浅谈PCB敷铜的“弊与利”

 

敷铜作为PCB设计的一个重要环节，不管是国产的青越锋PCB设计软件，还国外的一些Protel,PowerPCB都提供了智能敷铜功能，那么怎样才能敷好铜，我将自己一些想法与大家一起分享，希望能给同行带来益处。
    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；与地线相连，还可以减小环路面积。也出于让PCB 焊接时尽可能不变形的目的，大部分PCB 生产厂家也会要求PCB 设计者在PCB 的空旷区域填充铜皮或者网格状的地线，敷铜如果处理的不当，那将得不赏失，究竟敷铜是“利大于弊”还是“弊大于利”？
    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。
    敷铜一般有两种基本的方式，就是大面积的敷铜和网格铜，经常也有人问到，大面积覆铜好还是网格覆铜好，不好一概而论。为什么呢？大面积敷铜,具备了加大电流和屏蔽双重作用，但是大面积覆铜，如果过波峰焊时，板子就可能会翘起来，甚至会起泡。因此大面积敷铜,一般也会开几个槽,缓解铜箔起泡，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，从散热的角度说，网格有好处（它降低了铜的受热面）又起到了一定的电磁屏蔽的作用。但是需要指出的是，网格是使由交错方向的走线组成的，我们知道对于电路来说，走线的宽度对于电路板的工作频率是有其相应的“电长度“的（实际尺寸除以工作频率对应的数字频率可得，具体可见相关书籍），当工作频率不是很高的时候，或许网格线的作用不是很明显，一旦电长度和工作频率匹配时，就非常糟糕了，你会发现电路根本就不能正常工作，到处都在发射干扰系统工作的信号。所以对于使用网格的同仁，我的建议是根据设计的电路板工作情况选择，不要死抱着一种东西不放。因此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。
    说了这么多，那么我们在敷铜中，为了让敷铜达到我们预期的效果，那么敷铜方面需要注意那些问题：
    1．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。
    2．对不同地的单点连接，做法是通过0欧电阻或者磁珠或者电感连接；
    3．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。
    4．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。
    5．在开始布线时，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。
    6.在板子上最好不要有尖的角出现（《=180度），因为从电磁学的角度来讲，这就构成的一个发射天线！对于其他总会有一影响的只不过是大还是小而已，我建议使用圆弧的边沿线。
    7．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”
    8．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”。
    9．三端稳压器的散热金属块，一定要良好接地。 晶振附近的接地隔离带，一定要良好接地。总之：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。

 

名词解释：

分布电容: 是指由非电容形态形成的一种分布参数。一般是指在印制板或其他形态的电路形式，在线与线之间、印制板的上下层之间形成的电容。这种电容的容量很小，但可能对电路形成一定的影响。在对印制板进行设计时一定要充分考虑这种影响，尤其是在工作频率很高的时候。