Was ist ein Ringförmiger Ring in einer Leiterplatte?
Der Ring bezeichnet den Bereich zwischen dem in die Durchkontaktierung gebohrten Loch und dem Rand der leitfähigen Kupferfläche. Durchkontaktierungen dienen als Verbindungsknoten zwischen verschiedenen Schichten auf einer Leiterplatte. Die gebohrten Durchkontaktierungen erscheinen als Ringmuster (Ringe), wenn man die Leiterplatte von oben betrachtet.
Ringgröße
Die Größe des Ringraums wird in der Regel durch den Bohrungsdurchmesser und die erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Bohrung bestimmt. Der minimale Ringraum sollte mindestens doppelt so groß sein wie der Bohrungsdurchmesser, um eine ordnungsgemäße Beschichtung der Durchgangsbohrung zu gewährleisten. Die maximale Größe des Ringraums sollte begrenzt werden, um Kurzschlüsse zu vermeiden und das Risiko eines mechanischen Ausfalls zu verringern. In einer Studie der IPC (Association Connecting Electronics Industries) wurde beispielsweise festgestellt, dass eine maximale Größe des Ringraums von 0,25 mm empfohlen wird, um Kurzschlüsse zu vermeiden und eine ordnungsgemäße Lötstellenbildung zu gewährleisten.
Hier ist die Formel für die Größe des Ringraums:
- Mindestgröße des Ringraums = (2 x Bohrungsdurchmesser) + (2 x Ringraumdicke)
- Maximale Ringgröße = (Pad-Durchmesser – Bohrungsdurchmesser) / 2
wobei:
Bohrerdurchmesser: Der Durchmesser des Bohrers, der zum Erstellen des Durchgangslochs verwendet wird.
Ringdicke: Die Dicke des Kupferrings um das Loch herum.
Pad-Durchmesser: Der Durchmesser des mit dem Loch verbundenen Kupferpads.
Ringabstand
Der Abstand zwischen dem Ring und anderen Kupferelementen auf der Leiterplatte kann sich auf die Verdrahtung und das Layout der Leiterplatte sowie auf die elektrische Leistung der Schaltung auswirken. Die IPC hat in ihrer Norm IPC-2221A Anforderungen an den Abstand von Ringen festgelegt. Beispielsweise sollte der Mindestabstand zwischen einem Ring und einer Kupferbahn mindestens 0,15 mm betragen, und der Mindestabstand zwischen einem Ring und einem Kupferpad sollte mindestens 0,25 mm betragen.
Hier ist die Formel für den Abstand zum Ring:
- Mindestabstand zwischen Ringkontakt und Kupferleiterbahn = (Ringkontaktdicke / 2) + Leiterbahnbreite + Fertigungstoleranz
- Mindestabstand zwischen Ring und Kupferpad = (Ringdicke / 2) + Pad-Durchmesser + Fertigungstoleranz
Dabei gilt:
Dicke des Ringes: Die Dicke des Kupferringes um das Loch herum.
Leiterbahnbreite: Die Breite der Kupferleiterbahn auf der Platine.
Pad-Durchmesser: Der Durchmesser des mit dem Loch verbundenen Kupferpads.
Fertigungstoleranz: Die Toleranz, die durch den Fertigungsprozess zur Herstellung der Kupferelemente auf der Platine zulässig ist.
Restringe an Vias und metallisierten Bohrungen prüfen
Der Restring ist das Kupfer, das eine Bohrung umgibt. Bei zentrierter Bohrung beträgt seine radiale Nennbreite (Paddurchmesser − fertiger Lochdurchmesser) / 2. Für die Abnahme zählt jedoch der kleinste Ring nach Bohrversatz, Metallisierung und Bildtoleranzen. Vias und bedrahtete Anschlüsse benötigen genügend Kupfer für eine zuverlässige elektrische und mechanische Verbindung.
- Fertigmaß verwenden: metallisiertes Endloch und Werkzeugdurchmesser des Fertigers unterscheiden.
- Registrierung einplanen: Bohrpositions- und Lagenversatz vom Nennring abziehen.
- Jede Lage prüfen: Innenpads können trotz sauberer Außenpads ausbrechen.
- Prozess abstimmen: minimale Innen- und Außenringe beim Lieferanten bestätigen.
- Ausbrüche bewerten: passende IPC-Klasse und Mindestanschlussbreite anwenden.
Häufige Probleme mit Ringkontakten in Leiterplatten
Ringförmige Ringe sind ein wesentlicher Bestandteil der Leiterplattenherstellung, und ihre Qualität beeinflusst die Kontinuität der Leiterbahnen. Es gibt jedoch ein weit verbreitetes Missverständnis, dass ringförmige Ringe fehlerfrei sind.
Genauigkeit des Ringes:
Theoretisch entsteht ein perfekter Ring, indem man ein Loch in die Mitte des Via-Pads bohrt. Die Genauigkeit des Bohrvorgangs hängt jedoch von der vom Leiterplattenhersteller verwendeten Maschine ab. Der Hersteller hat bestimmte Toleranzen für Ringe, die in der Regel bei etwa 5 mil liegen. Mit anderen Worten: Das Bohrloch kann innerhalb eines bestimmten Bereichs von der Markierung abweichen.
Probleme mit abweichenden Bohrungen:
Wenn der Bohrer nicht mit der Markierung übereinstimmt, befindet sich das resultierende Loch an der Seite der Unterlage. Dadurch entsteht eine Tangente um das Loch herum, und wenn das Bohrloch weiter abweicht, kommt es zu einem Ausbruch. Ein Ausbruch tritt auf, wenn ein Teil des Lochs den Füllbereich überschreitet.
Ringbruch:
Ein Bruch des Ringraums beeinträchtigt die Kontinuität der Durchkontaktierung. Wenn die Kupferfläche zwischen dem Verbindungsloch und dem Pad klein ist, wird der Stromfluss beeinträchtigt. Dieses Problem tritt deutlicher zutage, wenn der betroffene Kanal für die Übertragung von mehr Strom genutzt wird. Wenn ein Bruch des Ringraums festgestellt wird, wird zur Behebung des Problems mehr Kupferfüllung um den freiliegenden Bereich herum hinzugefügt. In einigen Fällen kann dies jedoch zu irreparablen Problemen führen, wie z. B. zu unbeabsichtigten Kurzschlüssen zwischen benachbarten Leiterbahnen.
Anpassen der Größe des Ringdichtungsrings:
Obwohl die Leiterplattenhersteller für die Herstellung präziser Ringstreifen verantwortlich sind, können auch die Konstrukteure ihren Teil dazu beitragen, indem sie die richtige Größe im Entwurf festlegen. Wenn Sie mehr Platz außerhalb des vom Hersteller angegebenen Toleranzbereichs lassen und einen zusätzlichen Spielraum von 1 mil für die Größe des Ringstreifens einplanen, ersparen Sie sich später mühsame Fehlersuchen. Die Größe des Ringstreifens variiert. Einige Leiterplattenkonstrukteure wählen dickere Ringstreifen, während andere aufgrund von Platzbeschränkungen dünnere Ringstreifen verwenden.
