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為什么那么多PCB設計師,選擇鋪銅?非鋪不可?

2024/6/5 10:12:12??????點(diǎn)擊:
      PCB在所有設計內容都設計完成之后,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設計軟件均提供了智能鋪銅功能,通常鋪銅完的區域會(huì )變成紅色,代表這部分區域有覆蓋銅。
      
      那么,為什么最后要鋪銅呢?不鋪不行嗎?

      對于PCB來(lái)說(shuō),鋪銅的作用蠻多的,比如減小地線(xiàn)阻抗,提高抗干擾能力;與地線(xiàn)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(xiàn)阻抗,以及提供屏蔽防護和噪聲抑制。


      數字電路中存在大量尖峰脈沖電流,因此降低地線(xiàn)阻抗顯得更有必要,鋪銅是一種常見(jiàn)的降低地線(xiàn)阻抗的方法。
      鋪銅可以通過(guò)增加地線(xiàn)的導電截面積,從而降低地線(xiàn)的電阻;或者縮短地線(xiàn)的長(cháng)度,減小地線(xiàn)的電感,從而降低地線(xiàn)的阻抗;還可以控制地線(xiàn)的電容,使地線(xiàn)的電容值適當增加,從而提高地線(xiàn)的導電性能,降低地線(xiàn)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,對于高頻電路來(lái)說(shuō),鋪銅給高頻數字信號提供完整的回流路徑,減少直流網(wǎng)絡(luò )的布線(xiàn),從而提高信號傳輸的穩定性和可靠性。


      2、鋪銅能提高PCB的散熱能力


      鋪銅在PCB設計中除了用于降低地線(xiàn)阻抗外,還可以用于散熱。
      眾所周知,金屬是易導電導熱材質(zhì),所以PCB如果進(jìn)行了鋪銅,板子內的間隙等其他空白區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設計中,可以通過(guò)以下方式利用鋪銅進(jìn)行散熱:


      設計散熱區域:根據PCB板上的熱源分布情況,合理設計散熱區域,并在這些區域鋪設足夠的銅箔,以增加散熱表面積和導熱路徑。
      增加銅箔厚度:在散熱區域增加銅箔的厚度,可以增加導熱路徑,提高散熱效率。
      設計散熱通孔:在散熱區域設計散熱通孔,通過(guò)通孔將熱量傳導到PCB板的另一側,增加散熱路徑,提高散熱效率。
      增加散熱片:在散熱區域增加散熱片,將熱量傳導到散熱片上,再通過(guò)自然對流或風(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。
      如果某些區域銅箔分布多,某些區域分布又過(guò)少,就會(huì )導致整個(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,增強器件的穩定性和可靠性。
      因此,基于以上多個(gè)優(yōu)點(diǎn),大部分情況下,電子設計師都會(huì )給PCB板上鋪銅。
      但是,鋪銅并不是PCB設計中必須要進(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、高頻信號線(xiàn)路:
      對于高頻信號線(xiàn)路,鋪銅可能會(huì )引入額外的電容和電感,影響信號的傳輸性能。在高頻電路中,通常需要控制地線(xiàn)的走線(xiàn)方式,減小地線(xiàn)的回流路徑,而不是過(guò)度鋪銅。
      比如,鋪銅會(huì )導致天線(xiàn)部分信號受影響。在天線(xiàn)部分周?chē)鷧^域鋪銅容易導致弱信號采集的信號收到比較大的干擾,天線(xiàn)信號對于放大電路參數設置非常嚴格,鋪銅的阻抗會(huì )影響到放大電路的性能。所以天線(xiàn)部分的周?chē)鷧^域一般不會(huì )鋪銅。
      ②、高密度線(xiàn)路板:
      對于密度較高的線(xiàn)路板,過(guò)度鋪銅可能會(huì )導致線(xiàn)路之間的短路或者接地問(wèn)題,影響電路的正常工作。在設計高密度線(xiàn)路板時(shí),需要謹慎設計鋪銅結構,確保線(xiàn)路之間有足夠的間距和絕緣,避免出現問(wèn)題。
      ③、散熱過(guò)快,焊接困難:
      如果對元器件的管腳進(jìn)行鋪銅全覆蓋,可能會(huì )導致散熱過(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 )迅速導熱,而致使烙鐵等溫度流失,對焊接產(chǎn)生影響,因此設計上盡量采用"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:
      對于柔性電路板、剛柔結合板等特殊層次的板,需要根據具體的要求和設計規范進(jìn)行鋪銅設計,避免過(guò)度鋪銅導致的柔性層或剛柔結合層的問(wèn)題。
      綜上所述,在PCB設計中,需要根據具體的電路要求、環(huán)境要求和特殊應用場(chǎng)景,進(jìn)行適當的鋪銅與不鋪銅的選擇。