无锡机电高等职业技术学校 刘立钧

在数字电路中，噪声不是来自于基本的物理源，而是来自于运行着的电路本身，尤其是其他信号频繁翻转所产生的噪声。高度的互联密度导致了每个网络与其与网络相隔更近，从而引起了相邻网络的容性耦合。在硬件电路设计开销方面，逻辑功能设计的开销大为降低，而与信号完整性设计相关的开销，将占总开销的80%甚至更多。为此，在高速PCB设计中电磁兼容是必须考虑的问题，比较好的方法就是在已经设计好的PCB布线区域覆铜。

首先对于布线，在室温条件下，铜箔厚度为35微米时0.1mm宽的导线可以承载0.5A的持续电流而导线温升不超过10℃。这对于一般信号传输线，其电流负载能力，完全能满足要求，所以一般印制板的导线最小宽度不小于0.10mm，高可靠的3级印制版导线最小宽度大于0.13mm。对于电源用印制板或电流较大的电源线、接地线，要计算导线的负载电流大小，选择较宽的导线。而信号传输导线的电流都很小，在导线的宽度能满足负载的要求和工艺极限的条件下，可以采用较细的导线，有利于提高布线密度和调整特性阻抗。导线宽度大小的安排是：地线宽度>电源线宽度>信号线宽度，其宽度应根据导线的电流负载能力、导线的阻抗要求和布线密度等因素综合考虑并进行优化，除有特性阻抗要求的信号导线以外，其他导线尤其是地线和电源的总线尽可能适当加宽，有利于制造和提高使用的安全系数。SMT印制板的导线宽度，应根据布线密度需要可小于0.2mm，高密度板导线宽度可小于0.1mm，导线宽度越小加工难度越大，在空间允许的条件下也应适当选择宽些的导线，既有利于制造，又能提高耐电流能力的可靠性和降低高速信号的RF辐射。高速印制板中不同层面当中的信号导线走向最好能够垂直交叉布线，以便减小相互干扰，而在同一层面的电源与地线要设计得靠近并且平行，尤其供电给集成电路及退耦和旁路电容更应该如此。

在高速电路印制板中，经常采用较大的铜箔面积作为屏蔽或高速信号线的返回面即覆铜。在多层板中设置接地面和电源面。在覆铜区域的焊盘、过孔应设计焊盘隔热环，焊盘通过条辐与覆铜相连。这样该焊盘周围露出部分绝缘材料不与覆铜相连能降低热传递的速度，可以防止焊接时热量迅速传递至内层，使焊盘升温较慢而延长焊接时间，不会因长时间的焊接热量而使内层热量累积过多引起基材起泡和分层。

图1 隔热环示意图

图2 与大的接地面积连接的SMT焊盘

隔热环上的导电条幅宽度减小，这就有利于焊接时，焊盘上的热量集中在圆形焊盘上，不会通过导电条幅很快散失，有利于保证焊接质量。热隔离焊盘上条幅的导电能力与条幅的宽度和厚度即截面积有关。

印制板的表面焊盘对同一元器件焊盘组的焊盘面积尺寸要一致，保持其热容量的一致。尤其是对尺寸较小的片式电阻、容元器件，如果两端的焊盘面积不同，或一端为焊盘，另一端为直接将大的接地面作为焊盘，在回流焊接时同样的加热条件下，面积较大的焊盘吸热量大、升温慢，面积小的焊盘升温快，形成所谓的“立碑”现象，使焊接失效。

与宽导线或大面积相连接的SMT焊盘，应在焊盘与导线或导体相连部位将导线逐步变细形成“缩径”，使在焊接时热量在细线部位传递慢，焊盘热量散失少，可以防止焊膏的流失引起焊接不良。高速电路中有阻抗匹配要求的信号线不采用“缩径”设计以免引起阻抗的变化，由于信号电流很小，只要满足负载电流能力要求，我们直接采用宽度均匀的较细导线与焊盘连接。BGA元器件焊盘引出的过孔导线要尽量短，并且在过孔与焊盘之间必须用阻焊膜加以覆盖，以防止在回流焊时，焊料流入过孔中，使焊盘上因为焊料不足而影响焊接质量，同时流入过孔中的焊料在高温下也会影响过孔的可靠性。

SMT元器件焊盘如果与多层板内层大面积的地线层、电源层或屏蔽层有电气连接，应该与BGA过孔相似的方法，从元器件焊盘旁边与之相连的过孔连接，不能在焊盘上直接设置过孔，以防增大焊盘的热容量和焊接时焊料通过过孔流失。对BGA器件靠近焊盘的过孔应当用导电胶或阻焊填料填充。

在印制板表面层无布线的区域铺设的铜箔或覆铜，表层大面积的非高速信号导线和电源线、地线等其铜箔面积超过25mm×25mm应开窗口设计成网状，可以减少大面积导线在焊接时的吸热量，有利于焊接并可减少印制板的翘曲。作为微带线和微带状线接地平面及多层板内层的大面积地平面和电源平面，不允许开窗口，否则会引起特性阻抗的不连续，影响信号的完整性。

振荡器和时钟电路是高速印制板上主要的时变电流信号发生源，为了捕获振荡器内和时钟电路产生的共模辐射电流，减少RF辐射对周围电路的影响，我们把振荡器、晶振和所有的时钟支撑电路设置在印制板的表层，放在元器件下一个单独的局部接地面上，该接地面通过多个过孔直接与多层板内层的地平面连接，并且连接孔尽量靠近振荡器的接地引脚，时钟信号线串联电阻性的匹配器分布在接地螺钉附近。

总之，PCB覆铜并不是如教科书上只有在软件印制板上绘制覆铜区域而简单设置就可以完成的，通过实践，覆铜对电磁兼容还是可以有很多贡献的。