni strato ai suoi punti corrispondenti si finirebbe con il realizzare PCB a singoli strati incollati gli uni agli altri.

Introdurre le via, la nostra ingegnosa soluzione  per connettere verticalmente ogni strato. Per funzionare in maniera adeguata le via richiedono una comprensione degli anelli anulari. Essi sono definiti come la minima distanza fra i fori praticati e il bordo della via. Più è grande l’anello anulare, più grande sarà la connessione in rame attorno al foro.

L’uso dell’anello anulare determina spesso le dimensioni. State saldando un componente ad uno o entrambi i lati della basetta? Probabilmente avrete bisogno di un’area più grande per avere sicurezza nella saldatura. State usando le via solo come punto di test e non intendete saldare? In questo caso basterà un anello anulare di dimensione minore.

Qualsiasi sia l’applicazione, potete facilmente determinare la dimensione dell’anello anulare facendo riferimento al sempre valido documento IPC-7251. Questo documento consiglia un anello anulare di larghezza pari a 250 µm per ottenere la MMC (maximum material condition - condizione massima del materiale). MMC significa semplicemente che avrete punti di saldatura più robusti. 150 µm è invece la larghezza consigliata di un setto anulare per raggiungere la LMC (Least Material Condition - minima condizione del materiale). LMC significa soltanto avrete punti di saldatura meno robusti.

Ovviamente, queste sono solo raccomandazioni e possono (anzi devono!) essere modificate a seconda della particolare applicazione.  

Annular ring diagram

Come viene misurato un setto anulare

Tolleranze di fabbricazione per il progetto di PCB multistrato

Quando si crea un’unione di processi di produzione multipli all’interno di un ambiente di produzione si verificano sempre piccoli errori che si sovrappongono a causa di  imperfezioni di tolleranza. In particolare, quando  il processo di incisione delle tracce di rame  sul PCB ed il processo di incisione delle via attraverso tali tracce si uniscono, i fori non sempre risultano perfettamente allineati al centro delle tracce e risultano leggermente deviati. Non preoccupatevi: esistono le tolleranze!

Sapete già come progettare tenendo conto degli errori di tolleranza della manifattura, per cui progettare considerando gli errori di tolleranza degli anelli anulari è simile. Prima di tutto, identificando le specifiche tolleranze del produttore, sarete capaci di tenere conto degli errori e, determinando la larghezza minima dell’anello anulare, potete ridurre il rischio nell’intero processo di produzione assicurando che i valori minimi siano sempre raggiunti.  

In breve, sapere che si verificano errori di produzione e progettare tenendo conto di essi vi farà rimanere al di sopra dei valori minimi in particolare riguardo agli anelli anulari o ai fori sulle via.  


Arrangement of different sized drills

Le tolleranze di foratura possono giocare un ruolo importante nel determinare la dimensione dell’anello anulare.

Calcolare la larghezza dell’anello anulare

Un modo semplice per verificare che la larghezza sia accettabile per il progetto è calcolare la larghezza massima che verrà prodotta nel ciclo di post-produzione. Può essere applicata la seguente equazione:

((Diametro della traccia del pad) - (Diametro del foro)) / 2 = (Massima larghezza dell’anello anulare)

Più sono grandi gli errori di produzione nelle tolleranze, meno largo sarà l’anello anulare. Più sarà grande il diametro dei fori, meno largo sarà l’anello anulare.

Sapere che la larghezza dell’anello anulare deve permettere una connessione forte a sufficienza, sia per connessioni elettriche che meccaniche, ed essere consapevoli delle tolleranze di produzione manterrà la larghezza dell’anello anulare a distanze accettabili e lontani da situazioni nelle quali i fori non toccano neanche la traccia del pad (la peggiore delle circostanze).

Dato che le via sono progettate nell’ambiente delle microvia, avete bisogno di un software di progetto di PCB  che può gestire adeguatamente le larghezze dell’anello anulare e le tolleranze di produzione per le via. Fortunatamente Altium Designer è in grado di gestire le complicazioni delle basette in modo semplice, grazie alla sua lista completa di controllo delle regole di progetto e al software intuitivo per il layout della basetta.

Per cui procedete pure e usate l’editor di schemi Altium per progettare un anello anulare forte e senza errori che assicurerà la longevità dei componenti del progetto! Se siete curiosi di sapere come Altium può risolvere i problemi degli anelli anulari parlate con un esperto di Altium oggi stesso.


 

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