铺铜的相关资料

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:


1)减小地线阻抗,提高抗干扰能力;


2)降低压降,提高电源效率;


3)与地线相连,还可以减小环路面积。


4)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。


 


不过敷铜如果处理的不当,那将得不赏失


 


这是一个实测的案例,测量结果是利用EMSCAN 电磁干扰扫描系统 (http://www.emscan.com.cn )获得的,EMSCAN 能使我们实时看清电磁场的分布。


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。


 



铺铜的相关资料_第1张图片


 


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”。


 


注意问题:


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: 


?        如果PCB的地较多,有SGNDAGNDGND,等等,就要根据PCB板面位置的不同,分别以最主要的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:5.0V3.3V等等,这样一来,就形成了多个不同形状的多变形结构。 


?        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;


?        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。


?        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。


?        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*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。


?        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


?        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


?        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


?        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。 


 


大面积的敷铜(实心覆铜)和网格铜哪个好?


                 


                   


45度网格覆铜        90度网格覆铜           实心覆铜


 



铺铜的相关资料_第2张图片 


在ProtelDXP中,只要 Track Width>=Grid Size实心覆铜;


Track Width<Grid Size网格覆铜


 


实心覆铜优点:具备了加大电流和屏蔽双重作用


        缺点:如果过波峰焊时,板子就可能会翘起来,甚至会起泡。


    解决办法:一般也会开几个槽,缓解铜箔起泡


 


网格覆铜优点: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。


        缺点: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。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。


 


建议: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。 


 


Allegro覆铜


动态覆铜(Static)静态覆铜(Dynamic)


所谓动态就是能自动避让元件或者过孔;


所谓静态就是要手动避让。


 


铺铜的主要步骤是建立Shape.


一、用Shape覆铜
    
我们先学习一下如何建立Shape,可以在菜单栏上看到Shape


 


              铺铜的相关资料_第3张图片



Shape菜单详解


 


动态覆铜


Top层覆铜
    
覆铜区域的绘制可以通过


     Shape——Polygon(绘制多边形,包括圆弧)


     Shape——Rectangular(绘制矩形)


     Shape——Circular(绘制圆)


     在选择这三个命令时要对Option栏进行设置。




铺铜的相关资料_第4张图片


 


Class:因为是进行同批区域的设置,所以必须设置为Etch


Subclass:需要进行覆铜的布线层(通常为TOPBOTTOM)


Shape Fill Type:选择需要覆铜的类型


?        Dynamic copper(动态覆铜)


?        Static Solid(静态实铜)


?        Static Crasshatch(静态网格状覆铜)


?        Unfilled(不填充)适用于绘制board outline,package geometry,room等,不能用于Etch


 


Defer performing dynamic fill:不立即进行覆铜。这样生成的覆铜区域将只保留边界而不会进行填充。


Assign net name:铜皮所属网络。点击右边的按钮,可以从网络列表中选取。一般都将铜皮连到电源或地网络。


Shape grid:栅格设置。一般的说覆铜用的栅格可以比布线用的栅格粗糙。


Segment Type:设置shape——Polygon命令走线时的拐角。


 


   覆铜区域绘制完后,Allegro立刻按照有关的参数设置进行覆铜。


 


    按照上图设置(Shape Fill Type选择Dynamic copper)对TOP层进行动态覆铜。


 


 铺铜的相关资料_第5张图片         铺铜的相关资料_第6张图片


覆铜前                           动态覆铜后


 


Shape Fill Type选择Static Solid,对TOP层进行静态覆铜(实心铜皮)。


 



铺铜的相关资料_第7张图片


         静态覆铜Static Solid


 


可以看出,动态覆铜(Dynamic copper)对过孔自动避让,而静态实铜(Static Solid)对过孔不避让,这回出现错误。


 


两种都统类型Dynamic copperStatic Solid都是覆实心铜,如果要覆空心铜的话,Shape Fill Type Static Crasshatch(静态网格状覆铜),此时可以对网格覆铜的线宽和间距进行设置。


Allegroz中选择Shape——Global Dynamic Params…,打开如下图所示对话框。


Shape Fill页用于设置铜皮的填充方式


 



铺铜的相关资料_第8张图片


 


Dynamic Fill:动态填充


?  Smooth  自动填充,避让并对所有的动态铜皮进行DRC检查,并产生具有光绘质量的输     出


?  Rough    可以观察铜皮的连接情况,而没有对铜皮的边沿及导热连接进行光滑。不进行具有光绘质量的输出。在需要的情况通过Dyawing Option对话框中的Updata to Smooth 生成最后的铜皮。


 


在Create Artwork是会出现下面错误提示


 



铺铜的相关资料_第9张图片 


?        Disabled   先不进行自动填充和避让操作,在需要的时候通过Drawing Option对话框中的   Updata to Smooth生成最后铜皮


 


Xhatch style选择铜皮的填充模式(对于Static Crasshatch)


 


Hatch Set 设置网格的线宽和间距


          Line with填充连线的线宽,必须小于或者等于Border width指定的线宽。


          Spacing 填充连线的中心到中心的间距。


          Angle 交叉填充线之间的夹角。


          Origin X,Y 设置填充线的坐标原点。


          Border width  铜皮边界的线宽,必须大于或者等于Line width.


 


                铺铜的相关资料_第10张图片


 


 Thermal relief connects选项卡


   其中Use fixed thermal width of:设置覆铜与过孔、导线的安全距离。


 


二、使用Z-copy命令为GND地层建立Shape

    选择Shape菜单中的Select Shape or Void,然后用鼠标选中刚才在TOP层的覆铜,再点击Edit-Z-CopyOption设置如下


 



铺铜的相关资料_第11张图片 


其中Subclass选上要填充的层,这样,顶层的铜皮就会复制一份形状一样的到底层了。


 


 


删除死铜


   Shape——Delete Island或在执行Command>island_delete


   在设计图上覆铜区域点击,点击到死铜的话就会被删除,点击连接到NET的,不会删除。


 


选中覆铜


   如果要修改覆铜的连接NET或修改覆铜的大小形状。可选择Shape——Select Shape or Void


 



铺铜的相关资料_第12张图片 


   Option与Shape——Polygon(绘制多边形,包括圆弧)时是一样的


 



铺铜的相关资料_第13张图片 


 



 


可以修改覆铜的大小形状


 


删除覆铜


Delete或在菜单栏选择,Find面板中选择Shape,在PCB设计区选中要删除的覆铜,这样覆铜就会被删除掉。


 



铺铜的相关资料_第14张图片


 


参考资料:


1)     PCB板如何正确的敷铜  pdf


2)     浅谈PCB敷铜的“弊与利”[51单片机学习网论坛]


http://www.51c51.com/Bbs/dispbbs.asp?boardID=4&ID=37142&page=2


3)     Allegro 覆铜操作说明-电子开发网


http://www.dzkf.cn/html/PCBjishu/2007/1012/2681.html


4)     PCB敷铜小结-电子开发网


http://www.dzkf.cn/html/PCBjishu/2006/1018/840.html


5)     覆铜经验之我谈,谈下各位的看法[转] - PCB应用设计初学园地 - CEDN论坛 - Powered by Discuz!


http://www.cedn.cn/bbs/viewthread.php?tid=12320

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