如何优化铜平衡设计

倘若PCB层叠沿着它的中心线上下面的铜材出现不平衡（比如一个1.6mm厚度的PCB的中心线是指穿越0.8mm处的，把PCB上下一分为二的线），则可以造成PCB在高温自动焊接设备中焊接时，或长期在过高温度下运行下的PCB几何上的弯曲变形。一个弯曲变形的PCB绝对不是一个高质量PCB所应有的。因为它会引起焊接点的过早失效。甚至会造成大面积表面安装器件插针从PCB中拔出或者把体形较大的引线型元器件的引出线（脚）从PCB中拔出。

随着无铅焊接的大量使用，我们应该意识到，一个弯曲变形的PCB会施加某种程度的机械应力于焊接的线条和元器件上，并会促使锡焊须的生长。在这类情况下，该种锡焊须的电感长度可达1mm，并可能会引起电路不可靠运行（甚至造成带有危险性的安全问题）（请参阅本篇的6.7.1节）。

一个PCB的铜平衡与否取决于下列因素：

1）在每一个层面上未蚀刻的铜材的百分比（整个面积为完整平面的百分比为100%）；

2）完成后铜箔的厚度（在蚀刻和所有镀（涂）敷后）；

3）每一层离开PCB中心线的距离。

计算PCB上的铜平衡，就好像使用一个具有中心支点的天平，并将不同的重量附加到离开中心支点的不同距离上，最后使天平的平衡杆停留在水平位置上（即天平处于平衡状态）。有些计算机PCB叠层管理应用程序能够自动的计算铜平衡。但是，在PCB叠层的层数少于8层的情况下，由于使用天平分析所涉及的数学计算既简单又容易理解，所以即便采用人工计算也不是什么太困难的事情。

传统上，通过使用等间距的层间距离和对称的PCB设计（对称于PCB的中心线）就可以获得铜平衡。这里所指的一个对称的PCB还是这样的一个PCB：相对于它的中心线，它的上下两面都具有镜像叠层存在。下列的等间距叠层PCB就是一个对称PCB的典型例子。

第一层 信号

第二层 信号

第三层 平面

（中心线）(www.xing528.com)

第四层 平面

第五层 信号

第六层 信号

上面例子中的信号层，除了需要有相同的铜材厚度，PCB的设计工程师还需要对那些没有任何电路功能的区域要么增大蚀刻面积，要么对该面积进行充填。这样做不仅是用来保持铜材所占百分比相同，并以此来获得在它们整个面积上的均匀度。当然，平面层将需要使用厚度相同的铜材。

图2-6-1 铜平衡的示意图

（作为一个例子，使用的是1.6mm厚的PCB）

为了避免决定要求使用多少铜材充填才能使所有信号层具有相类似的未蚀刻百分数，有些制造厂商使用对称叠层和对所有信号层面上任何没有电路功能的已被蚀刻面积自动充填。这样一来，所有的层面（包括平面）都能被看做具有相同百分数的铜材。这样做的好处是，铜平衡可以简单地通过使用相同层间距和将PCB的叠层数目设计为偶数就可以获得。

可惜的是，蚀刻和面积充填的使用会对EMC性能产生不良影响。这一点将在本章6.4节中加以讨论。

上述的铜平衡方法只是为了避免增加任何额外工作的简单做法。在稍微增加一些设计工作量和时间的情况下，可以通过使用具有不同铜材百分数、厚度和非等距间距等非对称布局来获得性能完善的铜平衡。这样做的好处是使我们能够使用更为靠近的线条-平面间距（请参阅本章6.3.1和6.3.2节），并有助于避免由于蚀刻和面积充填所引起的EMC问题。