PCB设计中覆铜的处理方法和注意事项

   2024-07-30 工业品商城66
核心提示:覆铜技术作为PCB设计中至关重要的环节之一,无论是本土研发的青越锋PCB设计软件,亦或是国际知名品牌的Protel、PowerPCB均为用户提供了智能化的覆铜方案。然而,如何巧妙地进行覆铜操作以满足实际需求,本文旨在共享笔者个人见解与经验,期望对广大业内人士有所裨益。覆铜,即在PCB上未被利用的空间内设置基准面,并采用固

    覆铜技术作为PCB设计中至关重要的环节之一,无论是本土研发的青越锋PCB设计软件,亦或是国际知名品牌的Protel、PowerPCB均为用户提供了智能化的覆铜方案。然而,如何巧妙地进行覆铜操作以满足实际需求,本文旨在共享笔者个人见解与经验,期望对广大业内人士有所裨益。

    覆铜,即在PCB上未被利用的空间内设置基准面,并采用固态铜材料进行填充,这些填充区域通常被称为灌铜。覆铜的重要性在于,能够有效降低地线阻抗,提升抗干扰性能;降低电压降,从而提高电源效率;同时,与地线连接后,还可缩小环路面积。为了确保PCB在焊接过程中的稳定性,绝大多数PCB生产厂商都会要求设计师在PCB的空白区域填充铜皮或网格状的地线。然而,若覆铜处理不当,则可能导致得不偿失的后果。那么,覆铜究竟是“利大于弊”还是“弊大于利”呢?

   众所周知,在高频环境下,印刷电路板上的布线分布电容将会发挥作用。当布线长度超过噪声频率相应波长的1/20时,便会引发天线效应,使得噪声通过布线向外辐射。若在PCB中存在不良接地的覆铜问题,覆铜便可能成为传播噪音的媒介。因此,在高频电路设计中,切勿误以为将地线某处接入大地便是“地线”,务必以小于λ/20的间距在布线上打通过孔,实现与多层板地平面的“良好接地”。若覆铜处理得当,覆铜不仅能增大电流,还兼具屏蔽干扰的双重功效。

    覆铜通常分为大面积覆铜和网格覆铜两大类。时常有人询问,大面积覆铜与网格覆铜孰优孰劣,实难一概而论。为何如此?大面积覆铜虽具备增大电流及屏蔽干扰的双重优势,但若在波峰焊过程中,板材可能出现翘曲现象,严重时甚至会产生气泡。因此,大面积覆铜通常需开设数个槽口,以缓解铜箔起泡问题。相较之下,单纯的网格覆铜主要起到屏蔽作用,增大电流的效果相对减弱。从散热角度来看,网格结构有助于降低铜的受热面,同时也具备一定的电磁屏蔽效能。然而值得注意的是,网格结构是由交错方向的走线构成,对于电路而言,走线宽度与电路板工作频率之间存在着相应的“电长度”关系(实际尺寸除以工作频率对应的数字频率即可得出,具体请参阅相关专业书籍)。当工作频率并不算高时,网格线的影响或许并不显著;但一旦电长度与工作频率达到最佳匹配状态,情况将变得极为恶劣,电路无法正常运行,处处皆在散发干扰系统正常工作的信号。因此,对于使用网格覆铜的同仁们,笔者建议应根据设计电路板的实际工况进行选择,切勿固守某种单一模式。因此,高频电路对抗干扰要求较高时宜选用网格覆铜,而低频电路以及大电流电路等则常采用整片式铺铜。

    面对如此丰富的覆铜知识,为了确保覆铜能够达到预期的理想效果,在实施过程中我们应关注哪些问题呢?首先,针对 PCB 中存在多个地,如 SGND、AGND、GND 等情况,需要按照 PCB 板面位置的差异,依次将最重要的"地"作为参照标准进行独立覆铜处理。此外,数字地与模拟地应分别覆铜,并在覆铜前先加强相关电源连线,如 5.0V、3.3V 等,从而形成多个形态各异的多变形结构。其次,对于不同地之间的单点连接,可采用 0 欧姆电阻、磁珠或电感进行连接。再次,对于晶振周围的覆铜处理,由于电路中的晶振为高频发射源,因此需在晶振周围覆铜,并将晶振外壳单独接地。另外,若遇到孤岛(死区)问题,可通过定义地过孔的方式进行解决,无需过多担忧。然而,在布线阶段,应平等对待地线,在走线过程中就应将地线布置妥当,而非依赖覆铜后再通过添加过孔来弥补未连接的地引脚,这种方法效果欠佳。值得注意的是,在 PCB 板上尽量避免出现锐角(<180 度),因为从电磁学角度来看,这会构成一个发射天线,可能会对其他部分产生影响,只是大小程度有所区别。最后,对于多层板中间层的布线空旷区域,不建议覆铜,因为难以保证该覆铜具有良好的接地性能。同样,设备内部的金属部件,如金属散热器、金属加固条等,必须实现良好接地。此外,三端稳压器的散热金属块以及晶振附近的接地隔离带,都必须保持良好接地。总而言之,只要妥善处理 PCB 上的覆铜接地问题,其带来的益处必定远超弊端。它可以有效缩小信号线的回流面积,降低信号对外界的电磁干扰。

 
 
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