Anneaux annulaires PCB
Les anneaux annulaires PCB constituent un élément important de la conception des circuits imprimés, car ils permettent une connexion électrique fiable entre les différentes couches grâce à des vias. Leurs dimensions et leur emplacement ont un effet direct sur l’intégrité de la connexion et les performances globales de la carte. Une conception inadéquate des anneaux annulaires PCB peut entraîner une perte de signal, une connexion intermittente, voire du bruit dans les composants électroniques sensibles. Dans cet article, nous allons découvrir ce que sont les anneaux annulaires PCB, leur importance, comment mesurer leur taille, ainsi que quelques conseils de conception essentiels pour garantir la fiabilité d’un circuit imprimé.
Qu'est-ce qu'un anneau annulaire PCB ?
Un anneau annulaire PCB est un plot de cuivre en forme d’anneau sur un circuit imprimé qui entoure un trou percé. Le trou sert à placer les broches ou les fils des composants, et ces anneaux assurent une connexion électrique et mécanique solide lorsque les broches des composants sont insérées et soudées. Par conséquent, les anneaux annulaires PCB doivent être fabriqués et conçus correctement afin de garantir des performances électriques fiables et stables sur l’ensemble du circuit.
Comment calculer la taille d'un anneau annulaire PCB
Dans l’idéal, le trou percé doit être centré dans chaque anneau annulaire PCB afin d’assurer une bonne connexion électrique entre le via et les couches du circuit imprimé. La largeur appropriée de ces anneaux peut être calculée à l’aide de la formule suivante :
Taille de l’anneau annulaire PCB = (diamètre du plot – diamètre du trou) / 2
Par exemple, lorsque le diamètre du plot de cuivre est de 30 mils et que le diamètre du trou est de 14 mils, la taille de l’anneau annulaire PCB est alors : (30 – 14)/ 2 = 8 mils.
Pourquoi la taille de l'anneau annulaire PCB est-elle importante ?
Lorsque l’anneau annulaire PCB est trop étroit, il est probable qu’il ne fournisse pas une surface conductrice suffisante pour assurer une bonne liaison mécanique et électrique. Cela peut entraîner des connexions médiocres ou instables, en particulier pendant le soudage ou les cycles thermiques. Si l’anneau est trop large, cela peut également poser des problèmes. Un anneau annulaire PCB surdimensionné occuperait plus d’espace sur la carte, ce qui signifie qu’il y aurait moins d’espace pour contenir d’autres composants.
Il est donc essentiel de concevoir des anneaux annulaires PCB de taille appropriée. En règle générale, la largeur minimale d’un anneau annulaire PCB doit être de 0,15 mm (6 mils), et les tailles percées varient généralement de 0,2 mm à 6,3 mm.
Que sont les gouttes ?
Le terme « goutte » tire son nom de sa forme en goutte, comme vous pouvez le voir sur la figure ci-dessous. Un pad en goutte consiste à ajouter du cuivre supplémentaire à l’endroit où un anneau annulaire PCB et une piste de PCB se croisent, afin de renforcer le point de connexion. Ce matériau ajouté contribue à améliorer la résistance structurelle, en particulier sous contrainte mécanique ou thermique.
Au cours du processus de perçage, un désalignement de la perceuse peut potentiellement retirer trop de cuivre du point de jonction entre le plot de via et la piste. Il peut en résulter des connexions électriques faibles ou rompues. Lors de la fabrication, l’ajout d’une forme en goutte d’eau augmente la tolérance au désalignement de la perceuse, améliorant ainsi le rendement de fabrication et minimisant les risques de défauts.
Les formes en goutte d’eau deviennent de plus en plus importantes à mesure que la largeur des pistes diminue. Elles ne sont généralement pas nécessaires pour les pistes de plus de 20 mils, mais sont fortement recommandées dans les circuits imprimés flexibles, où elles aident à résister aux fissures causées par les vibrations ou les forces de flexion.
Problèmes courants liés aux anneaux annulaires PCB et comment les éviter
Si les anneaux annulaires PCB ne sont pas bien conçus et fabriqués, plusieurs problèmes peuvent survenir et affecter les performances électriques de la carte. Les problèmes les plus courants et les moyens de les éviter sont énumérés ci-dessous :
Tangence
La tangence se produit lorsque le trou percé touche le bord du plot en raison d’un mauvais alignement ou parce que l’anneau annulaire PCB est trop étroit pour la taille du trou. Ce problème peut entraîner des perturbations électriques et des problèmes de fiabilité. La tangence peut être évitée en centrant les trous et en conservant une largeur suffisante pour l’anneau annulaire PCB.
Rupture
Une rupture se produit lorsque le trou percé dépasse les limites de l’anneau annulaire PCB et du plot de cuivre, sortant ainsi de la zone du plot. Ce problème est généralement causé par un mauvais alignement des couches dans le circuit imprimé, les trous se retrouvant alors à des positions incorrectes sur différentes couches. Afin de minimiser les risques de rupture, l’anneau annulaire PCB doit être conçu avec une largeur adéquate afin de pouvoir entourer correctement le trou.
Fissuration
Ces anneaux sont susceptibles de se fissurer ou de se fracturer au fil du temps, ce qui est appelé rupture. Diverses raisons peuvent être à l’origine de ce problème, telles qu’une utilisation prolongée, une force mécanique ou des conditions environnementales défavorables. Pour éviter la rupture, l’utilisation de matériaux durables et le remplacement des circuits imprimés vieillissants sont des méthodes efficaces.
Soulèvement du plot
Ce problème fait référence au détachement du plot en cuivre et de l’anneau annulaire PCB du substrat du circuit imprimé. Il peut être causé par des contraintes physiques, des cycles thermiques ou une mauvaise adhérence des matériaux. Les mesures préventives comprennent l’utilisation de matériaux à forte adhérence, la réduction de l’exposition à la chaleur pendant la production et la création d’une conception de pastille plus efficace pour mieux répartir les contraintes mécaniques.
Facteurs essentiels à prendre en compte lors de la conception d'anneaux annulaires PCB
Lors de la conception d’anneaux annulaires PCB, plusieurs facteurs critiques doivent être pris en compte. Il s’agit notamment des éléments suivants :
- Largeur
La largeur de l’anneau annulaire PCB est un facteur clé à prendre en compte lors de la conception. Elle doit être suffisamment large pour garantir une connexion électrique stable tout en respectant les contraintes de conception du circuit imprimé. Le respect des normes industrielles telles que la norme IPC-2221 permet de garantir le respect des exigences minimales en matière de largeur. De plus, les tolérances de fabrication doivent être prises en compte lors de la phase de conception.
- Tolérances
Lors de la fabrication des circuits imprimés, les tolérances en matière de précision de perçage et d’emplacement des trous sont inévitables. Ainsi, lors de la conception d’anneaux annulaires PCB, ces tolérances doivent être prises en compte afin de garantir que, même en cas de désalignement, il y ait toujours suffisamment de cuivre autour du trou pour maintenir la connectivité. La plupart des fabricants de circuits imprimés fournissent des informations sur les tolérances, qui peuvent être très utiles pour définir des marges de conception sûres.
- Alignement des pastilles et des trous
Il est essentiel que le plot de cuivre et le trou percé correspondent parfaitement. Même si la largeur de l’anneau est conçue avec précision, un mauvais alignement lors du perçage peut déplacer le trou hors du centre, ce qui réduit la largeur effective de l’anneau annulaire PCB ou même rompt la connexion. Pour minimiser ce risque, les conceptions doivent conserver une largeur d’anneau suffisante pour tolérer le désalignement, et les concepteurs doivent s’assurer que la précision d’enregistrement de leur fabricant respecte les exigences de fiabilité de leur conception.
Conclusion
Les anneaux annulaires PCB sont essentiels à la fiabilité des circuits imprimés, car ils constituent la connexion critique entre les vias et les couches de la carte. Le succès réside dans l’équilibre entre des exigences contradictoires : les anneaux doivent être suffisamment larges pour assurer des connexions fiables, mais suffisamment compacts pour optimiser l’espace sur la carte, avec des marges de tolérance suffisantes pour les variations de fabrication.
Il convient de respecter les normes industrielles telles que la norme IPC-2221, de comprendre les capacités de votre fabricant et d’intégrer des caractéristiques telles que des gouttes d’eau lorsque cela est nécessaire.
Si vous avez besoin de l’aide d’un expert pour la conception ou la fabrication de circuits imprimés, n’hésitez pas à nous contacter. Notre équipe est là pour vous aider à garantir la fiabilité et la production de vos conceptions.
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