为什么那么多PCB设计师,选择铺铜?非铺不可?-上海实邦电子科技有限公司
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为什么那么多PCB设计师,选择铺铜?非铺不可?

2024/6/5 10:12:12      点击:
      PCB在所有设计内容都设计完成之后,通常还会进行最后一步的关键步骤——铺铜
      铺铜就是将PCB上闲置的空间用铜面覆盖,各类PCB设计软件均提供了智能铺铜功能,通常铺铜完的区域会变成红色,代表这部分区域有覆盖铜。
      
      那么,为什么最后要铺铜呢?不铺不行吗?

      对于PCB来说,铺铜的作用蛮多的,比如减小地线阻抗,提高抗干扰能力;与地线相连,减小环路面积;还有帮助散热,等等。


      1、铺铜能降低地线阻抗,以及提供屏蔽防护和噪声抑制


      数字电路中存在大量尖峰脉冲电流,因此降低地线阻抗显得更有必要,铺铜是一种常见的降低地线阻抗的方法。
      铺铜可以通过增加地线的导电截面积,从而降低地线的电阻;或者缩短地线的长度,减小地线的电感,从而降低地线的阻抗;还可以控制地线的电容,使地线的电容值适当增加,从而提高地线的导电性能,降低地线的阻抗。
      大面积的地或电源铺铜还可以起到屏蔽作用,有助于减少电磁干扰,提高电路的抗干扰能力,满足EMC的要求。

另外,对于高频电路来说,铺铜给高频数字信号提供完整的回流路径,减少直流网络的布线,从而提高信号传输的稳定性和可靠性。


      2、铺铜能提高PCB的散热能力


      铺铜在PCB设计中除了用于降低地线阻抗外,还可以用于散热。
      众所周知,金属是易导电导热材质,所以PCB如果进行了铺铜,板子内的间隙等其他空白区域就有更多的金属成分,散热表面积增大,所以易于PCB板整体的散热。
      铺铜还可以帮助均匀分布热量,防止局部高温区域的产生。通过将热量均匀分布到整个PCB板上,可以减少局部热量集中,降低热源的温度梯度,提高散热效率。

      因此,在PCB设计中,可以通过以下方式利用铺铜进行散热:


      设计散热区域:根据PCB板上的热源分布情况,合理设计散热区域,并在这些区域铺设足够的铜箔,以增加散热表面积和导热路径。
      增加铜箔厚度:在散热区域增加铜箔的厚度,可以增加导热路径,提高散热效率。
      设计散热通孔:在散热区域设计散热通孔,通过通孔将热量传导到PCB板的另一侧,增加散热路径,提高散热效率。
      增加散热片:在散热区域增加散热片,将热量传导到散热片上,再通过自然对流或风扇散热器等方式散发热量,提高散热效率。


      3、铺铜可以减少形变,提高PCB制造质量


      铺铜可以帮助保证电镀的均匀性,减少层压过程中板材的变形,尤其是对于双面或多层PCB来说,提高PCB的制造质量。
      如果某些区域铜箔分布多,某些区域分布又过少,就会导致整个板子分布不均,铺铜可以有效减少这个差距。

      

      4、满足特殊器件的安装需求。


      对于一些特殊器件,例如需要接地或特殊安装要求的器件,铺铜可以提供额外的连接点和固定支撑,增强器件的稳定性和可靠性。
      因此,基于以上多个优点,大部分情况下,电子设计师都会给PCB板上铺铜。
      但是,铺铜并不是PCB设计中必须要进行的部分。
      在某些情况下,铺铜可能不适合或不可行。以下是一些情况下不宜铺铜的情况:
      ①、高频信号线路:
      对于高频信号线路,铺铜可能会引入额外的电容和电感,影响信号的传输性能。在高频电路中,通常需要控制地线的走线方式,减小地线的回流路径,而不是过度铺铜。
      比如,铺铜会导致天线部分信号受影响。在天线部分周围区域铺铜容易导致弱信号采集的信号收到比较大的干扰,天线信号对于放大电路参数设置非常严格,铺铜的阻抗会影响到放大电路的性能。所以天线部分的周围区域一般不会铺铜。
      ②、高密度线路板:
      对于密度较高的线路板,过度铺铜可能会导致线路之间的短路或者接地问题,影响电路的正常工作。在设计高密度线路板时,需要谨慎设计铺铜结构,确保线路之间有足够的间距和绝缘,避免出现问题。
      ③、散热过快,焊接困难:
      如果对元器件的管脚进行铺铜全覆盖,可能会导致散热过快,从而使得拆焊和返修变得困难。我们知道铜的导热率很高,因此不管是手工焊接还是回流焊,在焊接时铜面都会迅速导热,而致使烙铁等温度流失,对焊接产生影响,因此设计上尽量采用"十字花焊盘"减少热量散发,方便焊接。
      ④、特殊环境要求:
      在一些特殊的环境中,如高温、高湿、腐蚀性环境等,铜箔可能会受到损坏或腐蚀,从而影响PCB板的性能和可靠性。在这种情况下,需要根据具体的环境要求选择合适的材料和处理方式,而不是过度铺铜。
      ⑤、特殊层次的板:
      对于柔性电路板、刚柔结合板等特殊层次的板,需要根据具体的要求和设计规范进行铺铜设计,避免过度铺铜导致的柔性层或刚柔结合层的问题。
      综上所述,在PCB设计中,需要根据具体的电路要求、环境要求和特殊应用场景,进行适当的铺铜与不铺铜的选择。