為什么那么多PCB設(shè)計(jì)師,選擇鋪銅?非鋪不可?

2024/6/5 10:12:12??????點(diǎn)擊:
      PCB在所有設(shè)計(jì)內(nèi)容都設(shè)計(jì)完成之后,通常還會(huì)進(jìn)行最后一步的關(guān)鍵步驟——鋪銅。
      鋪銅就是將PCB上閑置的空間用銅面覆蓋,各類(lèi)PCB設(shè)計(jì)軟件均提供了智能鋪銅功能,通常鋪銅完的區(qū)域會(huì)變成紅色,代表這部分區(qū)域有覆蓋銅。
      
      那么,為什么最后要鋪銅呢?不鋪不行嗎?

      對(duì)于PCB來(lái)說(shuō),鋪銅的作用蠻多的,比如減小地線阻抗,提高抗干擾能力;與地線相連,減小環(huán)路面積;還有幫助散熱,等等。


      1、鋪銅能降低地線阻抗,以及提供屏蔽防護(hù)和噪聲抑制。


      數(shù)字電路中存在大量尖峰脈沖電流,因此降低地線阻抗顯得更有必要,鋪銅是一種常見(jiàn)的降低地線阻抗的方法。
      鋪銅可以通過(guò)增加地線的導(dǎo)電截面積,從而降低地線的電阻;或者縮短地線的長(zhǎng)度,減小地線的電感,從而降低地線的阻抗;還可以控制地線的電容,使地線的電容值適當(dāng)增加,從而提高地線的導(dǎo)電性能,降低地線的阻抗。
      大面積的地或電源鋪銅還可以起到屏蔽作用,有助于減少電磁干擾,提高電路的抗干擾能力,滿(mǎn)足EMC的要求。

另外,對(duì)于高頻電路來(lái)說(shuō),鋪銅給高頻數(shù)字信號(hào)提供完整的回流路徑,減少直流網(wǎng)絡(luò)的布線,從而提高信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。


      2、鋪銅能提高PCB的散熱能力


      鋪銅在PCB設(shè)計(jì)中除了用于降低地線阻抗外,還可以用于散熱。
      眾所周知,金屬是易導(dǎo)電導(dǎo)熱材質(zhì),所以PCB如果進(jìn)行了鋪銅,板子內(nèi)的間隙等其他空白區(qū)域就有更多的金屬成分,散熱表面積增大,所以易于PCB板整體的散熱。
      鋪銅還可以幫助均勻分布熱量,防止局部高溫區(qū)域的產(chǎn)生。通過(guò)將熱量均勻分布到整個(gè)PCB板上,可以減少局部熱量集中,降低熱源的溫度梯度,提高散熱效率。

      因此,在PCB設(shè)計(jì)中,可以通過(guò)以下方式利用鋪銅進(jìn)行散熱:


      設(shè)計(jì)散熱區(qū)域:根據(jù)PCB板上的熱源分布情況,合理設(shè)計(jì)散熱區(qū)域,并在這些區(qū)域鋪設(shè)足夠的銅箔,以增加散熱表面積和導(dǎo)熱路徑。
      增加銅箔厚度:在散熱區(qū)域增加銅箔的厚度,可以增加導(dǎo)熱路徑,提高散熱效率。
      設(shè)計(jì)散熱通孔:在散熱區(qū)域設(shè)計(jì)散熱通孔,通過(guò)通孔將熱量傳導(dǎo)到PCB板的另一側(cè),增加散熱路徑,提高散熱效率。
      增加散熱片:在散熱區(qū)域增加散熱片,將熱量傳導(dǎo)到散熱片上,再通過(guò)自然對(duì)流或風(fēng)扇散熱器等方式散發(fā)熱量,提高散熱效率。


      3、鋪銅可以減少形變,提高PCB制造質(zhì)量


      鋪銅可以幫助保證電鍍的均勻性,減少層壓過(guò)程中板材的變形,尤其是對(duì)于雙面或多層PCB來(lái)說(shuō),提高PCB的制造質(zhì)量。
      如果某些區(qū)域銅箔分布多,某些區(qū)域分布又過(guò)少,就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)板子分布不均,鋪銅可以有效減少這個(gè)差距。

      

      4、滿(mǎn)足特殊器件的安裝需求。


      對(duì)于一些特殊器件,例如需要接地或特殊安裝要求的器件,鋪銅可以提供額外的連接點(diǎn)和固定支撐,增強(qiáng)器件的穩(wěn)定性和可靠性。
      因此,基于以上多個(gè)優(yōu)點(diǎn),大部分情況下,電子設(shè)計(jì)師都會(huì)給PCB板上鋪銅。
      但是,鋪銅并不是PCB設(shè)計(jì)中必須要進(jìn)行的部分。
      在某些情況下,鋪銅可能不適合或不可行。以下是一些情況下不宜鋪銅的情況:
      ①、高頻信號(hào)線路:
      對(duì)于高頻信號(hào)線路,鋪銅可能會(huì)引入額外的電容和電感,影響信號(hào)的傳輸性能。在高頻電路中,通常需要控制地線的走線方式,減小地線的回流路徑,而不是過(guò)度鋪銅。
      比如,鋪銅會(huì)導(dǎo)致天線部分信號(hào)受影響。在天線部分周?chē)鷧^(qū)域鋪銅容易導(dǎo)致弱信號(hào)采集的信號(hào)收到比較大的干擾,天線信號(hào)對(duì)于放大電路參數(shù)設(shè)置非常嚴(yán)格,鋪銅的阻抗會(huì)影響到放大電路的性能。所以天線部分的周?chē)鷧^(qū)域一般不會(huì)鋪銅。
      ②、高密度線路板:
      對(duì)于密度較高的線路板,過(guò)度鋪銅可能會(huì)導(dǎo)致線路之間的短路或者接地問(wèn)題,影響電路的正常工作。在設(shè)計(jì)高密度線路板時(shí),需要謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)鋪銅結(jié)構(gòu),確保線路之間有足夠的間距和絕緣,避免出現(xiàn)問(wèn)題。
      ③、散熱過(guò)快,焊接困難:
      如果對(duì)元器件的管腳進(jìn)行鋪銅全覆蓋,可能會(huì)導(dǎo)致散熱過(guò)快,從而使得拆焊和返修變得困難。我們知道銅的導(dǎo)熱率很高,因此不管是手工焊接還是回流焊,在焊接時(shí)銅面都會(huì)迅速導(dǎo)熱,而致使烙鐵等溫度流失,對(duì)焊接產(chǎn)生影響,因此設(shè)計(jì)上盡量采用"十字花焊盤(pán)"減少熱量散發(fā),方便焊接。
      ④、特殊環(huán)境要求:
      在一些特殊的環(huán)境中,如高溫、高濕、腐蝕性環(huán)境等,銅箔可能會(huì)受到損壞或腐蝕,從而影響PCB板的性能和可靠性。在這種情況下,需要根據(jù)具體的環(huán)境要求選擇合適的材料和處理方式,而不是過(guò)度鋪銅。
      ⑤、特殊層次的板:
      對(duì)于柔性電路板、剛?cè)峤Y(jié)合板等特殊層次的板,需要根據(jù)具體的要求和設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行鋪銅設(shè)計(jì),避免過(guò)度鋪銅導(dǎo)致的柔性層或剛?cè)峤Y(jié)合層的問(wèn)題。
      綜上所述,在PCB設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)具體的電路要求、環(huán)境要求和特殊應(yīng)用場(chǎng)景,進(jìn)行適當(dāng)?shù)匿併~與不鋪銅的選擇。