PCB覆铜层

PCB设计 在工艺过程中,覆铜是一个重要方面,各种PCB设计软​​件都提供智能覆铜功能,用铜覆盖PCB上未使用的空间。覆铜的意义在于降低地阻抗、增强抗干扰能力、降低电源走线压降、提高电源效率以及接地以最小化环路面积。

PCB覆铜层是指PCB层中填充铜的区域。该层可以位于 PCB 堆栈的顶部、底部或任何内部层,并且 PCB 覆铜层可用于接地、参考或将特定组件或电路与该层的其余部分隔离。布局布线完成后,我们的PCB表面往往会有很多空闲区域。我们使用 GND 或一些电源网络用实心铜层覆盖这些区域。

数字电路中存在大量的尖脉冲电流,因此降低地阻抗更为必要。一般认为,对于完全由数字器件组成的电路,应采用大面积接地。但对于某些模拟电路来说,覆铜形成的接地环路可能会产生电磁耦合干扰,得不偿失。


PCB镀铜的优点:

  1. 电磁兼容性(EMC):地或电源上大面积镀铜,可以屏蔽电磁干扰,增强电路的抗干扰能力,满足EMC要求。
  2. PCB制造要求:镀铜有助于保证电镀的均匀性,减少层压时板的变形,提高PCB的制造质量。
  3. 信号完整性:为高频数字信号提供完整的返回路径,减少直流网络布线,增强信号传输的稳定性和可靠性。
  4. 散热:适当的镀铜可以提高PCB的散热性能,降低元件工作温度,提高系统可靠性和使用寿命。

缺点:

1.散热快,焊接困难:元件引脚镀铜全覆盖,可能导致散热快,拆焊返工困难。铜的导热系数较高,导致焊接时热量快速散发,影响焊接工艺。因此,设计时应尽量减少散热,采用“十字形焊盘”以利于焊接。

2. 信号减弱和干扰:天线部分周围镀铜可能会导致信号减弱和干扰,影响信号采集。镀铜的阻抗也可能影响放大电路的性能,因此这些区域通常避免镀铜。

3 加工复杂性:镀铜在设计过程中需要考虑各个电镀区域的影响。不正确的设计可能会增加处理复杂性,例如需要交叉连接以避免散热问题。不过,这一方面影响很小,可以忽略不计,因为现代工艺已经成熟,PCB制造商不会因此而增加成本。

大面积镀铜(实心镀铜)和网格镀铜:

镀铜一般有两种基本形式:实心镀铜和网格镀铜

  • 大面积镀铜:

    它具有增加电流和屏蔽的双重目的。然而,在波峰焊接过程中,可能会导致电路板翘曲甚至起泡。在这种情况下,通常会创建多个槽以减少铜箔中的气泡。

    • 网状镀铜:

    主要起到屏蔽作用。由于铜箔的截面积减小,其载流能力与实心镀铜相比相对较弱。

    在选择PCB镀铜方法时,网状镀铜和实心镀铜都有其优缺点,具体取决于设计要求和应用场景。以下是它们之间的比较:

    • 网状镀铜:
    1. 网状结构可能会增加PCB制造的复杂性,尤其是在设计和加工时需要更多的关注。不过,只要网格不是太小,并且不添加过多的碎片铜,影响也是微乎其微的。
    2. 对于一些高频、高速信号,网状镀铜可能会增加信号传输损耗,导致信号完整性问题。如果镀铜作为PCB布线的参考平面,最好避免使用网状镀铜,而选择完整的平面镀铜以获得完整的参考平面。
    3. 它可以减轻PCB的重量,特别是大型PCB,有助于整体重量减轻。一般来说,影响很小。
    4. 它在处理热膨胀和机械应力方面更加灵活,减少了PCB在热和应力下变形的影响。
    1. 与网状镀铜相比,实心镀铜增加了PCB的重量,因为它使用了更多的铜材料。
    2. 它提供最大的导电率和接地连接,使其成为需要高导电率的应用的理想选择。
    3. 在一些高频和高速信号PCB设计中,提供完整的参考平面,固体镀铜有助于减少信号传输损耗并提高信号完整性。
    4. 在某些场景下,实心镀铜可以提供更好的屏蔽效果,减少电磁干扰。

    大面积镀铜(实心镀铜)和网状镀铜的屏蔽效果:

    实心镀铜和网状镀铜都具有一定的屏蔽效果,但哪一种更好取决于具体的应用场景和设计要求。

    固体镀铜的屏蔽效果:

    实心镀铜提供更多的铜材,可以提供更好的屏蔽效果,特别是对于低频和静电电磁干扰。

    固体镀铜可以形成完整的导电屏蔽层,覆盖整个区域,阻挡外部电磁波的进入和传播,从而减少干扰。

    固体镀铜可以更好地封闭和屏蔽内部电路,减少电磁辐射对周围环境和其他电路的影响。

    网状镀铜的屏蔽效果:

    虽然网状镀铜提供了一定的屏蔽效果,但其屏蔽效果可能略逊于实心镀铜。

    网状镀铜通常会留有间隙,让电磁波部分穿透或通过,因此其对高频或高速信号的屏蔽效果可能会比较差。

    然而,网状镀铜在提供一定程度的屏蔽效果的同时,减少了铜材料的使用量和重量。

    关于实心镀铜和网状镀铜的散热效果:

    网上很多说法都是毫无根据的。首先我们知道电路板上的主要热源是集成电路,可以通过PCB来散热。然后,PCB 连接到焊盘,散发集成电路的热量。因此,铜箔面积越大,散热效果越好。

    在散热方面,实心镀铜通常优于网状镀铜。这是两者之间的比较:

    固体镀铜的散热效果:

    固体镀铜提供了更多的铜材料,可以实现更好的热传导,从而获得普遍优越的散热性能。

    固体镀铜形成连续的导热路径,有利于热量均匀分布在整个镀铜区域,有效降低器件的工作温度。

    网状镀铜的散热效果:

    虽然网状镀铜也能在一定程度上有助于散热,但其散热效果可能会比实心镀铜稍差一些。

    网状镀铜在散热方面可能会受到间隙的影响,导热路径可能不像实心镀铜那么连续,导致散热相对较差。

    总体而言,如果散热是设计中的关键因素,并且PCB需要卓越的散热性能,那么实心镀铜通常是更好的选择。然而,在散热要求不是特别严格的应用中或者需要轻量化设计的情况下,网状镀铜也可能是一个可行的选择。它可以在一定程度上提供散热,并减轻PCB的重量。

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