Αν είστε σχεδιαστής PCB, πιθανώς έχετε ακούσει τους ανώτερους μηχανικούς να μιλούν για "απομονωμένο χαλκό" ή "νεκρό χαλκό". Αυτοί οι δύο όροι αναφέρονται στο ίδιο πράγμα – χάλκινες διαδρομές στο PCB που είναι "μη συνδεδεμένες". Μπορεί να φαίνονται ασήμαντες, αλλά αν δεν αντιμετωπιστούν σωστά, μπορούν να προκαλέσουν την κατάρρευση της απόδοσης ολόκληρης της πλακέτας, ή ακόμα και να οδηγήσουν σε αστοχία του προϊόντος! Σήμερα, θα εξηγήσουμε τους κινδύνους του απομονωμένου χαλκού και πώς να λύσουμε το πρόβλημα με απλούς όρους, ώστε ακόμη και οι αρχάριοι να μπορούν να το καταλάβουν εύκολα!

Πρώτον, ας καταλάβουμε: Τι είναι ο "απομονωμένος χαλκός"; Γιατί συμβαίνει;

Με απλά λόγια, ο απομονωμένος χαλκός είναι χάλκινη διαδρομή στο PCB που είναι "απομονωμένη"—δεν έχει καθορισμένη ηλεκτρική ιδιότητα και δεν είναι συνδεδεμένη με κανένα δίκτυο κυκλώματος (όπως GND ή VCC), σαν ένα "ορφανό" στην πλακέτα κυκλώματος.

Αυτός ο απομονωμένος χαλκός δεν είναι σκόπιμα σχεδιασμένος. είναι κυρίως ένα "ατύχημα" που συμβαίνει μετά την έκχυση χαλκού: είτε τα εξαρτήματα στο PCB είναι πολύ πυκνά συσκευασμένα, είτε η δρομολόγηση είναι πολύ περίπλοκη, εμποδίζοντας τον χαλκό να καλύψει πλήρως την περιοχή, αφήνοντας ένα μικρό κομμάτι "scrap" που δεν είναι συνδεδεμένο με κανένα δίκτυο. Μην νομίζετε ότι αυτό είναι ένα μικρό πρόβλημα. η καταστροφική του δύναμη είναι πολύ πιο σοβαρή από ό,τι φαντάζεστε!

Προσοχή! Οι 6 κύριοι κίνδυνοι του απομονωμένου χαλκού, που επηρεάζουν άμεσα την αξιοπιστία του προϊόντος

Πολλοί αρχάριοι σκέφτονται, "Είναι απλώς ένα μικρό κομμάτι χαλκού, δεν χρειάζεται να ανησυχώ", αλλά σε πραγματικά έργα, ο μη επεξεργασμένος απομονωμένος χαλκός μπορεί να προκαλέσει μια σειρά προβλημάτων, ακόμη και να καταστήσει άχρηστες όλες τις προηγούμενες προσπάθειες:

• Επίδραση κεραίας

Ο απομονωμένος χαλκός λειτουργεί σαν μια κρυφή κεραία, λαμβάνοντας και εκπέμποντας ενεργά ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Ειδικά σε κυκλώματα υψηλής συχνότητας, ενισχύει σοβαρά τις ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές, οδηγώντας σε διασταυρούμενες συνομιλίες σήματος και αυξημένο θόρυβο, καθιστώντας τη μετάδοση σήματος ένα χαοτικό χάος;

• Διάδοση θορύβου

Γίνεται ένα "κανάλι διάδοσης" για θόρυβο υψηλής συχνότητας. Τα κοντινά ευαίσθητα σήματα (όπως τα σήματα PWM και οι γραμμές ρολογιού) παρεμβάλλονται εύκολα, με αποτέλεσμα το τρέμουλο και την παραμόρφωση του σήματος, επηρεάζοντας τελικά τη λειτουργικότητα του προϊόντος;

• Σύζευξη κατανεμημένης χωρητικότητας

Ο απομονωμένος χαλκός και τα γειτονικά καλώδια σχηματίζουν "αόρατους πυκνωτές", οι οποίοι όχι μόνο συζεύγνουν θόρυβο αλλά και αλλάζουν τα χαρακτηριστικά σύνθετης αντίστασης του σήματος, ένα "μοιραίο χτύπημα" για τη μετάδοση σήματος υψηλής ταχύτητας;

• Κίνδυνοι θερμικής διαχείρισης

Όταν διέρχονται μεγάλα ρεύματα, η απομονωμένη περιοχή χαλκού παρουσιάζει ανομοιόμορφη απαγωγή θερμότητας και η αυξημένη τοπική αντίσταση οδηγεί εύκολα σε υπερθέρμανση, επιταχύνοντας τη γήρανση του κυκλώματος και μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του προϊόντος;

• Κίνδυνος παραμόρφωσης PCB

Κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης (όπως η συγκόλληση κυμάτων), μεγάλες περιοχές απομονωμένου χαλκού διαστέλλονται ανομοιόμορφα λόγω της θερμότητας, οδηγώντας σε στρέβλωση και αποκόλληση του PCB, καθιστώντας την πλακέτα άχρηστη;

• Μειωμένη αξιοπιστία της διαδικασίας

Κατά τη διάρκεια των διαδικασιών χάραξης και επιμετάλλωσης, οι απομονωμένες περιοχές χαλκού είναι επιρρεπείς στην αποκόλληση φύλλων χαλκού λόγω συγκέντρωσης τάσης, επηρεάζοντας τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα του προϊόντος.

Πρακτικές συμβουλές: 2 μέθοδοι για το χειρισμό του απομονωμένου χαλκού, εύκολες για αρχάριους

Δεδομένου ότι ο απομονωμένος χαλκός θέτει τόσο σημαντικούς κινδύνους, πώς πρέπει να αντιμετωπιστεί; Ακολουθούν δύο από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες και αξιόπιστες μεθόδους, επιλέξτε ανάλογα με τις ανάγκες σας:

Μέθοδος 1: Δίνοντας στον απομονωμένο χαλκό ένα "Σύστημα υποστήριξης" – Ανάθεση χαρακτηριστικού GND
Αυτή είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος. Η βασική ιδέα είναι να γίνει ο απομονωμένος χαλκός "μέρος της ομάδας". Γενικά, ο απομονωμένος χαλκός ανατίθεται στο δίκτυο GND (γείωση). Η λειτουργία είναι απλή: προσθέστε GND vias στον απομονωμένο χαλκό, συνδέοντάς τον με το υποκείμενο στρώμα χαλκού GND.

Σημείωση: Η προϋπόθεση είναι ότι το υποκείμενο στρώμα χαλκού πρέπει να έχει το χαρακτηριστικό GND. διαφορετικά, θα οδηγήσει σε νέα ηλεκτρικά προβλήματα!

Μέθοδος 2: Αποτροπή από την πηγή – Προσθήκη περιοχής αποκλεισμού έκχυσης χαλκού
Εάν θέλετε να αποφύγετε εντελώς τον απομονωμένο χαλκό, μπορείτε να "στήσετε άμυνες" εκ των προτέρων. Λαμβάνοντας το λογισμικό Altium Designer (AD) ως παράδειγμα (η λογική είναι παρόμοια σε άλλο λογισμικό), πριν από την έκχυση χαλκού, σχεδιάστε πρώτα τις περιοχές όπου απαγορεύεται η έκχυση χαλκού. Αυτό εμποδίζει την παραγωγή χαλκού σε αυτές τις περιοχές, αποφεύγοντας έτσι τον απομονωμένο χαλκό από την πηγή.

Βήματα λειτουργίας: Ανοίξτε το λογισμικό Altium Designer → Κάντε κλικ στο "Place" στο επάνω μέρος → Επιλέξτε "Keepout" → Σχεδιάστε την περιοχή όπου πρέπει να απαγορευτεί η έκχυση χαλκού → Στη συνέχεια, εκτελέστε τη λειτουργία έκχυσης χαλκού για να λάβετε μια πλήρη έκχυση χαλκού χωρίς απομονωμένο χαλκό.

Τέλος, μια υπενθύμιση:

Η επεξεργασία απομονωμένου χαλκού μπορεί να φαίνεται σαν μια "μικρή λεπτομέρεια" στο σχεδιασμό PCB, αλλά σχετίζεται άμεσα με την ηλεκτρική απόδοση, τη σταθερότητα και τη διάρκεια ζωής του προϊόντος. Είτε είστε αρχάριος είτε ανώτερος μηχανικός, πρέπει να αναπτύξετε τη συνήθεια να ελέγχετε και να αντιμετωπίζετε τον απομονωμένο χαλκό κατά το σχεδιασμό PCB για να αποφύγετε δαπανηρά λάθη.