آنولار رینگ چیست؟
آنولار رینگ (Annular Ring) حلقهٔ مسیِ دور یک سوراخ است که بین لبهٔ سوراخ و لبهٔ بیرونی پد باقی میماند؛ عرض آن برابر است با نصفِ اختلاف قطر پد و قطر سوراخِ تمامشده. اگر پد را یک سکه و سوراخ را یک حفرهٔ مرکزی در نظر بگیرید، آنولار رینگ همان لبهٔ مسی باقیمانده حول حفره است. این حلقه تنها چیزی است که اتصال الکتریکی و مکانیکی بین سوراخِ آبکاریشده (PTH یا Via) و لایهٔ مس را نگه میدارد؛ اگر خیلی باریک باشد، دریل از پد بیرون میزند (Breakout) و اتصال قطع یا ناقص میشود.
پاسخ کوتاه به سؤال بیشتر طراحان: برای بردهای معمولی پروتوتایپ، پد Via را دستکم ۰٫۲۵ تا ۰٫۳ میلیمتر بزرگتر از قطر دریلِ تمامشده در نظر بگیرید تا در هر طرف حدود ۰٫۱۲۵ تا ۰٫۱۵ میلیمتر مس باقی بماند. برای بردهای با قابلیت اطمینان بالا این عدد باید بیشتر شود. در ادامه فرمول دقیق، رابطهٔ رینگ با دریل و تلورانسهای ساخت، تعریف پارگی رینگ و قواعد سازندهها را میبینید.
یک نکتهٔ تمایزی: مقالهٔ بررسی فایل دریل (Excellon) دربارهٔ خودِ فایل سوراخکاری و تلورانسهای آن است. این مقاله اما دربارهٔ هندسهٔ پد است؛ اینکه پد را چقدر بزرگ بکشید تا بعد از سوراخکاری، مسِ کافی دور سوراخ بماند. این دو موضوع مکمل هماند و هر دو پیش از سفارش باید کنترل شوند.
رابطهٔ آنولار رینگ با Drill: فرمول و اعداد
عرض آنولار رینگ با یک رابطهٔ ساده حساب میشود:
AR = (D − d) ÷ 2
AR: عرض رینگ، D: قطر پد، d: قطر سوراخِ تمامشده (Finished Hole Size)
مثال: پد ۰٫۶ میلیمتری با سوراخ تمامشدهٔ ۰٫۳ میلیمتری → رینگ ۰٫۱۵ میلیمتری. مثال دیگر به واحد میل (mil): پد ۲۴ میل با سوراخ ۱۰ میل → رینگ ۷ میل.
سه نکته در همین فرمول نهفته است که اکثر خطاهای طراحی از آنها میآید:
۱. قطر «سوراخ تمامشده» با قطر مته فرق دارد
در سوراخهای آبکاریشده (PTH و Via)، بعد از دریلکاری دیوارهٔ سوراخ با مس آبکاری میشود؛ معمولاً حدود ۲۵ میکرومتر (۱ میل) در هر طرف. یعنی سوراخِ تمامشده کوچکتر از سوراخِ دریلشده است:
- دریل ۰٫۳۵ میلیمتری + آبکاری حدود ۲×۰٫۰۲۵ → سوراخ تمامشده ≈ ۰٫۳ میلیمتر
- اگر در فایل دریل عدد ۰٫۳۵ را ببینید و رینگ را با ۰٫۳ حساب کنید، رینگِ واقعیِ بعد از ساخت بزرگتر از محاسبهٔ شماست — این سمتِ خطا امن است. برعکسش (محاسبه با عدد آبکارینشده وقتی سازنده دریل را بزرگتر انتخاب کرده) رینگ واقعی را کوچکتر میکند.
قاعدهٔ عملی: همیشه بپرسید عددی که در فایل دریل نوشتهاید، قطر مته است یا قطر تمامشده. سازندههای مختلف این را متفاوت تفسیر میکنند و بهترین کار، ثبت صریح آن در برگهٔ مشخصات (Fab Notes) است.
۲. دریل دقیقاً سر جای شما نمینشیند
مته با تلورانس موقعیت سوراخ میکند؛ برای دریل مکانیکی معمول این خطا حدود ۰٫۰۵ تا ۰٫۰۷۵ میلیمتر است (برآورد صنعتی، بسته به کارخانه و قطر مته متفاوت است). اگر رینگ را بدون در نظر گرفتن این خطا طراحی کنید، حتی وقتی همهچیز روی کاغذ درست است، یک سوراخِ کجرفته میتواند از پد بیرون بزند. به همین دلیل حداقل رینگِ طراحی همیشه باید بزرگتر از حداقل رینگِ پذیرش باشد:
حداقل پد ≥ قطر سوراخ تمامشده + ۲ × (تلورانس دریل + حداقل رینگ پذیرش)
۳. رینگِ لایهٔ داخلی با رینگِ بیرونی یکی نیست
در بردهای چندلایه، پدهای لایهٔ داخلی فقط در همان لایه وجود دارند و همترازی لایهها (Layer Registration) هم به تلورانس دریل اضافه میشود. پد Via در لایههای داخلی معمولاً باید بزرگتر از لایههای بیرونی باشد — گاهی ۰٫۰۵ تا ۰٫۱ میلیمتر بیشتر، بسته به تعداد لایه و دقت سازنده.
حداقل آنولار رینگ چقدر باید باشد؟
سه سطح پاسخ وجود دارد: استاندارد طراحی، استاندارد پذیرش و توان کارخانه. هر سه را جدا ببینید:
| مرجع | مقدار | توضیح |
|---|---|---|
| IPC-2221 (استاندارد طراحی) | Breakout مجاز نیست | استاندارد طراحی عمومی، بیرونزدگی سوراخ از پد را قبول ندارد |
| IPC-6012 (استاندارد پذیرش) | Breakout با محدودیت مجاز است | در لایههای بیرونی، به شرط باقیماندن رینگ حداقل و محدودیت زاویهٔ بیرونزدگی |
| IPC-2221C (تفسیر رایج) | ≥ ۰٫۰۵ میلیمتر برای Class 2، ≥ ۰٫۰۷۵ میلیمتر برای Class 3 | حداقل رینگ بیرونی باقیمانده پس از Breakout |
| توان کارخانه (نمونه) | معمولاً رینگ ۰٫۱ تا ۰٫۱۵ میلیمتر توصیه میشود | هر سازنده در صفحهٔ Capabilities خود عدد دقیق میدهد |
اعداد استاندارد را از متن خود IPC تأیید کنید؛ جدول بالا تفسیر رایج منابع صنعتی است، نه متن حقوقی استاندارد.
قاعدهٔ سرانگشتی من برای طراحی: برای بردهای معمولی دو تا چهارلایه، پد Via را ۰٫۵ تا ۰٫۶ میلیمتر برای دریل ۰٫۳ میلیمتری در نظر بگیرید (رینگ ۰٫۱ تا ۰٫۱۵ میلیمتر). برای بردهای ششلایه به بالا یا بردهایی که قرار است سالها کار کنند، رینگ را به ۰٫۱۵ تا ۰٫۲ میلیمتر برسانید. اگر فضا تنگ است و نمیتوانید پد را بزرگ کنید، یا قطر دریل را کوچک کنید یا از Viaهای لیزری/Microvia استفاده کنید.
پارگی رینگ یا Breakout چیست و کی رد میشود؟
پارگی رینگ (Breakout) وقتی رخ میدهد که سوراخِ دریلشده از لبهٔ پد بیرون بزند و بخشی از حلقهٔ مسی از بین برود. علتش تقریباً همیشه ترکیب دو چیز است: پد کوچک نسبت به سوراخ، و خطای موقعیت دریل. نتیجه در بدترین حالت این است که سوراخ روی عایق سبزِ اطراف پد باز میشود؛ در این حالت آبکاری داخل سوراخ به مس هیچ لایهای متصل نیست و Via عملاً قطع است — یا بدتر، به مسِ لایهٔ مجاور که نباید وصل میشده اتصال کوتاه میکند.
پذیرش Breakout در صنعت قاعدهٔ مشخصی دارد:
- IPC-2221 (طراحی): Breakout اصلاً مجاز نیست. اگر با این کلاس طراحی میکنید، پد باید آنقدر بزرگ باشد که حتی با بدترین تلورانس دریل، سوراخ کاملاً داخل پد بماند.
- IPC-6012 (پذیرش ساخت): در لایههای بیرونی، Breakout محدود مجاز است. دو شرط اصلی: زاویهٔ بیرونزدگی از حد مشخص بیشتر نشود (در تفسیر رایج، برای Via تا ۹۰ درجه در Class 2 و تا ۲۷۰ درجه در Class 3) و رینگ باقیمانده در سمت مقابل از حداقل کمتر نشود. در لایههای داخلی سختگیری بیشتر است، چون بازرسی چشمی ممکن نیست و ریسک اتصال کوتاه به لایهٔ مجاور بالاست.
- سفارشهای تجاری معمول: بسیاری از کارخانههای پروتوتایپ، Breakout بیرونی محدود را بدون هزینهٔ اضافه میپذیرند، اما Breakout داخلی را در بردهای Class 3 رد میکنند.
یک قاعدهٔ ساده برای تشخیص سریع: اگر عرض رینگ طراحیشدهٔ شما از تلورانس موقعیت دریلِ سازنده کوچکتر است، Breakout «اگر» نیست، «کی» است.
چرا رینگِ کم مشکلساز میشود؟
گذشته از رد شدن در QC، رینگ باریک در طول عمر برد هم آسیب میزند:
- اتصال ضعیف دیوارهٔ سوراخ: آبکاری داخل سوراخ باید روی لبهٔ مسی پد بنشیند. وقتی رینگ کامل نیست، اتصال آبکاری به فویل مسی فقط از چند نقطه برقرار میشود و در شوک حرارتی (مثل چند چرخهٔ Reflow یا لحیمکاری دستی سنگین) ترک میخورد.
- مقاومت مکانیکی پایین لحیم: پایهٔ قطعات Through-Hole با لحیم به پد متصل میشوند؛ رینگ باریک یعنی سطح کم برای خیسشدگی (Wetting) و احتمال کندهشدن پد (Pad Lifting) هنگام لحیمکاری یا تعمیر.
- فرسایش دریل (Drill Wander) در بردهای ضخیم: نسبت ضخامت برد به قطر مته (Aspect Ratio) هرچه بالاتر باشد، مته بیشتر در عمق سوراخ کج میرود و در لایههای داخلی از مرکز پد دورتر میشود. رینگ لایهٔ داخلی باید این کجی را هم پوشش دهد.
- رد شدن در تست الکتریکی: تست پیوستگی (Continuity) یا فلاینگ پروب، Viaهای شکسته را بعد از ساخت پیدا میکند؛ یعنی هزینهٔ ساخت پرداخت شده ولی برد قابل استفاده نیست. دربارهٔ روشهای تست، در راهنمای کنترل کیفیت و تست PCB توضیح دادهایم.
قواعد سازندهها را چگونه بخوانیم؟
هر کارخانهٔ PCB در صفحهٔ Capabilities خود حداقلهای مربوط به Via را منتشر میکند؛ اما این اعداد را نباید مستقیم بهعنوان هدف طراحی استفاده کنید. بهعنوان نمونه (برآورد بر اساس منابع عمومی، دسامبر ۲۰۲۵؛ پیش از سفارش با صفحهٔ بهروز سازنده چک شود):
| پارامتر | نمونهٔ رایج کارخانههای پروتوتایپ |
|---|---|
| حداقل قطر دریل مکانیکی | ۰٫۱۵ تا ۰٫۲ میلیمتر |
| حداقل قطر پد Via | دریل + ۰٫۱۵ تا ۰٫۳ میلیمتر |
| رینگ ضمنی حاصل | حدود ۰٫۰۷۵ تا ۰٫۱۵ میلیمتر |
مثال واقعی از راهنمای یکی از سازندهها: برای دریل ۰٫۳ میلیمتری با هدف رینگ ۰٫۱۲۵ میلیمتری، پد باید ۰٫۵۵ میلیمتر باشد — و آنوقت فاصلهٔ لبهبهلبهٔ دو Via کنار هم فقط ۰٫۲۵ میلیمتر میماند. این یعنی تصمیم رینگ، مستقیماً روی قابلیت عبور ترک بین Viaها اثر میگذارد: پد بزرگتر = رینگ امنتر ولی فضای Clearance کمتر. این معامله در تراکمهای بالا اجتنابناپذیر است.
نکات عملی برای خواندن قواعد سازنده:
- عدد «حداقل» کفِ توان کارخانه است، نه نقطهٔ طراحی. با حداقل طراحی کنید و اولین خطای تولید، برد شما را رد میکند. همیشه مقداری حاشیه (حدود ۰٫۰۵ میلیمتر) روی حداقلها بگذارید.
- بپرسید حداقلها با چه تلورانس دریلی اعلام شدهاند. بعضی کارخانهها حداقل رینگ را «بعد از Breakout» اعلام میکنند، بعضی «در طراحی». این دو عدد کاملاً متفاوتاند.
- برای بردهای چندلایهٔ متراکم، قاعدهٔ Via-in-Pad یا Via با رینگ بزرگتر را از ابتدا با سازنده هماهنگ کنید؛ تغییر این قواعد بعد از اتمام Routing عملاً یعنی طراحی مجدد.
- در برگهٔ ساخت (Fab Notes) بنویسید که Breakout مجاز است یا نه و در کدام لایهها. اگر ننویسید، سازنده قاعدهٔ پیشفرض خود را اعمال میکند.
چکلیست آنولار رینگ پیش از ارسال Gerber
قبل از زیپکردن فایلها، این پنج مورد را کنترل کنید:
- برای هر کلاس Via در برد (Via سیگنال، Via تغذیه، پد Through-Hole قطعات) رینگ را با فرمول (پد − سوراخ تمامشده) ÷ ۲ حساب کنید و با حداقل سازنده مقایسه کنید. اکثر نرمافزارهای EDA این را در Design Rule Check با قاعدهٔ Minimum Annular Ring بررسی میکنند؛ فقط مطمئن شوید مقدار قاعده را با عدد سازنده تنظیم کردهاید، نه پیشفرض نرمافزار.
- قطر دریل را در فایل Excellon و در Gerber چک کنید که با هم بخوانند؛ دربارهٔ خود فایل دریل در راهنمای بررسی فایل دریل Excellon نوشتهایم.
- در تراکمهای بالا از Teardrop استفاده کنید: زائدهٔ اشکی که پد را به ترک وصل میکند، هم رینگ مؤثر را در جهت ترک حفظ میکند و هم از کندهشدن پد هنگام دریل جلوگیری میکند.
- در بردهای چهارلایه به بالا، پد Via در لایههای داخلی را بزرگتر از بیرونی تعریف کنید (معمولاً ۰٫۰۵ تا ۰٫۱ میلیمتر) تا خطای همترازی لایهها پوشش داده شود. دربارهٔ طراحی لایههای داخلی در راهنمای برد چهارلایه توضیح دادهایم.
- Clearance رینگ با ترکهای مجاور را هم کنترل کنید؛ بزرگکردن پد برای نجات رینگ ممکن است فاصلهٔ عایقی را زیر حداقل ببرد. قواعد کلی فاصلهها را در راهنمای قواعد DFM پیش از Routing ببینید.
اگر مطمئن نیستید پدهای فایل شما رینگ کافی دارند، میتوانید پیش از ثبت سفارش، فایل را برای بررسی فایل Gerber بفرستید تا هندسهٔ پد و سوراخ کنترل شود.
جمعبندی اعداد
آنولار رینگ نصفِ اختلاف قطر پد و سوراخ تمامشده است. حداقل پذیرش رایج صنعت حدود ۰٫۰۵ میلیمتر (Class 2) و ۰٫۰۷۵ میلیمتر (Class 3) است، اما طراحی سالم یعنی پوششِ تلورانس دریل هم: پد Via را دستکم ۰٫۲۵ تا ۰٫۳ میلیمتر بزرگتر از سوراخ تمامشده بکشید. Breakout بیرونی با محدودیت زاویه و رینگ باقیمانده پذیرفته میشود، Breakout داخلی در بردهای با قابلیت اطمینان بالا نه. و در نهایت، عدد درست را نه از پیشفرض نرمافزار، بلکه از صفحهٔ توانمندیِ همان کارخانهای بگیرید که بردتان را میسازد.