Gibt es Gründe, *keine* Massefläche aus Kupfer auf einer Leiterplatte zu haben?

Ich unternehme einen ersten Versuch, eine Leiterplatte von Grund auf neu zu entwerfen. Ich erwäge die Verwendung eines CNC-Mühlenherstellungsprozesses, und es scheint, als würde ich mit diesem Prozess so wenig Kupfer wie möglich entfernen wollen. Eine Erdungsebene im Kupferguss-Stil scheint eine gute Möglichkeit zu sein, diese Einschränkung zu umgehen.

Aber ich habe festgestellt, dass relativ wenige PCB-Designs eine Masseebene haben, und selbst diejenigen, die sie haben, haben sie oft nur in bestimmten Bereichen der Platine. Warum das? Gibt es Gründe, keine kupfergegossene Massefläche zu haben, die den größten Teil einer Leiterplatte abdeckt?

Falls es relevant ist, ist die Schaltung, die ich entwerfe, ein 6-Bit-D / A-Wandlerstecker. Ein erster Schnitt in meinem PCB-Layout (das keine Masseebene enthält) ist unten gezeigt.

6-Bit-D/A-Wandlerstecker

Ich hatte den Eindruck, dass es einer ziemlich präzisen (dh teuren) CNC-Fräse bedarf, um Leiterplatten zuverlässig auf einer CNC zu fertigen.
Das Fräsen und Bohren in einer Maschine kann die Kosten senken. Ich habe es jedoch nie für etwas anderes als Prototypen verwendet.
@rfusca - Ich habe zwei verschiedene PCB-Mühlen verwendet. Keine Ahnung von den Kosten, aber sie sind im Vergleich zu Metallschneidmühlen sehr stromsparend, haben extrem schmale, schnelle Bits und eine sehr begrenzte Reichweite in der Z-Achse. Mit einer generischen CNC-Fräse ist es schwierig, mit einem PCB-Fräser ist es einfach.
@Kaelin - Ist dies Ihr vollständiges Layout oder gibt es mehrere Seiten? Es sieht so aus, als würde Pin 3 von J1 ins Nirgendwo führen, und es gibt zwei mysteriöse Vias, eines zwischen R1 und J2 und eines unter Pin 1 von J1. Was hat es mit diesen Spuren auf sich?
@KevinVermeer - Ja, es ist das vollständige Layout der Single-Layer-Platine, aber es ist eine Momentaufnahme dessen, was noch in Arbeit war. Diese beiden mysteriösen "Durchkontaktierungen" sind Pin-1-Markierungen auf der obersten Seidenschicht. (Das Farbschema ist in diesem kleinen Bildschirmfoto etwas schwer zu entziffern.) Ich habe dieses Board mit CNC gemacht. Ich habe nicht versucht, eine Grundplatte zu machen, sondern nur einige Kupferbereiche auf der Platine gelassen, um etwas Zeit zu sparen. Jetzt lehne ich mich jedoch von dieser Praxis ab, da es zu unordentlichem Löten führt (weil ich keine Lötmaske auftrage und daher Flussmittel dazu neigt, auf diese Bereiche zu laufen und Lötmittel folgt).

Antworten (4)

Masseplatten sind im Allgemeinen fast immer eine gute Sache, aber wenn sie falsch verwendet werden, können sie die Qualität Ihres Boards beeinträchtigen.

Ein typisches Board, wie Sie es hier haben, hätte 1 Schicht, die nur als Bodenguss dient, auf dem keine Spuren verlaufen. Es hört sich jedoch so an, als ob Sie Ihre oberste Schicht mit einem Bodenguss versehen möchten, damit Sie nicht das gesamte zusätzliche Kupfer entfernen müssen. Das Gießen einer Grundierung auf einer Schicht mit vielen Leiterbahnen ist überhaupt keine Grundebene, sondern Sie können es sich als eine Grundbahn mit unterschiedlichen Größen vorstellen, die rund um Ihr Board verlaufen. Es ist schwer zu sagen, ob dies die Signalintegrität des Designs tatsächlich beeinträchtigt, aber ich kann mit Sicherheit sagen, dass es nicht den gleichen Vorteil bietet wie eine Masseebene.

Wenn ich solche gefrästen Platinen sehe, bleibt das Kupfer normalerweise auf den unbenutzten Bereichen der Platine unverbunden. Dies bietet den Vorteil, dass Sie wissen, dass Sie, wenn Sie versehentlich eine Leitung mit dem unbenutzten Kupfer kurzschließen, keinen harten Erdschluss bekommen, der einige ICs töten kann. Dies kann jedoch auch negativ sein, da ein versehentlicher Kurzschluss mit einem großen unbenutzten Kupferstück zu einer netten Antenne werden und Rauschen aufnehmen kann, bei dem es Ihnen möglicherweise schwer fällt, die Quelle zu finden.

Mir ist klar, dass meine Antwort möglicherweise keine direkte Antwort auf das ist, was Sie wissen möchten, aber es ist sehr schwierig vorherzusagen, welche Konfiguration für Sie am besten ist. Aber wenn es mein Design wäre, würde ich weitermachen und das zusätzliche Kupfer einfach auf der Platine lassen, aber es von allem getrennt lassen.

Das ist genau die Art von praktischen Ratschlägen, auf die ich gehofft hatte… Danke! Ich habe noch nie zuvor gefräste Leiterplatten gesehen und war mir nicht sicher, ob es ratsam ist, das zusätzliche Kupfer einfach unverbunden zu lassen.
Bei den Platinen, die Sie sehen, die einen Kupferguss in einem kleinen Abschnitt der Platine haben, handelt es sich normalerweise um Schutzringe, die im Wesentlichen verhindern, dass hochfrequentes Rauschen von einer Seite zur anderen übertragen wird. Diese Schutzringe sind normalerweise auch durch viele Durchkontaktierungen mit der Masseebene verbunden.

Luftspulen sollten nicht verwendet werden, wenn ihr Fluss durch eine Masseebene fließt; Andernfalls wirkt die Masseebene wie ein parasitärer Transformator mit einer kurzgeschlossenen Windung.

Ich musste damit in einem schlechten Design umgehen, das von einem Auftragnehmer erstellt wurde, und es hat keinen Spaß gemacht.

Als jemand, der jetzt PCB-Design lernt, sind kleine Erfahrungsfragmente wie diese von unschätzbarem Wert!

Wie Kellenjb sagte, sind Masseflächen und Grundgüsse fast immer eine gute Sache.

Bisher bin ich nur auf zwei Situationen gestoßen, um zu vermeiden , dass ein Erdungsguss oder eine Erdungsebene auf einer Leiterplatte angebracht wird (beide gelten nicht für D/A-Wandler):

  • Insbesondere HF-Sender: keine Groundplane in der Nähe der für RFID oft verwendeten „PCB-Antennen“. a b c
  • CCFL-Lampen: „Die Erdungsebene sollte nicht unter oder in der Nähe der schwebenden Hochspannungsseite platziert werden“ ( IRS2552D ); "Masse ... Ebenen sollten im Hochspannungsbereich um mindestens 1/4" entlastet werden" - Jim Williams, LTS AN65 (Ich nehme an, dies gilt für andere Hochfrequenz- und Hochspannungssysteme wie andere Arten von Leuchtstofflampen und Teslaspulen)

Ein möglicher dritter Fall sind kapazitive Berührungssensoren (CapTouch, CapSense usw.). Einige Leute legen Masseplatten unter die Sensoren, andere schneiden die Masseplatte unter den Sensoren aus. Welcher Weg insgesamt besser ist, ist mir nicht klar.

Masseebene muss für hohe Spannungen geräumt werden, z. Netz, um die Kriech- und Abstandsregeln für die Sicherheit zu erfüllen.

Eine durchgehende Ebene auf einer Seite, die nicht mit einem Bereich ähnlicher Größe auf der anderen Seite übereinstimmt, führt dazu, dass sich die Platine aufgrund der durch das Kupfer bereitgestellten Spannung verzieht.

Nicht verbundene Kupferstücke wirken als Antennen und können das Rauschen in Ihrem Schaltkreis erhöhen. Sie sind normalerweise besser dran, sie zu beseitigen, wenn Sie sie nicht mit Masse verbinden können.

Gibt es Gründe, *keine* Massefläche aus Kupfer auf einer Leiterplatte zu haben?
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