印刷電路板上空白區域鋪銅的重要性
1 分鐘
- 外層銅箔填充：雙層與多層板
- 解決方案
- 內層銅箔填充：多層板
- 在銅箔填充中使用熱阻焊盤
- 網格銅箔填充與實心銅箔填充
- 內層的銅填充
- 計算總層壓板和成品板厚度
- 設計指南總結
- 注意：JLCPCB 添加銅箔填充的重要性
在 PCB 設計中，過多的空白區域沒有銅箔會對製造和最終產品的品質產生負面影響。放置銅箔填充意味著用平面銅填充 PCB 上未使用的空間。這是 PCB 設計的重要一環，所有主要的 PCB 設計軟體都能自動放置銅箔填充。銅箔填充有助於建立 EMC，因為它能降低接地阻抗、透過減少電壓降來提高電源效率，並透過縮小迴路面積來減輕 EMI。
JLCPCB 擁有五座自營的智慧生產基地，並一直使用業界領先的設備和原材料來生產高品質 PCB。JLCPCB 對 PCB 的所有生產環節都有卓越的控制。在本文中，我們將一窺 JLCPCB 工廠，探討 PCB 如何進行電鍍和蝕刻，並了解為什麼在未使用的板面區域進行銅箔填充很重要，以及使用銅箔填充時需要注意的事項。
您可能會問：將未使用的區域留白難道不會因為使用較少的銅而節省成本嗎？答案是：會，但在空白區域保留銅對品質和良率有好處，而這些更為重要。
未使用的區域留白
未使用的區域以銅箔填充
外層銅箔填充：雙層與多層板
一旦乾膜被應用到板子上後，它們會被放入電鍍液中，使用固定電流進行電鍍。
已完成圖像轉移的 PCB 準備進行電鍍
未被乾膜覆蓋的裸露銅面，在電流的作用下，會因溶液中的銅而增加厚度。
PCB 在電解槽中進行電鍍
在此過程中，裸露銅面的面積大小會影響電流的分佈。電流在大面積銅面上作用更均勻，這就是為什麼在 PCB 設計中建議使用大面積銅箔填充的原因。
大面積銅面裸露以進行電鍍
相反地，如果裸露的銅面面積很小或在 PCB 上分佈不均勻，它們會經歷不同的電流量，最終導致厚度不同，電流較高會導致鍍層較厚。這可能導致標稱 1 oz 的板子具有 2 oz 的銅厚。
電鍍時裸露的銅不足
電鍍的化學過程
當兩條間距非常小（例如 4 或 5 mil）且周圍沒有銅的走線進行電鍍時，它們會長得非常厚，以至於它們之間的乾膜在蝕刻前變得難以去除。這會導致多餘的銅殘留在走線之間，可能導致短路。
乾膜殘留在兩條緊密排列的走線之間
解決方案
為確保品質，請盡可能在設計中避免創建「孤立」的走線，並盡可能在整個板子上鋪設銅箔填充。如果某些「孤立」走線無法鋪設銅箔填充，請將走線間的間隙設計得盡可能寬。以下是一些有問題的設計及其改進版本的範例。
銅箔填充僅部分覆蓋：
改善前
改善後
完全沒有銅箔填充：
改善前
改善後
內層銅箔填充：多層板
多層 PCB 是透過將半固化片裁切成正確尺寸，將其放置在兩個芯板層之間或一個芯板層與一個銅箔層之間，並對疊層施加高溫高壓，以熔化和固化半固化片中的樹脂，從而將各層粘合在一起。
半固化片
內層芯板
疊層
1) 如果銅層有大面積的空白區域，半固化片上的樹脂將必須擴散以填充無銅區域。這可能導致 PCB 比平常更薄、銅層出現折疊和皺摺、樹脂中出現空洞，以及可能的分層。
銅層中的折疊
樹脂層中的空洞，可從白色痕跡看出
設計範例：
改善前
改善後
2) 如果金手指的內層區域非常空曠，金手指區域的厚度將比預期薄，這可能導致 PCB 與配對連接器插槽等接觸不良。
標稱 1.6 mm，實測 1.41 mm
改善前：金手指內層區域無銅箔填充
改善後
對於帶有金手指的 PCB：必須在金手指的內層區域進行銅箔填充，因為這些區域有更嚴格的厚度要求。下單時，請確保選擇具有足夠標稱成品厚度的疊構，並避免使用厚度接近您可接受下限的疊構。
以下是關於使用銅箔填充注意事項的討論。對於多層板，在內層空白區域進行銅箔填充主要是為了增加銅面積並減少樹脂擴散區域，以確保壓合的可靠性和成品板的厚度公差。在外層空白區域進行銅箔填充的目的，主要是為了均勻電鍍電流，避免因過度蝕刻導致的短路和細線風險，並使表面銅厚更均勻。
在銅箔填充中使用熱阻焊盤
銅的導熱性非常好（約 380W/(m·K)）。因此，如果一個焊盤在所有側面都完全連接到其相鄰的銅平面上，焊接時熱量會極快地散發出去，從而導致焊接問題。使用「熱阻」焊盤是為了減少散熱並有助於焊接。
| 焊盤類型 | 直接連接 | 熱阻焊盤 |
| 範例 | ||
| 描述 | 完全連接到平面的焊盤在焊接時散熱快，需要更長的焊接時間和更高的溫度。這是不好的，因為長時間暴露在高溫下可能導致銅平面變形。 | 較佳設計： 在銅平面內的焊盤周圍使用熱阻焊盤。黑色區域是銅中的間隙。輻條寬度 (A) 和間隙 (B) 都應大於 0.25 mm。熱阻焊盤可減少散熱，並因減少能量浪費而提高焊接品質。 |
網格銅箔填充與實心銅箔填充
眾所周知，在高頻條件下，PCB 上走線的分佈電容會發揮作用。當走線長度大於雜訊頻率對應波長的 1/20 時，走線會像天線一樣，將此雜訊傳輸到周圍空間。任何接地不良的銅箔填充都將有助於進一步傳播此雜訊。因此，在高頻電路中，接地連接不僅需要電氣連續性，還必須以小於 λ/20 的間距排列。走線上的導孔有助於實現對多層板接地層的「良好接地」。設計得當的銅平面不僅能增加載流能力，還能減少 EMI。
銅箔填充通常有兩種形式：實心和網格。實心銅箔填充既能增加載流能力又能提供屏蔽，但在通過波峰焊時可能導致翹曲和銅箔剝離。這可以透過在實心銅箔填充中設計槽/開口來緩解。另一方面，網格銅箔填充主要用於屏蔽，載流能力不高。網格銅箔填充可能有利於散熱，因為它們減少了銅面積。然而，網格銅箔填充的一個缺點是，構成它的銅「線段」可能增加 EMI：當這些線段的長度與電路工作頻率的電氣長度相似時，整個銅箔填充可能像許多天線一樣傳輸干擾信號，導致電路可能完全無法工作。最好根據 PCB 上的電路選擇銅箔填充的類型：對有 EMI 要求的高頻電路使用網格銅箔填充，對低頻或大電流電路使用實心銅箔填充。
隨著現代 PCB 設計要求更高的精度和品質，所有主要的 PCB 製造商都已放棄低成本的濕膜工藝，轉而採用更優越的乾膜工藝。網格銅箔填充在乾膜工藝中可能導致薄膜破裂，因此建議盡可能使用實心銅箔填充而非網格銅箔填充。
| 填充類型 | 無 | 網格 | 實心 |
| 圖片 | |||
| 描述 | 不推薦。沒有銅箔填充可能導致翹曲和其他缺陷。 | 不推薦。網格圖案可能導致薄膜破裂，從而引發品質問題。如果需要網格銅，請保持間隙 (A) 和寬度 (B) 在 0.25 mm 以上。 | 理想設計：用實心銅填充空白區域。與走線和焊盤保持至少 0.2 mm 的間距，對於高速走線則保持 0.5 mm。 |
內層的銅填充
銅覆蓋率：蝕刻後內層上剩餘的銅面積相對於總板面積的比例。
| 覆蓋率 | 100% | 85% |
| 照片範例 |
壓合：將半固化片裁切成適當尺寸，然後放置在內層芯板之間或芯板與銅箔之間。對疊層（層壓板）加熱加壓，以熔化半固化片層中的樹脂成分。樹脂流動以填充相鄰層上無銅的區域，並在冷卻後將各層粘合在一起。
| 材料 | 半固化片 | 內層芯板 | 層壓板 |
| 照片 |
設計問題：內層銅覆蓋率低意味著半固化片中的樹脂必須擴散更多以填充無銅區域。後果包括板子比預期薄、銅層出現折疊/皺摺、樹脂中出現空洞，以及因樹脂不足導致的潛在分層。
| 缺陷 | 銅層「皺摺」 | 樹脂空洞 |
| 照片 |
設計建議： 盡可能在板子的空白區域放置銅箔填充。與高速訊號走線保持至少 0.5 mm 的間距。
| 設計 | 改善前 | 改善後 |
| 銅層 |
計算總層壓板和成品板厚度
理論層壓板厚度 = 外層銅 + 固化半固化片 + 芯板
= (0.7×2) + (4.54+4.48) + (1.2+44.84+1.2) = 57.66 mil = 1.46 mm。
理論板厚 = 防焊層 + 電鍍外層銅 + 固化半固化片 + 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，固化半固化片厚度 = 未固化半固化片厚度 – 相鄰芯板層上需填充的厚度
= 未固化半固化片厚度 – ((1 – 銅覆蓋率) × 銅厚)
下表描述了一個疊構範例。
以第 1 層和第 2 層為例：
- 未固化半固化片厚度 = 4.72 mil，第 2 層銅覆蓋率 = 85%，內層銅重 = 1 oz，
- 固化半固化片厚度 = 4.72 – ((1 – 85%) × 1.2) = 4.54 mil。
雖然標稱 1 oz 銅厚為 35 μm，但由於前處理和棕化過程中的損耗，實際厚度為 30 μm (1.2 mil)。
設計指南總結
1. 不要讓任何 PCB 區域沒有銅而留白。用銅箔填充這些區域。
2. 如果無法進行銅箔填充，則設計走線時應假設銅重為 2 oz，最小間距為 8 mil（走線到走線、走線到焊盤、焊盤到焊盤）。
3. 銅箔填充應與功能性走線和焊盤保持足夠的間距，理想情況下大於 0.5 mm。避免使用網格銅箔圖案，尤其是小網格尺寸；改為偏好實心銅箔填充。
4. 金手指的所有內層必須有銅箔填充，以避免板厚不足。避免使用成品厚度較薄的疊構。
5. 在 PCB 天線周圍，應根據具體產品要求設計銅箔填充，以避免干擾天線的工作。
注意：JLCPCB 添加銅箔填充的重要性
對於多層 PCB，JLCPCB 可能會在內層和外層的拼板上添加銅箔填充，以避免因大面積空白區域導致的缺陷，如板厚過低和電鍍不均勻。銅箔填充只會添加到工藝邊、橋接片和 PCB 單元外的其他區域。有用的 PCB 內部不會添加銅。在光學點、機械孔、鼠標孔和 V-Cut 周圍會添加間隙。
JLCPCB 將推動技術創新視為己任，並持續努力為客戶提供更廣泛的 PCB 製造選擇。不僅如此，JLCPCB 還提供一站式 PCBA 服務，從訂購高品質 PCB，到採購超過 100 萬種正品電子元件，再到使用先進的 SMT 機器組裝您的 PCB。立即在JLCPCB 官網註冊，即可獲得高達 $60 的新用戶優惠券，從這裡開始您的 PCB 之旅！
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