浅谈PCB的覆铜

发布于 2014-09-26  1.7k 次阅读


所谓覆铜,就是将PCB上闲置的空间作为基准面,然后用固体铜填充,这些铜区又称为灌铜。敷铜的意义在于,减小地线阻抗,提高抗干扰能力;降低压降,提高电源效率;还有,与地线相连,减小环路面积。如果PCB的地较多,有SGND、AGND、GND,等等,就要根据PCB板面位置的不同,分别以最主要的“地”作为基准参考来独立覆铜,数字地和模拟地分开来敷铜自不多言。同时在覆铜之前,首先加粗相应的电源连线:5.0V、3.3V等等。这样一来,就形成了多个不同形状的多变形结构。

覆铜需要处理好几个问题:一是不同地的单点连接,做法是通过0欧电阻或者磁珠或者电感连接;二是晶振附近的覆铜,电路中的晶振为一高频发射源,做法是在环绕晶振敷铜,然后将晶振的外壳另行接地。三是孤岛(死区)问题,如果觉得很大,那就定义个地过孔添加进去也费不了多大的事。

另外,大面积覆铜好还是网格覆铜好,不好一概而论。为什么呢?大面积覆铜,如果过波峰焊时,板子就可能会翘起来,甚至会起泡。从这点来说,网格的散热性要好些。通常是高频电路对抗干扰要求高的多用网格,低频电路有大电流的电路等常用完整的铺铜。

开始布线时,应对地线一视同仁,走线的时候就应该把地线走好,不能依靠于覆铜后通过添加过孔来消除为连接的地引脚,这样的效果很不好。当然如果选用的是网格覆铜,这些地连线就有些影响美观,如果是细心人就删除吧。

1、大面积敷铜,具备了加大电流和屏蔽双重作用,单纯的网格敷铜主要还是屏蔽作用,加大电流的作用被降低了.加网格的目的未必是为了美观,而是可以防止和缓解铜箔粘胶焊接的时候产生的气体使铜箔起泡.所以,就是大面积敷铜,也要注意开几个槽,缓解铜箔起泡。

2、环形地线,可以有屏蔽作用,也可以形成对辐射信号的接收.类似于环形天线.所以,充电器既有大电流又有小信号检测,所以,还是采用“树型地线为好。

3、这样一般的充电控制IC还是自己成为地线回路再与大电流地回路连接为好,减少大电流回路的铜箔压降对小信号的干扰。

这样做,不是绝对的,也可以看到不少违反上面要求的,也可以使用的.但是我在一般布板的时候,会尽可能注意这些要求的。

1、多层板中间层的布线空旷区域,不要敷铜。因为你很难做到让这个敷铜“良好接地”。

2、一块PCB,不管有多少种电源,建议采用电源分割技术,并且只使用一个电源层。因为电源与地一样,也是“参考平面”,电源与地的“良好接地”是通过大量的滤波电容实现的,没有滤波电容的地方,就没有“接地”。

3、设备内部的金属,例如金属散热器、金属加固条等,一定要实现“良好接地”。

4、三端稳压器的散热金属块,一定要良好接地。

5、晶振附近的接地隔离带,一定要良好接地。

 

大家都知道在高频情况下,印刷电路板上的布线的分布电容会起作用,当长度大于噪声频率相应波长的1/20 时,就会产生天线效应,噪声就会通过布线向外发射,如果在PCB 中存在不良接地的敷铜话,敷铜就成了传播噪音的工具,因此,在高频电路中,千万不要认为,把地线的某个地方接了地,这就是“地线”,一定要以小于λ/20 的间距,在布线上打过孔,与多层板的地平面“良好接地”。如果把敷铜处理恰当了,敷铜不仅具有加大电流,还起了屏蔽干扰的双重作用。

 

出于让PCB 焊接时尽可能不变形的目的,大部分PCB 生产厂家会要求PCB 设计者在
PCB 的空旷区域填充铜皮或者网格状的地线。但是我们的工程师对这个“填充”不敢轻易使用,也许是因为在PCB 调试中,曾经
吃过“苦头”,也可能是专家们一直没有给出明确的结论。究竟敷铜是“利大于弊”还是“弊大于利”,本文用实测的角度来说明这个问题。
下面的测量结果是利用EMSCAN 电磁干扰扫描系统获得的,EMSCAN 能使我们实时看清电磁场的分布,它具有1280 个近场探头,采用电子切换技术,高速扫描PCB 产生的电磁场。是世界上唯一采用阵列天线和电子扫描技术的电磁场近场扫描系统,也是唯一能获得被测物完整电磁场信息的系统。

先看一个实测的案例,在一块多层PCB 上,工程师把PCB 的周围敷上了一圈铜,如图1 所示。在这个敷铜的处理上,工程师仅在铜皮的开始部分放置了几个过孔,把这个铜皮连接到了地层上,其他地方没有打过孔。

图1 PCB 不良接地的敷铜产生的电磁场
在高频情况下,印刷电路板上的布线的分布电容会起作用,当长度大于噪声频率相应波长的1/20 时,就会产生天线效应,噪声就会通过布线向外发射。

从上面这个实际测量的结果来看,PCB 上存在一个22.894MHz 的干扰源,而敷设的
铜皮对这个信号很敏感,作为“接收天线”接收到了这个信号,同时,该铜皮又作为“发
射天线”向外部发射很强的电磁干扰信号。
我们知道,频率与波长的关系为f= C/λ。
式中f 为频率,单位为Hz,λ为波长,单位为m,C 为光速,等于3×108 米/秒
对于22.894MHz 的信号,其波长λ为:3×108/22.894M=13 米。λ/20 为65cm。
本PCB 的敷铜太长,超过了65cm,从而导致产生天线效应。目前,我们的PCB 中,普遍采用了上升沿小于1ns 的芯片。假设芯片的上升沿为1ns,其产生的电磁干扰的频率会高达fknee = 0.5/Tr =500MHz。对于500MHz 的信号,其波长为60cm,λ/20=3cm。也就是说,PCB 上3cm 长的布线,就可能形成“天线”。
所以,在高频电路中,千万不要认为,把地线的某个地方接了地,这就是“地
线”。一定要以小于λ/20 的间距,在布线上打过孔,与多层板的地平面“良好接地”。
对于一般的数字电路,按1cm 至2cm 的间距,对元件面或者焊接面的“地填充”
打过孔,实现与地平面的良好接地,才能保证“地填充”不会产生“弊”的影响。
由此,我们进行如下延伸:
Ø 多层板中间层的布线空旷区域,不要敷铜。因为你很难做到让这个敷铜“良好接地”
Ø 一块 PCB,不管有多少种电源,建议采用电源分割技术,并且只使用一个电源层。因为电源与地一样,也是“参考平面”,电源与地的“良好接地”是通过大量的滤波电容实现的,没有滤波电容的地方,就没有“接地”。
Ø 设备内部的金属,例如金属散热器、金属加固条等,一定要实现“良好接地”。
Ø 三端稳压器的散热金属块,一定要良好接地。
Ø 晶振附近的接地隔离带,一定要良好接地。
结论:PCB 上的敷铜,如果接地问题处理好了,肯定是“利大于弊”,它能减少
信号线的回流面积,减小信号对外的电磁干扰。


公交车司机终于在众人的指责中将座位让给了老太太