PCB 설계에서 환형 링의 중요성 이해

환형 링은 인쇄 회로 기판(PCB) 설계 에서 중요한 역할을 하며 두 패드의 적절한 전기 연결을 보장합니다. 신호와 전류 흐름은 두 레이어 사이의 환형링 배치를 기반으로 특성화됩니다. 크기를 잘못 계산하고 배치를 잘못하면 전자 부품의 일시적인 동작과 깜박임 소음이 발생할 수 있습니다. 이 기사에서는 환형 링 문제, 접선 및 브레이크아웃으로부터 설계를 개선하기 위한 모든 중요한 단계를 고려할 것입니다.

인쇄 회로 기판(PCB)의 환형링은 PCB에 뚫린 구멍을 둘러싸는 구리 링을 의미합니다. 설계의 복잡성으로 인해 PCB 설계자는 다층 스택 PCB 를 사용해야 하는 경우가 많습니다. 이 두 레이어의 트랙 패드를 연결하기 위해 " 비아 " 라고 알려진 패드를 통해 작은 구멍을 뚫습니다. 이 링은 비아의 일부이며 서로 다른 두 레이어의 구리 패드 사이의 양호한 전기 연결을 보장하는 데 필수적입니다. 보다 명확하게 설명하기 위해 이를 두 레이어의 연결을 위해 비아를 통해 삽입된 원통형 구리 부착으로 정의할 수 있습니다. 크기와 전기적 특성은 PCB 제조업체의 역량에 따라 결정됩니다.

환형 링의 구조

PCB의 환형 링 구조는 이를 주요 구성 요소로 분류하고 이것이 PCB의 나머지 부분과 상호 작용하는 방식을 통해 이해할 수 있습니다. 3D로 자세히 보면 다음과 같습니다.

• 패드(Pad): 패드는 환형 링이 형성되는 PCB의 구리 영역입니다. 이는 구성 요소 리드 또는 경유의 랜딩 영역 역할을 합니다.

• 구멍(통로 또는 관통 구멍) : 구멍은 패드와 PCB를 관통하여 뚫습니다. 이는 비아(층 간 연결용) 또는 스루홀(스루홀 구성요소용)일 수 있습니다. 구멍은 일반적으로 구리로 도금되어 전도성 경로를 생성합니다.

• 환형 링 : 환형 링은 천공된 구멍을 둘러싸는 링 모양의 구리 영역입니다. 이는 패드의 일부이며 양호한 전기 연결을 보장합니다.

환형링의 크기가 중요한 매개변수인 이유

PCB의 환형 링 크기는 안정적인 전기 연결과 기계적 안정성을 보장하는 데 매우 중요합니다. 견고한 솔더 조인트를 생성하고, 드릴링 중 파손을 방지하고, 패드 들림 위험을 줄이려면 적절한 환형 링 너비가 필수적입니다. 이는 특히 스루홀 비아에서 솔더 접합 신뢰성, 전도성 및 기계적 강도에 직접적인 영향을 미칩니다.

적절한 크기의 환형 링은 제조 공차를 수용하여 균일한 도금 범위를 보장하고 보이드 또는 얇은 구리 층과 같은 문제를 방지합니다. IPC 지침과 같은 산업 표준을 준수하면 고품질 PCB 제조를 유지하고 전반적인 신뢰성을 향상시키는 데 도움이 됩니다. 요약하면, 환형 링의 크기는 인쇄 회로 기판의 성능, 제조 가능성 및 장기 신뢰성에 중요한 역할을 합니다. 적절한 계산 없이 링을 배치하면 바람직하지 않은 회로 작동이 발생할 수 있습니다.

환형 링의 크기 조정 매개변수

환형 링의 크기 조정 매개변수에는 외부 직경(OD), 드릴 구멍 직경(D) 및 환형 링 폭(W)이 포함됩니다. 외경은 환형 링과 구멍을 포함한 패드의 전체 직경입니다. 드릴 구멍 직경은 PCB를 통해 드릴로 뚫은 구멍의 직경입니다. 이 구멍은 나중에 구리로 도금되어 전도성 경로를 형성합니다. 환형 링 폭은 드릴 구멍 가장자리와 패드 외부 가장자리 사이의 반경 방향 거리입니다. 이 세 가지 매개변수는 환형 링의 크기를 계산하는 방정식을 구성합니다.

환형 링의 크기 계산

외경(OD), 드릴 구멍 직경(D) 및 환형 링 폭(W)을 포함하는 환형 링을 계산하는 데 일반 공식이 사용되며 다음과 같이 제공됩니다.

환형 링 폭(W)=(외경(OD) - 드릴 구멍 직경(D)) / 2    

패드와 드릴 구멍의 크기는 PCB 회로의 최대 전류 소비에 따라 이미 최적화되어 있으므로 이 공식을 사용하는 것이 좋습니다. 여기에 제공된 디자인 예를 참조하십시오.

디자인 고려 사항

• 너비 : 환형 링의 너비는 드릴 구멍 가장자리와 구리 패드 가장자리 사이의 거리입니다. 좋은 연결을 보장하려면 충분히 넓어야 하지만 PCB 설계 제약 조건에 맞을 만큼 작아야 합니다. 가능한 최선의 해결책은 최소 환형 링 폭을 지정하는 IPC-2221과 같은 산업 표준을 따르는 것입니다. 설계 및 제조 프로세스가 필요한 공차를 수용하는지 확인하십시오.

• 공차 : PCB 제조 과정에서 구멍 위치 지정 및 드릴링에 대한 공차가 있습니다. 따라서 작은 위치 오류가 있어도 연결을 유지하기에 충분한 구리가 구멍 주변에 있도록 이러한 공차를 염두에 두고 환형 링을 설계해야 합니다. 설계 고려 사항은 제조업체의 기능 섹션에 나열되어 있으며 이를 통해 공차의 최대 및 최소 비율에 대한 직관을 얻을 수 있습니다.

눈물방울 환형 링이란 무엇입니까?

눈물방울 환형 링은 드릴링된 구멍이나 비아에 접근할 때 트레이스가 넓어져 눈물방울 모양과 유사한 PCB의 매우 인기 있고 전문화된 설계 기능입니다. 완벽한 원을 디자인하는 대신 추가 구리 다각형 평면을 추가하여 링의 외부 가장자리를 연결합니다. 추가 구리는 링에 강도와 견고성을 더해 주고, 얇은 구리에 균열이 생길 위험을 줄이며, 열 응력으로부터 보호해 줍니다.

눈물방울 환형 링을 사용하는 주된 이유는 드릴링 중에 드릴 비트가 경로에서 약간 벗어나는 경우입니다. 이 문제는 구리를 너무 많이 제거하여 연결을 위험하게 만들 수 있습니다. 이러한 유형의 모양은 얇은 구리 레이어 트레이스와 플렉스 PCB 에 사용됩니다 . 이 제품은 항공우주, 자동차, 의료 전자 장치 등 신호 무결성과 기계적 안정성을 유지하는 것이 중요한 고신뢰성 애플리케이션에 일반적으로 사용됩니다. 그러나 이 접근 방식은 전력 플레인 작업 시 그다지 효과적이지 않습니다.

PCB 설계에 사용되는 환형 링 유형

다양한 제조 공정, 설계 요구 사항 및 기능적 요구 사항을 수용하기 위해 다양한 유형의 환형 링이 PCB 설계에 사용됩니다. 주요 유형에 대한 개요는 다음과 같습니다.

내부 환형 링

이는 다층 PCB의 내부 레이어에서 발견됩니다. 이는 비아를 통해 다양한 레이어를 연결하는 데 중요합니다. 내부 환형 링은 안정적인 층간 연결을 보장하기 위해 정밀하게 정렬되고 제조되어야 합니다.

외부 환형 링

이는 PCB의 외부 레이어에 있으며 일반적으로 눈에 보입니다. 이는 구성 요소를 장착하고 구성 요소의 리드를 PCB 트레이스에 연결하는 데 사용됩니다. 이러한 링은 납땜 공정을 견뎌야 하며 견고한 기계적 및 전기적 연결을 제공해야 합니다.

마이크로비아 환형 링

마이크로비아는 HDI(고밀도 상호 연결) ​​PCB 에 사용됩니다 . 이는 기존 비아보다 작으며 일반적으로 레이저로 드릴링됩니다. 조밀하게 포장된 PCB 레이아웃에서 연결성을 유지하려면 마이크로비아 주변의 환형 링이 매우 정확해야 합니다.

텐트 환형 링

텐팅에서는 비아 홀이 솔더 마스크로 덮여 있어 환형 링이 노출됩니다. 이 방법은 환경 요인으로부터 비아를 보호하고 우발적인 단락을 방지합니다. 텐트는 납땜할 필요는 없지만 전기 연결이 필요한 비아에 자주 사용됩니다.

PCB 환형 링의 일반적인 문제

처음에 언급했듯이 환형 링은 올바르게 만드는 것이 까다로울 수 있습니다. PCB 설계자는 환형 링과 관련하여 다음과 같은 문제에 직면할 수 있습니다. PCB 환형 링은 인쇄 회로 기판의 전반적인 신뢰성과 기능에 영향을 미치는 몇 가지 일반적인 문제에 직면할 수 있습니다. 견고한 PCB를 설계하고 제조하려면 이러한 문제를 이해하는 것이 중요합니다. 환형 링과 관련된 몇 가지 일반적인 문제는 다음과 같습니다.

접선

실수로 구멍을 중심에서 벗어나게 드릴하면 접선이 발생합니다. 구멍이 패드 가장자리에 닿을 정도로 중심에서 벗어나면 접선이 있는 것입니다. 접선의 또 다른 원인은 구멍에 비해 너비가 충분하지 않은 환형 링입니다. 접선은 연결을 방해하고 심지어 위험해질 수도 있습니다.

브레이크아웃

브레이크아웃은 접선의 다음 단계와 같으며 구멍이 환형 링과 구리 패드의 가장자리 밖으로 밀려날 때 발생합니다. 말 그대로 패드에서 튀어나옵니다. 브레이크아웃은 보드의 레이어가 잘 일치하지 않아 구멍이 모든 레이어에 정렬되지 않을 때 가장 자주 발생합니다. 이로 인해 연결이 불안정해지거나 전기 연결이 완전히 끊어질 수 있습니다. 파손을 방지하는 가장 좋은 방법은 환형 링이 구멍을 수용할 수 있을 만큼 충분히 넓은지 확인하는 것입니다.

파열

환형 링은 다른 것과는 달리 시간이 지남에 따라 스트레스를 받고 성능이 저하될 수 있습니다. 환형 링이 부러지거나 갈라지면 이를 파열이라고 부릅니다. 파열은 시간 경과에 따른 약화, 기계적 스트레스, 환경적 스트레스로 인해 발생할 수 있습니다. 파열을 처리하는 가장 좋은 방법은 고품질 재료를 사용하고 시간이 지남에 따라 PCB가 노후화됨에 따라 교체하는 것입니다. 이 문제는 전적으로 PCB 제조업체에 따라 다릅니다.

패드 리프팅

패드 리프팅은 패드가 환형 링과 함께 PCB 기판에서 분리될 때 발생합니다. 이는 기계적 응력, 열 순환 또는 불량한 접착 특성으로 인해 발생할 수 있습니다. 솔루션에는 접착력을 향상시키는 재료 및 공정 사용, 제조 및 재작업 공정 중 과도한 열 방지, 응력을 보다 균등하게 분산시키기 위한 패드 및 환형 링 설계 등이 포함됩니다.

이러한 일반적인 문제를 해결함으로써 PCB 설계자와 제조업체는 PCB의 환형 링의 신뢰성과 성능을 향상시켜 전반적인 제품 품질을 향상시킬 수 있습니다.

마지막 생각들

요약하면, 환형 링은 부품과 PCB 자체 사이의 안정적인 전기적, 기계적 연결을 보장하는 PCB 설계의 핵심 기능입니다. 적절한 디자인은 기능성에 매우 중요하며, 디자인은 PCB 무결성을 유지하기 위해 제조 공차를 수용하고 산업 표준을 준수해야 합니다. PCB 설계의 특정 요구 사항을 이해하면 최적의 성능과 신뢰성을 위해 적절한 유형의 환형 링을 선택하는 데 도움이 됩니다.