PCB設計における環状リングの重要性を理解する　　

　環状リングは、プリント回路基板（PCB）設計において重要な役割を果たし、2つのパッドの適切な電気的接続を保証します。信号と電流の流れは、2つの層間の環状リングの配置によって特徴づけられます。サイズの計算や配置が間違っていると、電子部品に過渡動作やフリッカーノイズが発生する可能性があります。この記事では、環状リングの問題、タンジェンシー、ブレイクアウトから設計を改善するためのすべての重要なステップを検討します。

　プリント回路基板（PCB）の環状リングとは、PCBに開けられた穴を囲む銅のリングを指します。設計の複雑さのために、PCB設計者はしばしば多層スタックPCBを使用する必要があります。 これらの2層のトラックパッドを接続するために、パッドに「ビア」と呼ばれる小さな穴が開けられます。このリングはビアの一部であり、2つの異なる層の銅パッド間の良好な電気的接続を確保するために不可欠です。より明確に説明すると、2つの層を接続するためにビアを通して挿入された円筒形の銅アタッチメントとして定義できます。サイズと電気的特性は、PCBメーカーの能力によって決まります。

環状リングの構造

　PCBの環状リングの構造は、それを主要なコンポーネントに分解し、それらが他のPCBとどのように相互作用するかを理解することで理解できます。3Dで詳しく見てみましょう。

•パッド：パッドは、PCBの銅領域で、環状リングが形成される場所です。コンポーネントのリードまたはビアのランディングエリアとして機能します。

• 穴（ビアまたはスルーホール）：パッドとPCBに穴を開けます。 これは、ビア（中間層接続用）またはスルーホール（スルーホールコンポーネント用）のいずれかです。穴は通常、導通経路を作るために銅でメッキされます。

• 環状リング：環状リングは、穴を囲む銅のリング状の領域です。パッドの一部であり、良好な電気的接続を保証します。

　リングサイズが重要なパラメータである理由PCBの環状リングのサイズは、安定した電気的接続と機械的安定性を確保するために重要です。適切な環状リング幅は、強固なはんだ接合を作成し、穴あけ中の破損を防ぎ、パッドの持ち上げのリスクを減らすために不可欠です。 特にスルーホールビアでは、はんだ接合の信頼性、導電率、機械的強度に直接影響します。

　適切なサイズの環状リングは、製造公差に対応し、均一なめっき範囲を確保し、ボイドや薄い銅層などの問題を回避します。IPCガイドラインなどの業界標準への準拠は、高品質のPCB製造を維持し、全体的な信頼性を向上させるのに役立ちます。要約すると、環状リングのサイズは、プリント回路基板の性能、製造可能性、および長期的な信頼性に重要な役割を果たします。 適切な計算なしでリングを配置すると、望ましくない回路動作につながる可能性があります。

環状リングのサイズパラメータ

　環状リングのサイズパラメータには、外径（OD）、ドリル穴径（D）、環状リング幅（W）が含まれます。外径は、環状リングと穴を含むパッド全体の直径です。ドリル穴径は、PCBにドリルで開けた穴の直径です。 この穴は、後に銅でメッキされて導通経路を形成します。環状リングの幅は、ドリル穴の端とパッドの外側の端との間の半径方向の距離です。 これらの3つのパラメータは、環状リングのサイズを計算するための方程式を形成します。

環状リングのサイズ計算

　環状リングを計算するために使用される一般的な式には、外径（OD）、ドリル穴の直径（D）、および環状リングの幅（W）が含まれ、次のようになります。

Annular Ring Width (W)=(Outer Diameter (OD) - Drilled Hole Diameter (D)) / 2    

　この式は、パッドとドリル穴のサイズがすでにPCB回路の最大電流消費量に応じて最適化されているため、この式を使用するのに適しています。 ここで提供されている設計例をご参照ください。

設計上の考慮事項

- 幅：環状リングの幅は、ドリル穴の端と銅パッドの端の間の距離です。良好な接続を確保するのに十分な幅である必要がありますが、PCBの設計上の制約を満たすのに十分小さい必要があります。最善の解決策は、IPC-2221のような業界標準に従って、環状リングの最小幅を指定することです。 設計および製造プロセスが必要な公差に対応できるようにします。

- 公差：PCB製造プロセス中に、穴の位置決めと穴あけには公差があります。 したがって、環状リングはこれらの公差を念頭に置いて設計し、わずかな位置誤差があっても穴の周囲に接続を維持するのに十分な銅があることを確認する必要があります。 設計上の考慮事項は、メーカーの能力セクションに記載されており、公差の最大値と最小値の比率に関する直感を得ることができます。

ティアドロップ型リングとは何ですか？

　ティアドロップ形状の環状リングは、PCBで非常に人気のある特殊な設計機能であり、トレースがドリル穴またはビアに近づくにつれて幅が広がり、ティアドロップ形状に似ています。完全な円を設計する代わりに、リングの外縁を接続するために余分な銅の多角形の平面を追加します。追加の銅は、リングに強度と剛性を追加し、薄い銅に亀裂が発生するリスクを低減し、熱応力から保護します。

　ティアドロップ形状の環状リングを使用する主な理由は、掘削中にドリルビットがわずかに軌道から外れる場合です。 この問題は、銅を除去しすぎて接続を危険にさらす可能性があります。このタイプの形状は、薄い銅層トレースとフレキシブル基板で使用されます。これらは通常、航空宇宙、自動車、医療用電子機器など、信号の整合性と機械的安定性を維持することが重要な高信頼性アプリケーションで使用されます。 ただし、この方法は、電源プレーンを使用する場合はあまり効果的ではありません。

　PCB設計に使用される環状リングの種類さまざまなタイプの環状リングは、さまざまな製造プロセス、設計要件、および機能的ニーズに対応するために、PCB設計に使用されます。主なタイプの概要は次のとおりです。

内側の環状リング

　これらは多層PCBの内層にあります。これらは、ビアを介して異なる層を接続するために重要です。内側の環状リングは、信頼性の高い層間接続を確保するために、正確に位置合わせして製造する必要があります。

外の環状リング

　これらはPCBの外側の層にあり、通常は目に見えます。 これらはコンポーネントを取り付け、コンポーネントのリードをPCBトレースに接続するために使用されます。これらのリングは、はんだ付けプロセスに耐え、強固な機械的および電気的接続を提供する必要があります。

マイクロビアリング

　マイクロビアは、高密度相互接続（HDI）PCBに使用されます。従来のビアよりも小さく、通常はレーザーで穴あけされます。マイクロビアの周りの環状リングは、密集したPCBレイアウトで接続を維持するために非常に正確である必要があります。

テンティング環状リング

　テント加工では、ビア穴をソルダーマスクで覆い、環状リングを露出させます。この方法は、ビアを環境要因から保護し、偶発的な短絡を防ぎます。テントリングは、はんだ付けする必要はないが、電気的接続が必要なビアによく使用されます。

PCBリングの一般的な問題最初に述べたように、環状リングは適切に作成するのが難しい場合があります。PCB設計者は、環状リングに関して次のような問題に直面する可能性があります。PCB環状リングは、プリント回路基板の全体的な信頼性と機能に影響を与えるいくつかの一般的な問題に直面する可能性があります。これらの問題を理解することは、堅牢なPCBを設計および製造するために重要です。環状リングに関連するいくつかの一般的な問題は次のとおりです。

接線

　接線は、誤って穴を中心から外れて開けてしまった場合に発生します。中心から外れすぎて穴がパッドの端に当たると、接線が発生します。接線のもう一つの原因は、穴に十分な幅がない環状リングです。接線は接続を妨げ、危険な場合もあります。

ブレイクアウト

　ブレイクアウトはタンジェンシーの次の段階に相当し、穴が環状リングと銅パッドの端から押し出されると発生します。文字通りパッドから分離します。ブレイクアウトは、ボードの層がうまく合わず、穴がすべての層に整列していない場合に最も頻繁に発生します。これは、信頼性の低い接続または電気的接続の完全な損失につながる可能性があります。ブレイクアウトを防ぐ最善の方法は、環状リングが穴を収容するのに十分な幅であることを確認することです。

破裂

　他のものとは異なり、環状リングは時間の経過とともにストレスを受け、劣化する可能性があります。環状リングが割れたり、ひび割れたりした場合、私たちはそれを破裂と呼びます。破裂は、時間の経過に伴う弱体化、機械的ストレス、または環境的ストレスが原因で発生する可能性があります。破裂に対処する最善の方法は、高品質の材料を使用し、PCBが古くなるにつれて時間の経過とともに交換することです。 この問題は、PCBメーカーに完全に依存しています。

パッドリフティング

　パッドリフティングは、パッドと環状リングがPCB基板から分離すると発生します。これは、機械的ストレス、熱サイクル、または接着特性が悪いために発生する可能性があります。解決策としては、接着性を向上させる材料とプロセスを使用し、製造およびリワークプロセス中の過度の熱を避け、応力をより均等に分散させるようにパッドと環状リングを設計することが挙げられます。

　これらの一般的な問題を解決することにより、PCB設計者と製造業者は、PCBの環状リングの安定性と性能を向上させ、全体的な製品品質を向上させることができます。

最終的な考え

　要約すると、環状リングは、PCB設計において、コンポーネントとPCB自体との間の信頼性の高い電気的および機械的接続を確保するための重要な機能です。適切な設計は機能性に不可欠であり、設計は製造公差に対応し、PCBの完全性を維持するために業界標準に準拠する必要があります。PCB設計の特定の要件を理解することで、最適なパフォーマンスと安定性のために適切なタイプの環状リングを選択するのに役立ちます。