PCB 銅箔灌注基礎
1 分鐘
- 什麼是 PCB 設計中的銅箔灌注（Copper Pour）？
- 銅箔灌注的實作：
- 網格與實心銅箔灌注
- JLCPCB 於拼板外圍添加銅箔灌注
什麼是 PCB 設計中的銅箔灌注（Copper Pour）？
銅箔灌注是指在 PCB 的銅層中，將未使用的區域以實心銅面填滿的技術。這些銅面會連接到電源或接地網路，形成連續的導電路徑。銅箔灌注通常用於電源層與接地層，也可在特定用途下用於訊號層。
銅箔灌注的目的：
接地層：銅箔灌注可形成實心的接地層，為訊號提供低阻抗回流路徑，並降低電磁干擾（EMI）。
電源層：銅箔灌注可作為電源層，將電源均勻分佈於整個 PCB，減少壓降並提升電源穩定性。
散熱：銅箔灌注可作為散熱片，將高功率元件產生的熱量擴散並散發，防止過熱並確保 PCB 的可靠性。
銅箔灌注的優點：
提升訊號完整性：透過減少接地迴路、雜訊與干擾，銅箔灌注有助於維持訊號完整性並降低訊號衰減。
改善熱管理：銅箔灌注可增強散熱效果，防止熱點並確保元件在最佳溫度下運作。
節省銅材：有效利用銅箔灌注可減少額外走線需求，提高銅材使用效率，進而節省成本。
銅箔灌注的實作：
放置銅箔灌注代表將 PCB 上的空白區域以平面銅填滿。它們是PCB 設計的重要一環，所有主流 PCB 設計軟體都能自動放置。銅箔灌注可降低接地阻抗以提升 EMC、減少壓降以提高電源效率，並縮小迴路面積以降低 EMI。
在銅箔灌注內使用熱隔離焊墊（Thermal Relief Pads）
銅的導熱性極高（約 380 W/(m·K)）。因此，若焊墊四周完全連接至鄰近銅面，焊接時熱量會迅速散失，導致焊接困難。「熱隔離焊墊」可減少熱散失，協助焊接。
網格與實心銅箔灌注
我們知道，在高頻條件下，PCB 走線的分佈電容會產生作用。當走線長度大於雜訊頻率對應波長的 1/20 時，該走線會如同天線，將雜訊輻射至周圍空間。任何接地不良的銅箔灌注都會助長雜訊傳播。因此，在高頻電路中，接地不僅需要電氣連續性，還必須以小於 λ/20 的間距佈置。走線上的導通孔可協助多層板與接地層「良好接地」。設計得當的銅面不僅能提高電流承載能力，還能降低 EMI。
銅箔灌注通常有兩種形式：實心與網格。實心灌注可提升電流容量並提供屏蔽，但過波焊時可能因熱膨脹導致板彎或銅箔剝離，可透過在實心銅面上開槽／開窗緩解。網格灌注主要用於屏蔽，電流承載能力較低；因銅面積較小，散熱可能較佳。然而，網格灌注的銅「線段」可能增加 EMI：當這些線段長度與電路工作頻率的電氣長度相近時，整片灌注會像多根天線同時發射干擾訊號，導致電路無法正常運作。應依 PCB 電路特性選擇灌注類型：高頻且需 EMI 控制者用網格灌注，低頻或大電流者用實心灌注。
現代 PCB 設計對精度與品質要求更高，所有主流板廠已放棄低成本濕膜製程，改採更優的乾膜製程。網格銅箔在乾膜製程中可能導致乾膜破裂，因此建議盡量使用實心灌注。
內層銅填充
銅覆蓋率：內層經蝕刻後，剩餘銅面積相對於整板面積的比例。
壓合：將 Prepreg 裁切成適當尺寸，置於內層芯板之間或芯板與銅箔之間。將疊好的層壓板（laminate）加熱加壓，使 Prepreg 中的樹脂熔化，流入鄰層無銅區域，冷卻後將各層黏合。
設計問題：銅覆蓋率低代表 Prepreg 的樹脂需流動更遠以填補缺銅區域，可能導致成品板厚低於預期、銅層皺褶、樹脂空洞，甚至因樹脂不足而分層。
設計建議：在板內空白處盡量放置銅箔灌注，並與高速訊號走線保持至少 0.5 mm 間距。
計算總壓合板與成品板厚度
理論壓合板厚度
= 外層銅箔 + 固化後 Prepreg + 芯板
= (0.7×2) + (4.54+4.48) + (1.2+44.84+1.2) = 57.66 mil = 1.46 mm。
理論成品板厚度
= 防焊層 + 電鍍外層銅 + 固化後 Prepreg + 芯板
= (1×2) + (1.4×2) + (4.54+4.48) + (1.2+44.84+1.2) = 61.06 mil = 1.55 mm。
其中固化後 Prepreg 厚度
= 未固化 Prepreg 厚度 – 相鄰芯板層樹脂需填補的厚度
= 未固化 Prepreg 厚度 – ((1 – 銅覆蓋率) × 銅厚)
下方表格為一例疊構說明。
以第 1、2 層為例：
- 未固化 Prepreg 厚度 = 4.72 mil，第 2 層銅覆蓋率 = 85%，內層銅厚 = 1 oz，
- 固化後 Prepreg 厚度 = 4.72 – ((1 – 85%) × 1.2) = 4.54 mil。
雖然標稱 1 oz 銅厚為 35 μm，但經前處理與棕化損耗後，實際厚度為 30 μm（1.2 mil）。
JLCPCB 於拼板外圍添加銅箔灌注
JLCPCB於拼板之內外層添加銅箔灌注，以避免大面積空白造成板厚不足、電鍍不均等缺陷。銅箔僅加在板邊工作條、橋接區等拼板外圍區域，不會加在可用 PCB 內部。基準點、機械孔、鼠咬孔及 V-Cut 周圍均會保留間距。
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