PCBの環状リング｜総合ガイド

環状リングはPCB基板の中心部分と考えられており、基板上に穴が開けられた銅製の円形構造です。これらの穴のサイズと寸法はPCB基板の設計において重要であり、 基板上の誤動作を防ぐには、多層構造の基板が複雑に設計されることが重要です。各層のトラックパッドは、ビアと呼ばれる小さな穴をドリルで開けることで接続されます。このリング状の構造は、銅パッドを介して2つの異なる層間の良好な電気的接続を確保するのに役立ちます。このページでは、これらのリングがどのように作られるか、そしてPCB基板におけるその重要性について説明します。それでは始めましょう。

環状リングとは何ですか?

PCBボードは、単層、二層、多層など、層の構成によって様々な種類があります。基板上には、様々な部品を接続するための銅箔層や配線が施されており、これらによってプロジェクトや回路が構成されます。

しかし、多層基板では、異なる層はビアと呼ばれる小さな穴によって接続されます。ビアは、異なる層間の導電性と基板全体の正確な導電性を確保する上で重要です。穴の周囲には銅が塗布されており、この銅は環状に形成されます。

最小の環状寸法は1ミルですが、基板寸法に応じて幅が異なる場合があります。基板上で適切かつ安定した電気接続を確保するには、環状リングの設計と製造上の特性を考慮する必要があります。

環状リングの構造

外環状リング（OAR）

· PCB基板の表層に配置され、容易に視認できます。部品の実装を容易にし、部品のリード線と基板のトレースを接続します。はんだ付け性に優れ、良好な電気的接続と機械的支持を提供します。

· 基板外層の環状リングの最小幅は 0.05 mm です。

· 外側の環状リングの測定には次の式が使用されます。

外層環状リング = (外層パッド径 – めっき穴径)/2

内層環状リング（IAR）

· これらの環状リングは多層基板の内層に存在し、ビアを介して異なる層間の接続を可能にします。内層間の接続を適切に行うために、正確な位置合わせは行われていますか？

内層環状リング = (内層パッド径 – めっき穴径)/2

完成した環状リング（FAR）

· はんだパッドの外周縁とはんだ穴の間の領域は、完成した環状リングと呼ばれます。この環状リングからドリルで穴を開けると、多少中心からずれが生じるため、破損する可能性があります。これは、はんだパッドの外径と穴の直径を掛け合わせた値に基づいています。

ティアドロップ型環状リング

· このタイプの環状リングはティアドロップ型です。外縁の接続部には、完全な円ではなく銅を追加しています。銅を追加することで、リングの強度が向上しています。

· これらの環状リングの主な特徴は、掘削時にドリルビットがわずかに外れると、銅が除去され、接続に影響を及ぼす可能性があることです。

· このタイプの環状リングは、薄い銅のひび割れも最小限に抑えます。

· また、機械的または熱的ストレスを制御し、掘削穴のずれを回避します。

環状リングのサイズ

基板の正確な電気接続と設計の安定性を確保するには、環状リングのサイズが重要です。適切な環状リングは、はんだ接合部を適切に形成し、穴あけ時の不具合を回避し、パッド浮きのリスクを低減するために重要です。環状リングのサイズは、はんだ接合部の性能、導電性、そして基板の強度に直接影響を及ぼし、特にスルーホールビアにおいては顕著です。

リングのサイズが適切であれば、メッキの適用範囲が均一になり、ボイドや薄い銅層などのさまざまな問題が抑制されます。

環状リングに使用されるいくつかのパラメータは以下のとおりです。

·  外径： 環状リングと穴を備えたパッド全体の直径です。

·  ドリル穴径: この直径は船上で掘削された穴です。

·  環状リング幅（W）： ドリル穴の端とパッド外端の間の半径距離です。

環状サイズの計算方法

アニュラリングのサイズとは、ビアの外側の点から形成されるリングの幅を指します。アニュラリングはビアから外側に向かって広がり、基板に応じて一定の幅を持ちます。アニュラリングのサイズの測定には、以下の式が使用されます。

環状リング = (パッド径 – 仕上げ穴径) / 2

パッドの直径は、IPC-2221に準拠した基板レベルに基づいています。つまり、 レベルA: 24万、 レベルB: 20万、 レベルC:16万

完成した穴の直径はビアのサイズまたはその直径になります。

環状リングのサイズは、2 つの直径の差の半分になります。

単層基板の最小環状リングサイズは 0.05 mm です。

多層基板の環状リングは、内層が 0.1mm、外層が 0.05mm です。

環状リングPCBの一般的な問題

接線

これは、誤って中心から離れた位置に穴を開けてしまった場合に発生します。パッドの端と接続する穴が中心からずれている場合は、接線に問題があることを意味します。また、アニュラーリングの直径が穴と一致していないことも原因となります。

起こる

これは高接線型で、穴あけ加工時にアニュラーリングから外側に穴が開く際に発生します。その結果、アニュラーリングが切断され、ブレイクアウトが発生します。この問題を解決するには、機械を再調整してください。

破裂

長時間の使用や掘削作業により、アニュラーリングは破損し、破裂と呼ばれる状態になります。この問題を回避するには、高品質の原材料と厚い銅パッドを使用してください。

パッドリフティング

環状リングに沿ったパッドがPCB基板から外れると、パッド浮きが発生します。これは熱サイクルと機械的ストレスによるものです。この問題を解決するには、基板製造時に高熱の発生を抑え、接着力の高い材料とプロセスを使用する必要があります。

PCB環状リング設計のベストプラクティス

1. 設計上の考慮事項

・環状リングの幅は設計通りの精度が必要です。標準用途では厚さは0.15mmですが、基板の層数や厚さに応じて設定できます。

・パッドの直径は穴径よりも大きくなければなりません。通常はドリル径の1.5倍です。

2. 掘削精度

· アニュラーリングのパラメータに基づいて適切なドリルサイズを選択する必要があります。バリの発生を防ぐには、高品質のドリルビットを使用してください。これにより、適切なアニュラーリング幅を維持することができます。

結論

環状リングは、PCB基板の設計において重要な要素であり、接続される様々なコンポーネントに正確な電気的・機械的接続を提供します。これらのリングの正確な設計は、基板の正常な動作に最も効果的であり、基板製造において様々な業界ルールを遵守するための許容範囲も確保されているため、基板の品質を維持できます。これらのリングの正確な構成は、スルーホール技術を用いた高強度基板の実現に役立ちます。高速回路設計においては、インピーダンス整合と高品質な信号伝送に重要な役割を果たします。

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