電路板廠PCB的敷銅問題

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人氣：13244發布日期：2017-09-11 10:01【大中小】

電路板廠出于讓PCB焊接時盡可能不變形的目的，大部分PCB生產廠家會要求PCB設計者在PCB的空曠區域填充銅皮或者網格狀的地線。

但是我們的工程師對這個“填充”不敢輕易使用，也許是因為在PCB調試中，曾經吃過“苦頭”，也可能是專家們一直沒有給出明確的結論。

究竟敷銅是“利大于弊”還是“弊大于利”，本文用實測的角度來說明這個問題。

下面的測量結果是利用EMSCAN電磁干擾掃描系統獲得的，EMSCAN能使我們實時看清電磁場的分布，它具有1218個近場探頭，采用電子切換技術，高速掃描PCB產生的電磁場。是世界上唯一采用陣列天線和電子掃描技術的電磁場近場掃描系統，也是唯一能獲得被測物完整電磁場信息的系統。

先看一個實測的案例，在一塊多層PCB上，工程師把PCB的周圍敷上了一圈銅，如圖1所示。在這個敷銅的處理上，工程師僅在銅皮的開始部分放置了幾個過孔，把這個銅皮連接到了地層上，其他地方沒有打過孔。

PCB的敷銅問題

圖1 PCB不良接地的敷銅產生的電磁場

在高頻情況下，印刷電路板上的布線的分布電容會起作用，當長度大于噪聲頻率相應波長的1/20時，就會產生天線效應，噪聲就會通過布線向外發射。

從上面這個實際測量的結果來看，PCB上存在一個22.894MHz的干擾源，而敷設的銅皮對這個信號很敏感，作為“接收天線”接收到了這個信號，同時，該銅皮又作為“發射天線”向外部發射很強的電磁干擾信號。

我們知道，頻率與波長的關系為f= C/λ。

式中f為頻率，單位為Hz，λ為波長，單位為m，C為光速，等于3×108米/秒

對于22.894MHz的信號，其波長λ為：3×108/22.894M=13米。λ/20為65cm。

本PCB的敷銅太長，超過了65cm，從而導致產生天線效應。

目前，我們的PCB中，普遍采用了上升沿小于1ns的芯片。假設芯片的上升沿為1ns，其產生的電磁干擾的頻率會高達fknee = 0.5/Tr =500MHz。對于500MHz的信號，其波長為60cm，λ/20=3cm。也就是說，PCB上3cm長的布線，就可能形成“天線”。

所以，在高頻電路中，千萬不要認為，把地線的某個地方接了地，這就是“地線”。一定要以小于λ/20的間距，在布線上打過孔，與多層板的地平面“良好接地”。

對于一般的數字電路，按1cm至2cm的間距，對元件面或者焊接面的“地填充”打過孔，實現與地平面的良好接地，才能保證“地填充”不會產生“弊”的影響。

由此，我們進行如下延伸：

Ø 多層板中間層的布線空曠區域，不要敷銅。因為你很難做到讓這個敷銅“良好接地”

Ø 一塊PCB，不管有多少種電源，建議采用電源分割技術，并且只使用一個電源層。因為電源與地一樣，也是“參考平面”，電源與地的“良好接地”是通過大量的濾波電容實現的，沒有濾波電容的地方，就沒有“接地”。

Ø 設備內部的金屬，例如金屬散熱器、金屬加固條等，一定要實現“良好接地”。

Ø 三端穩壓器的散熱金屬塊，一定要良好接地。

Ø 晶振附近的接地隔離帶，一定要良好接地。

結論：PCB上的敷銅，如果接地問題處理好了，肯定是“利大于弊”，它能減少信號線的回流面積，減小信號對外的電磁干擾。

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