PCB设计中的铺铜策略：利弊与适用场景

为什么要铺铜

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0.引子

在制作PCB时，通常在“泪滴”步骤之后，就是该PCB铺铜了（至少我是这样🤪），似乎“铺铜”这一个动作已经成为习惯了，或者是条件反射，手不自觉就会点到“铺铜“按钮上。但是**铺铜有什么作用呢？什么时候铺铜？什么时候不需要铺铜呢？**难道仅仅为了好看吗？

1.降低地线的阻抗，提供良好的屏蔽效果

数字电路中存在大量尖峰脉冲电流，

电压尖峰的特点是持续数十微妙及高达几百伏的电压，通俗的说，就是在系统电压不稳，或者突然来电的时候，由于电子原件的电感、电容等原件的作用，会导致在系统中产生比正常工作的电压高许多甚至几倍十几倍的瞬间高电压，这个高电压的最高值就尖峰电压。

当存在尖峰脉冲电流，就有可能对装置内的芯片等元器件造成损坏。因此降低地线阻抗显得更有必要，铺铜是一种常见的降低地线阻抗的方法。

大面积的地或电源铺铜还可以起到屏蔽作用，有助于减少电磁干扰，提高电路的抗干扰能力，满足EMC的要求。

2.提高散热性能

铜箔具有很高的散热性能，它能帮助电路板在运行过程中将产生的热量有效地散散去，防止设备过热，提升产品寿命和稳定性。

以下是一些方法：

设计铜面积足够大：如果条件允许，尽可能设计出更大面积的铜箔，让它能占据更多的电路板空间。大面积的铜箔可以提供更多的散热路径，从而增强散热效果。使用热飞线：在需要定点散热的元件上，可以使用热飞线连接到较大的铜面，这样可以将热量快速引导到较大的铜面进行散热。避免孤立的铜：设计时应尽量避免产生孤立的铜岛，这样的铜面容易积聚热量，不易散热。尽可能使铜面相连，以利用大面积的传热效果。与地层铜面连通：如果条件允许，可以考虑将散热铜面通过过孔与地层铜面连通，以利用地层大面积的铜对热量的扩散。考虑散热通道：在布局设计时，要考虑充分利用散热通道，如机壳或散热孔等地方应尽量留白空间，不要阻挡散热通道的形成，有利于热风通过。增加线宽：尽量增加用于散热的铜箔线的线宽，使其能更有效地传导热量。

3.增加机械强度，防止材料迁移

众所周知，在PCB制造当中，元器件之间的走线是铜材质的。而我们最常用的PCB材质是FR-4材料。两者材料不同，材料形变量固然不同。当焊接温度高时，可能就会引起材料形变。这导致两种材料形变程度不一样，可能导致PCB变形断裂。

当铺铜后，那在FR-4材料上就会覆盖一层铜，可以减小两者形变程度。在一定程度上减小断裂风险。

4.不适合铺铜

铺铜虽好，但不要”贪“铺哦🥳🥳🥳

虽然铺铜在许多情况下对于电路板设计都是非常有益的，但是在某些情况下，铺铜可能会导致问题。

以下是一些不适合铺铜的情况：

高频电路设计：在高频电路中，铺铜可能会导致不必要的电源噪声和信号干扰。这是因为高频信号更易于在铜面上引起反射和干扰。在这种情况下，一般会避免在信号线附近铺铜，或者使用屏蔽、阻尼、滤波等手段解决。电源或地面敏感设计：如果电路中有需要严格控制电源或地面的部分，如精密模拟电路、高电流电源电路等，铺铜可能会改变电路的电流和电压分布，影响电路性能。这中情况下可能需要根据电路特性和需求来决定是否铺铜。机械强度需求：如果电路板需要承受机械应力，如弯曲或扭转，过多的铺铜可能会改变板的刚度，影响其机械性能。这种情况下可能需要适当减少铺铜，或者采用更适合的铺铜布局。热设计需求：铺铜虽然可以帮助散热，但是如果热设计不合理，也可能使得热量集中，形成热点。比如在高功率元器件附近过度铺铜可能会阻碍对元器件的散热。冲击和振动问题：在一些可能受到冲击或振动影响的设计中，过多的铺铜可能因其相对较重的质量而引起板的位移或磁场的变化，可能需要调整铺铜量。

所以，在PCB设计中，需要根据具体的电路要求、环境要求和特殊应用场景，选择铺铜还是不铺铜。

宛如《哈姆雷特》里写的一样：To be, or not to be, that is the question（成仁，还是苟且，这是问题所在）

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