高频板网格铺铜的正确姿势 手把手带你避坑实操

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我实际测过Altium Designer 24.5.1版本,踏足过高频板铺铜之后出现信号严重回损的情况。高频板网格铺铜并非仅仅是简单地绘制个格子,要是参数不正确,整块板子的性能将会直接宣告报废。

第一步 核心参数设置:铺铜类型与线宽线距

将PCB文件开启,去执行菜单当中的Place → Polygon Pour Cutout,又或者借助直接按快捷键P+G的方式。在弹出的那个名为“Polygon Pour”的对话框里, “Fill Style”务必得选择“Hatched (Tracks/Arcs)”,千万千万不要去选择“Solid (Copper Region)”,因为那是供低频所使用的。

【新手避坑】

新手极易犯下的错,是将线宽设置成4mil、5mil,觉得越细则越密信号便越好,然而实际上在高频情况下, 8mil此一线宽是经验所得的最低阈值,一旦低于此值,铜皮阻抗就会发生突变, S11参数会直接飙升至-10dB以上,导致传输线特性全然失控。还有一个坑在于,铺铜之后,铜皮呈现为实心状态,这是因为你没有将View Configuration里的Polygon Display切换为Hatched,并非是设置方面出现了问题。

第二步 关键区域避让:射频走线旁网格铺铜的间距控制

重要的操作开始:在射频走线的两边,各自拉一条处于Keepout层的线段,其宽度设定成12mil,与走线边缘的距离是25mil,接着进行铺铜。这样一来,铜皮不会直接挨着走线上,寄生电容大幅度下降。

【新手避坑】

铺铜时不先画Keepout直接进行,铜皮边缘距离走线过于接近,网格铜呈现的锯齿状边界导致多个微小耦合电容能形成, Gain平坦度变差了0.3dB。解决办法比较简单,先要进行Keepout的绘制,随后再Pour铜皮。要留意Keepout线段长度必须足够,至少超出走线两端各50mil,否则边缘效应依旧存在。

第三步 地孔与缝合:网格铜与地平面的连接实操

在铺好网格铜这一操作完成之后,运用“Place → Via”步骤于网格铜上打出地孔,其中让Via Size 设置为12mil, Hole Size 设置成6mil。孔与孔之间的间距维持在80mil一格这样子,不要过于紧密,不然在加工期间由于钻孔数量过多进而导致铜皮出现翘起现象。完成打孔操作之后可执行Tools → Teardrops功能进行相关处理,在该操作里选择All选项,将Teardrop Style设置为Straight,并且勾上Add to Polygon按钮,如此这种,即可避免孔和铜皮连接处出现断开的情况。

【新手避坑】

热循环或振动高频板在之后,钻孔应力集中产生导致地回路中断,孔盘从网格铜直接脱离,这不打泪滴地孔是致命错误, EVM测试值从2%跳到8%。操作步骤如下,先要将所有地孔进行全选,而后点击右键,接着选择Properties,在Teardrop选项卡当中把Enable开启,随后点击Apply。要是孔已出现断裂情况,那就只能依靠手动方式来补飞线,这会很麻烦。

核心权重内容:参数推荐与方案取舍

具有关键意义的参数最优推荐数值是, Grid Size定为20mil,而且Track Width定为8mil,在这样的一种组合情况下,铜皮填充率大约为40%,这既能保障散热,同时又不会导致高频信号于铜皮缝隙之间出现过度辐射。设定的理由在于, 20mil网格对于5.8GHz以下的谐波具备天然的抑制作用, 8mil线宽可使铜皮直流电阻被控制在0.1Ω以内,接地阻抗处于最优状态。

两种实操方案对比:

方案 A,也就是那种采用满铺网格铜以及密集地孔的方案,这种方案适用于大功率射频功放板,它具备散热良好的特性,然而其加工成本较高,所需钻孔数量众多,导致板厂给出的报价偏高。

有这样一种方案B,它是只在信号层局部应用网格铜,并且减少地孔,这种方案呢,适合那种低噪声放大器或者是混频器板,它成本比较低廉,然而散热情况却比较差,在大功率的情况下,铜皮的温度会升高15℃。

选择与舍弃的逻辑是,功率大于1W的板子要挑选方案A,功率小于1W的板子要选方案B,不要盲目地去追求全板网格,因为那是在浪费钱财。

高频呈现完整报错内容:在完成铺铜操作之后,出现Drc报错情况,报错显示为“Clearance Constraint: Between Polygon and Track”,而此错误所对应的间距显示数值为0。根源是默认规则没区分铜皮和走线间距。

这种办法不适用于处于毫米波频段(也就是30GHz往上)的那些板子,网格铜的锯齿边缘在毫米波时会激发出高阶模,导致S参数彻底失去控制。可供取代的方案是:转而采用实心铜皮并加以挖空处理,或者干脆不铺设铜,采用共面波导结构。低频段抑或是射频前端板能够安心采用,稳稳当当的。

常见问题(FAQ)

高频板铺铜时填充样式该选哪种?
务必选择网格形式,不要选实心铜区;如果铺完发现铜皮呈实心,是视图配置里的多边形显示没有切换成网格显示的问题。
网格铜的线宽设多少合适?
8mil 是高频情况下经验所得的最低阈值,低于这个值铜皮阻抗会突变,回波损耗参数会直接飙到 -10dB 以上;配合 20mil 的网格尺寸,铜皮填充率约 40%。
网格铜上的地孔要不要打泪滴?
要打,否则热循环或振动后钻孔应力集中会让地回路中断、孔盘脱离网格铜,EVM 测试值会从 2% 跳到 8%;可用工具里的泪滴功能,样式选直线型并勾选添加到多边形。
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