1. 鋪銅管理器到底解決什么問題為什么每個(gè)Layout工程師都該重視先說句實(shí)在話在PCB設(shè)計(jì)里鋪銅這件事看起來簡(jiǎn)單不就是畫個(gè)多邊形、指定網(wǎng)絡(luò)、按一下確認(rèn)嗎但真正做到鋪得對(duì)、鋪得順、改起來不痛苦絕大多數(shù)新手甚至部分老工程師都栽過跟頭。ADAltium Designer里的鋪銅管理器Polygon Pour Manager就是把這件看起來簡(jiǎn)單、實(shí)際全是細(xì)節(jié)的事情系統(tǒng)化、流程化的工具。很多人在用AD時(shí)對(duì)鋪銅管理器的理解停留在哦就是批量重鋪銅皮的那個(gè)窗口。這個(gè)理解沒錯(cuò)但太淺了。鋪銅管理器真正厲害的地方是它把鋪銅從一次性操作變成了可持續(xù)維護(hù)的工程資產(chǎn)。你想想看一塊雙層板還好如果是一塊八層板頂層底層加上內(nèi)電層鋪銅區(qū)域可能有幾十塊每塊都有自己的網(wǎng)絡(luò)、間距規(guī)則、熱焊盤連接方式。靠鼠標(biāo)一塊一塊右鍵重新鋪每次板子改版都要重復(fù)一遍機(jī)械勞動(dòng)時(shí)間全浪費(fèi)在等待和重復(fù)操作上。鋪銅管理器就是來解決這個(gè)痛點(diǎn)的。它能把所有鋪銅區(qū)域集中管理批量修改屬性、批量重鋪、快速定位死銅、統(tǒng)一設(shè)置連接方式。我自己的體會(huì)是開始用管理器之后鋪銅相關(guān)的操作時(shí)間至少省了一半以上而且出錯(cuò)率明顯下降。這篇文章就把我從入門到熟練使用鋪銅管理器的完整經(jīng)驗(yàn)整理出來適合正在學(xué)AD鋪銅的初學(xué)者也適合已經(jīng)會(huì)用但想提升效率的工程師。2. 鋪銅前的底層準(zhǔn)備不做好這些管理器再?gòu)?qiáng)也白搭2.1 網(wǎng)絡(luò)分類是鋪銅的第一道工序鋪銅管理器只是工具真正決定鋪銅質(zhì)量的是你鋪銅之前的規(guī)劃。很多人在原理圖階段沒有做網(wǎng)絡(luò)分類的習(xí)慣畫PCB時(shí)全靠遇到哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)哪個(gè)。這種習(xí)慣在鋪銅階段會(huì)非常被動(dòng)。高通流網(wǎng)絡(luò)、地網(wǎng)絡(luò)、電源網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)網(wǎng)絡(luò)它們?cè)阡併~時(shí)的處理邏輯完全不同。地網(wǎng)絡(luò)通常大面積鋪銅電源網(wǎng)絡(luò)要根據(jù)載流能力決定鋪銅寬度信號(hào)網(wǎng)絡(luò)基本不鋪銅。如果這些網(wǎng)絡(luò)在原理圖里沒有清晰的分類標(biāo)注到了PCB階段你會(huì)發(fā)現(xiàn)想給某個(gè)電源網(wǎng)絡(luò)設(shè)置間距規(guī)則得一個(gè)一個(gè)去點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)想檢查地網(wǎng)絡(luò)的連接可靠性得在密密麻麻的飛線里找。效率極低而且容易漏。建議在繪制原理圖時(shí)就把電源網(wǎng)絡(luò)用全局網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽區(qū)分開地網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一命名高優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)加上注釋。這樣進(jìn)入PCB階段后不管是用規(guī)則設(shè)置還是用鋪銅管理器都能快速篩選出目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。這不是鋪銅管理器的功能但它是用好鋪銅管理器的前提。2.2 間距規(guī)則和走線寬度規(guī)則必須先設(shè)好鋪銅本質(zhì)上也是一次批量走線只是這個(gè)走線的形狀由多邊形邊界決定。既然它是走線就必須遵守你在PCB規(guī)則里設(shè)定的間距和寬度要求。實(shí)際工作中我見過太多人鋪銅之前根本沒檢查規(guī)則表結(jié)果鋪出來的銅皮到處報(bào)間距違規(guī)然后一塊一塊手工修改改了這處那處又冒出來整個(gè)下午耗在DRC錯(cuò)誤上。在鋪銅之前至少要把這幾項(xiàng)規(guī)則確認(rèn)清楚不同網(wǎng)絡(luò)之間的安全間距Clearance包括普通信號(hào)間距和高低壓間距同網(wǎng)絡(luò)銅皮與焊盤、過孔的連接方式是直接連接Direct Connect還是熱焊盤Thermal Relief電源網(wǎng)絡(luò)的最小銅皮寬度這是由載流需求倒推出來的。規(guī)則設(shè)置的具體路徑是Design菜單 - Rules或者直接按快捷鍵DR。其中Clearance規(guī)則建議針對(duì)電源網(wǎng)絡(luò)單獨(dú)建一條不要把電源和普通信號(hào)混在一條規(guī)則里否則后期調(diào)整會(huì)很痛苦。連接方式規(guī)則參考下面這個(gè)表格連接對(duì)象推薦連接方式適用場(chǎng)景地網(wǎng)絡(luò)焊盤熱焊盤連接便于焊接減少熱量流失電源網(wǎng)絡(luò)焊盤熱焊盤連接同上但大電流焊盤可考慮直接連接過孔Via直接連接或熱焊盤多層板建議直接連接降低阻抗大面積銅皮與散熱焊盤直接連接散熱優(yōu)先焊接條件允許的情況這個(gè)表格不是死的具體怎么選要看產(chǎn)品類型。如果是手工焊接的樣板熱焊盤幾乎必須用不然焊盤散熱太快焊錫根本掛不住如果是回流焊批量生產(chǎn)散熱焊盤可以直接連接焊接設(shè)備加熱均勻問題不大。我在實(shí)際項(xiàng)目中會(huì)針對(duì)大電流電源芯片的焊盤單獨(dú)設(shè)置一條規(guī)則直接連接降低回路阻抗普通小信號(hào)焊盤用熱焊盤保證可焊性。2.3 所有走線布線完成后再進(jìn)入鋪銅階段這個(gè)順序問題特別重要。鋪銅管理器里有批量重鋪功能但重鋪的前提是銅皮之下的走線已經(jīng)基本定稿。如果走線還在頻繁調(diào)整鋪銅區(qū)域也要跟著改一次兩次還好頻繁改動(dòng)之后銅皮和走線的邊界關(guān)系會(huì)變得很混亂可能出現(xiàn)銅皮把走線包進(jìn)去形成回路或者銅皮避開走線的間距不符合要求。我個(gè)人的做法是布線完成率達(dá)到90%以上才開始鋪銅剩下的少量飛線等第一次鋪銅完成后再補(bǔ)。這樣做的好處是鋪銅時(shí)規(guī)則檢查能一次性覆蓋絕大部分區(qū)域后續(xù)只需要針對(duì)個(gè)別新增走線做局部調(diào)整工作量和出錯(cuò)概率都會(huì)小很多。3. AD鋪銅管理器使用入口與核心界面逐項(xiàng)拆解3.1 管理器在哪里打開界面上有哪些關(guān)鍵區(qū)域AD的鋪銅管理器入口在Tools菜單下叫Polygon Pour Manager也可以直接用快捷鍵TGMTools - Polygon Pour Manager。這個(gè)快捷鍵我強(qiáng)烈建議記下來因?yàn)殇併~階段你會(huì)頻繁打開它用鼠標(biāo)點(diǎn)菜單效率太低了。管理器界面打開之后很多人第一眼會(huì)覺得有點(diǎn)空就是一個(gè)大列表加上幾個(gè)按鈕。但這個(gè)列表其實(shí)很有講究。它會(huì)把當(dāng)前PCB文件里的所有鋪銅區(qū)域Polygon列出來每一行顯示的是這個(gè)鋪銅的名稱、所在層、網(wǎng)絡(luò)、以及當(dāng)前的鋪銅狀態(tài)。列表頂部的標(biāo)簽頁(yè)可以切換查看所有鋪銅、被選中的鋪銅、有錯(cuò)誤的鋪銅等這個(gè)篩選功能在板子鋪銅區(qū)域多的時(shí)候非常實(shí)用。界面的按鈕區(qū)域包含新建鋪銅Create New Polygon、修改屬性Modify、重鋪選中的銅皮Repour Selected、重鋪所有銅皮Repour All、清除所有重鋪結(jié)果Clear All等。這幾個(gè)按鈕形態(tài)上看就是標(biāo)準(zhǔn)的增刪改查但實(shí)際操作中配合快捷鍵和右鍵菜單效率能再提升一個(gè)檔次。還需要特別留意窗口底部那個(gè)Reselect All選項(xiàng)勾選上之后在管理器列表里點(diǎn)擊任意一條鋪銅記錄PCB視圖里的對(duì)應(yīng)區(qū)域就會(huì)高亮顯示。對(duì)于多層板排查這片銅皮到底鋪在哪一層非常有用。3.2 兩種鋪銅操作模式管理器模式與直接模式AD從某個(gè)版本開始鋪銅操作分成了兩種模式一種是從菜單Place菜單里選擇Polygon Pour來畫多邊形另一種就是通過鋪銅管理器來創(chuàng)建和管理。這兩種模式并不沖突但適用場(chǎng)景不同。直接模式Place - Polygon Pour更適合隨心所欲地快速畫一塊銅皮畫完就出不關(guān)心后期批量管理。比如說你突然發(fā)現(xiàn)某個(gè)局部區(qū)域需要加一塊輔助散熱的銅皮不想影響其他鋪銅區(qū)域直接畫就行。管理器模式適合系統(tǒng)性鋪銅特別是整板地銅、電源層分割這種需要從整體考慮的場(chǎng)合。實(shí)際操作中我是混合使用的先用管理器創(chuàng)建一塊帶屬性模板的鋪銅區(qū)域畫完主體結(jié)構(gòu)之后再用直接畫多邊形的方式補(bǔ)齊邊角料。需要注意的是直接模式下新建的鋪銅區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)在管理器列表里所以不用擔(dān)心中途切換模式會(huì)導(dǎo)致管理混亂。它只是入口不同最終都會(huì)被管理器統(tǒng)一管理起來。3.3 列表里每一列信息的實(shí)際含義鋪銅管理器列表里的列信息看似簡(jiǎn)單每一列在工作中的用途都不一樣至少值得花兩分鐘弄清楚。Name名稱每塊鋪銅區(qū)域的唯一標(biāo)識(shí)。默認(rèn)命名是Polygon 序號(hào)我建議重要板層的鋪銅改成有含義的名字比如GND_Top_Main、PWR_3V3_ViaArea后期定位問題會(huì)方便很多。Layer層顯示這塊銅皮在哪個(gè)信號(hào)層或內(nèi)電層。多層板通過這里可以快速判斷某個(gè)內(nèi)層是否有遺漏區(qū)域。Net網(wǎng)絡(luò)銅皮連接的網(wǎng)絡(luò)。這里要注意的是如果Net列為空No Net說明這塊銅皮沒有指定網(wǎng)絡(luò)也就是一塊死銅DRC會(huì)報(bào)警建議盡快處理。Status狀態(tài)顯示的是已被修改Modified還是保持一致Synchronized。狀態(tài)列的妙處在重鋪流程里如果板子上有幾十塊銅皮某次改動(dòng)只影響其中幾塊通過狀態(tài)列就能看出哪些需要重鋪不用全部重鋪能節(jié)省大量等待時(shí)間。4. 核心實(shí)操?gòu)男陆ㄣ~皮到批量重鋪的全流程要點(diǎn)4.1 創(chuàng)建一塊鋪銅區(qū)域的完整參數(shù)選擇流程通過管理器創(chuàng)建鋪銅的步驟我按自己的操作習(xí)慣拆解一遍。點(diǎn)擊管理器里的New按鈕或者使用菜單Place - Polygon Pour進(jìn)入鋪銅屬性設(shè)置對(duì)話框。這里需要設(shè)置的參數(shù)比較多每一項(xiàng)選擇背后都有原因。Layer選擇當(dāng)前要鋪銅的層Net選擇目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。Mode是這個(gè)對(duì)話框里很關(guān)鍵的一項(xiàng)有Solid實(shí)心銅和Hatched網(wǎng)格銅兩個(gè)選項(xiàng)。網(wǎng)格銅在射頻電路、需要減小銅皮與基材熱應(yīng)力差異的場(chǎng)景中有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)但在普通數(shù)字電路里我還是建議用Solid實(shí)心銅的載流能力更好、阻抗更低制造上也更簡(jiǎn)單。對(duì)于初學(xué)者除非有明確的理由否則不必糾結(jié)選Solid就好。Island Removal死銅移除選項(xiàng)要打開。所謂死銅就是被溝道或其他銅皮隔離、與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)沒有任何連接關(guān)系的孤立銅皮。如果不移除這些死銅會(huì)成為天線輻射干擾源還可能引發(fā)制造時(shí)局部蝕刻不均的問題。Remove Islands Less Than選項(xiàng)可以指定小于某個(gè)面積的就移除默認(rèn)值用了一段時(shí)間我會(huì)根據(jù)自己的板子復(fù)雜度調(diào)整一般保持在0.1到0.5平方毫米之間。4.2 熱焊盤連接方式的參數(shù)細(xì)節(jié)在鋪銅屬性對(duì)話框里連接方式通常由Design Rules控制但在個(gè)別情況下你也可以直接設(shè)置。這里有一個(gè)很多教程沒講透的點(diǎn)熱焊盤連接和直接連接的適用范圍不能只看焊接難度還要考慮信號(hào)完整性問題。以地過孔為例如果過孔用熱焊盤連接它和銅皮的接觸面積小熱阻大這在焊接時(shí)是好事但對(duì)于高頻信號(hào)回流就不那么友好了。高頻回流需要低阻抗路徑熱焊盤的狹窄連接橋會(huì)增加阻抗可能導(dǎo)致電磁兼容問題。所以很多高速板設(shè)計(jì)規(guī)范里明確要求地過孔與地銅皮使用直接連接只有插裝元件的焊盤使用熱焊盤。這個(gè)規(guī)則不是絕對(duì)的但對(duì)于有一定速率要求的數(shù)字電路方向性是對(duì)的。在規(guī)則設(shè)置里Polygon Connect Style規(guī)則可以分別設(shè)定焊盤Pad和過孔Via的連接方式。我建議把過孔設(shè)為Direct直接連接焊盤設(shè)為Relief熱焊盤連接同時(shí)把熱焊盤的連接橋數(shù)量設(shè)為4橋?qū)捀鶕?jù)載流需求設(shè)置一般取0.25mm到0.5mm之間。連接橋太少載流能力不足太多又失去了熱焊盤的意義。4.3 批量重鋪的正確打開方式與時(shí)間優(yōu)化銅皮修改過屬性之后需要重新鋪銅才能讓修改生效。這是AD里一個(gè)讓新人很困惑的機(jī)制銅皮的屬性改了但畫面上銅皮還是舊的狀態(tài)只有重鋪之后才顯示新結(jié)果。批量重鋪時(shí)管理器提供Repour Selected和Repour All兩個(gè)按鈕。Repour All看起來方便實(shí)際上在復(fù)雜板子里會(huì)做很多無用功。如果只是修改了其中三塊銅皮的網(wǎng)絡(luò)其余幾十塊銅皮跟你的改動(dòng)毫無關(guān)系卻也被強(qiáng)制重鋪了一遍每塊銅皮重鋪可能需要幾秒到幾十秒整板重鋪可能要好幾分鐘。這段時(shí)間你只能對(duì)著進(jìn)度條發(fā)呆改不了任何東西。更聰明的做法是利用列表篩選功能把需要重鋪的那幾塊篩選出來點(diǎn)Repour Selected只重鋪這幾塊。比如在管理器列表里點(diǎn)擊狀態(tài)列排序把狀態(tài)為Modified的排到前面然后全選這些Modified的銅皮點(diǎn)Repour Selected。這樣不僅快而且還能避免整板重鋪時(shí)因計(jì)算量太大導(dǎo)致AD突然卡死的問題。關(guān)于卡死下面我會(huì)專門講。4.4 多邊形填充的邊界與避讓處理AD里鋪銅的避讓行為是由鋪銅與走線、焊盤之間的間距規(guī)則控制的但邊界形狀取決于你畫的多邊形。這里面有一個(gè)實(shí)操技巧值得單獨(dú)說鋪銅區(qū)域的邊界不要貼著板邊畫。PCB制造中板邊的銅皮在銑邊時(shí)容易出現(xiàn)毛刺、翹邊甚至分層。標(biāo)準(zhǔn)做法是讓銅皮邊界離板邊至少0.5mm到1mm這個(gè)距離在鋪銅管理器里沒有直接的選項(xiàng)控制需要你自己在畫多邊形時(shí)留出余量。還有一個(gè)常用的方法先在Keepout層畫一圈板邊輪廓線再用多邊形填充時(shí)以這條線為參考向內(nèi)偏移。這樣既能保證銅皮邊界整齊也方便后期調(diào)整整體形狀。避讓處理方面AD默認(rèn)的鋪銅避讓是智能的會(huì)自動(dòng)根據(jù)規(guī)則讓銅皮避開其他網(wǎng)絡(luò)的走線和焊盤。但有一種情況需要特別注意當(dāng)你板子上有印制天線、藍(lán)牙天線等射頻結(jié)構(gòu)時(shí)鋪銅區(qū)域必須與天線區(qū)域保持足夠的距離否則金屬銅皮會(huì)改變天線的阻抗特性導(dǎo)致射頻指標(biāo)嚴(yán)重惡化。建議在天線周圍畫一個(gè)禁止鋪銅的區(qū)域鋪銅管理器對(duì)這個(gè)區(qū)域的識(shí)別能力有限手動(dòng)設(shè)置Keepout或者Room約束更靠譜。5. 鋪銅實(shí)際工作流以一個(gè)雙層板為例跑通全流程5.1 明確鋪銅需求哪些區(qū)域鋪、鋪什么網(wǎng)絡(luò)用一個(gè)實(shí)際案例來串一遍流程。假設(shè)我在設(shè)計(jì)一塊帶單片機(jī)、電源模塊和少量接口電路的雙層控制板四層板也類似只是內(nèi)層處理邏輯不同。板子尺寸大約是10cm乘8cm。先分析板上的網(wǎng)絡(luò)地網(wǎng)絡(luò)是最主要的鋪銅網(wǎng)絡(luò)需要盡可能地保持整個(gè)底層的完整性目的是提供低阻抗回流路徑和屏蔽作用電源網(wǎng)絡(luò)有5V和3.3V兩個(gè)在頂層走線為主局部需要鋪銅增加載流能力其他信號(hào)網(wǎng)絡(luò)不鋪銅靠走線連接?；谶@個(gè)分析我的鋪銅方案是底層鋪整板地銅頂層在電源模塊下方鋪一塊5V銅皮在單片機(jī)芯片區(qū)域鋪一小塊3.3V銅皮再在板邊不規(guī)則區(qū)域補(bǔ)幾塊地銅增強(qiáng)屏蔽效果。這個(gè)方案看起來很常規(guī)但里面有一個(gè)關(guān)鍵決策底層整板鋪地銅意味著幾乎所有信號(hào)走線都在頂層。這是雙層板設(shè)計(jì)的一個(gè)經(jīng)典策略把地平面完整度放在第一位信號(hào)完整性依靠完整的參考平面來保障。如果你在雙層板上把信號(hào)線和地線均勻分布在兩層地并不完整回流路徑被割裂電磁兼容問題會(huì)在后續(xù)認(rèn)證測(cè)試中集中爆發(fā)。5.2 用管理器設(shè)置鋪銅模板逐塊完成鋪銅打開鋪銅管理器TGM點(diǎn)擊New創(chuàng)建第一塊銅皮。Layer選擇Bottom LayerNet選擇GNDMode設(shè)為SolidIsland Removal打開連接方式按前面說的規(guī)則保持地過孔直接連接。屬性設(shè)置完畢后在PCB編輯區(qū)用鼠標(biāo)畫出底層的多邊形邊界畫完閉合AD會(huì)立即開始填充這塊銅皮顯示鋪銅結(jié)果。底層整板地銅鋪完之后切換到Top Layer創(chuàng)建電源銅皮。這里有一個(gè)細(xì)節(jié)電源銅皮的網(wǎng)絡(luò)是5V它的間距規(guī)則和地銅是相同的因?yàn)槎际苋諧learance規(guī)則約束。但電源銅皮與地銅之間會(huì)有間隔帶這是正常的兩個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)不允許搭接。銅皮與銅皮之間的間距在規(guī)則里同樣受Clearance約束所以不用擔(dān)心鋪重疊AD在填充時(shí)會(huì)自動(dòng)避讓。頂層電源銅皮創(chuàng)建完之后再用同樣的方式處理3.3V網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)過程中要注意多邊形頂點(diǎn)的位置盡量貼合元件布局的外輪廓不要大范圍覆蓋走線密集區(qū)。因?yàn)殂~皮要避讓走線如果走線密集銅皮會(huì)被迫避讓出許多細(xì)長(zhǎng)的分隔帶反而降低了銅皮的連續(xù)性影響載流和散熱。5.3 檢查死銅與不良銅皮形態(tài)的實(shí)操方法所有銅皮鋪完之后按下快捷鍵DR運(yùn)行設(shè)計(jì)規(guī)則檢查。重點(diǎn)關(guān)注Un-Routed Net未連接網(wǎng)絡(luò)和Un-Plated未鍍通孔類的報(bào)錯(cuò)這些通常不是銅皮引起的。最需要關(guān)注的是Clearance違規(guī)如果大量出現(xiàn)說明規(guī)則設(shè)置與實(shí)際情況有出入。另一類容易被忽略的問題是死銅。雖然我們?cè)趯傩岳锎蜷_了Island Removal但有時(shí)候死銅依然會(huì)保留下來原因可能是這塊孤立銅皮的面積超過了移除閾值或者屬性設(shè)置里的面積閾值設(shè)置不當(dāng)。更實(shí)用的方法是打開管理器列表按Net排序找出Net為No Net的銅皮。這些就是典型的問題銅皮。AD在填充時(shí)如果檢測(cè)到銅皮與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)完全沒有連接它會(huì)根據(jù)Island Removal的設(shè)置決定是否移除。如果移除了那管理器里這條記錄的Net列會(huì)變空這就是為什么要定期檢查Net為空的原因。5.4 銅皮與器件3D封裝的配合問題前面熱搜詞里提到了AD怎么給元件添加3D封裝這里講一個(gè)關(guān)聯(lián)點(diǎn)鋪銅時(shí)銅皮與3D封裝的配合。很多工程師給元件加了3D模型板子看起來非常漂亮但落實(shí)生產(chǎn)時(shí)發(fā)現(xiàn)銅皮與散熱焊盤的連接方式不對(duì)或者銅皮覆蓋到了元件底部本該禁止鋪銅的區(qū)域。3D封裝里如果有散熱盤Exposed Pad它的焊盤在PCB上對(duì)應(yīng)一個(gè)較大的焊盤區(qū)域。這個(gè)區(qū)域鋪銅時(shí)連接方式的設(shè)置直接影響焊接質(zhì)量。如果設(shè)置為熱焊盤連接橋太細(xì)散熱盤下面的焊錫可能無法充分填充形成空洞如果直接連接大面積銅皮吸熱快回流焊時(shí)可能虛焊。穩(wěn)妥的做法是在元件對(duì)應(yīng)的散熱焊盤區(qū)域單獨(dú)鋪一塊與焊盤形狀一致的銅皮并且設(shè)置為直接連接或者完全覆蓋保證散熱性能和焊接可靠性。檢查方法很簡(jiǎn)單鋪銅完成后切換到3D視圖按數(shù)字鍵3旋轉(zhuǎn)觀察元件底部的銅皮形態(tài)。3D模式下銅皮與3D模型沒有碰撞檢測(cè)但你能夠直觀地看出散熱區(qū)域的銅皮是否完整、是否與焊盤區(qū)域匹配。這一步是我個(gè)人強(qiáng)烈建議做的很多鋪銅問題在2D視圖里看不出來切到3D一眼就能發(fā)現(xiàn)不對(duì)勁的地方。6. 鋪銅常見問題與排查技巧實(shí)錄6.1 鋪銅速度很慢甚至卡死的應(yīng)對(duì)辦法大板子鋪銅慢是AD不那么爭(zhēng)氣的地方之一。一塊10層板每層都有大范圍銅皮點(diǎn)擊重鋪之后可能卡幾分鐘甚至直接無響應(yīng)。遇到這種問題以下幾招實(shí)測(cè)有效在Preferences里關(guān)閉鋪銅自動(dòng)預(yù)覽Polygon Repour 設(shè)為Never/Manual。這樣改規(guī)則、移動(dòng)元件時(shí)AD不會(huì)自動(dòng)重新鋪銅等你手動(dòng)觸發(fā)。聽起來不方便但對(duì)于大板子能避免大量無效重鋪。選擇Repour Selected而非Repour All減少單次計(jì)算量。檢查板上是否有大量細(xì)碎的多邊形頂點(diǎn)比如從DWG文件導(dǎo)入的板框輪廓線帶了太多冗余節(jié)點(diǎn)。用DWG導(dǎo)入AD時(shí)最好先清理掉無用的線弧和節(jié)點(diǎn)否則鋪銅填充時(shí)的幾何計(jì)算會(huì)非常吃力。如果還是卡檢查Windows任務(wù)管理器確認(rèn)AD吃掉了幾乎全部?jī)?nèi)存。大板銅皮計(jì)算確實(shí)需要大量?jī)?nèi)存但如果是8GB以下的老機(jī)器建議把底層地銅分割成兩到三塊大的區(qū)域分別鋪效果一樣計(jì)算壓力小很多。6.2 銅皮與焊盤連接處出現(xiàn)窄頸怎么辦窄頸問題Copper Neck指銅皮與焊盤連接處的銅寬明顯小于焊盤寬度這會(huì)導(dǎo)致過流能力不足甚至在生產(chǎn)時(shí)被蝕刻斷裂。AD會(huì)在DRC里報(bào)Minimum Copper Neck類型的錯(cuò)誤。排查時(shí)先看Report里的報(bào)錯(cuò)位置通常是電壓降比較大的電源節(jié)點(diǎn)或者地過孔周圍。解決辦法有幾個(gè)路徑修改Polygon Connect Style規(guī)則里Relief Connect Width的數(shù)值把這個(gè)寬度調(diào)大連接處會(huì)更寬或者把連接方式改為Direct讓銅皮整個(gè)覆蓋焊盤邊緣。還有一個(gè)不太順手的辦法是手動(dòng)在窄頸處用Track補(bǔ)一小段走線增加銅寬。這個(gè)辦法適合個(gè)別問題的補(bǔ)救不適合大面積出現(xiàn)的情況大面積出現(xiàn)時(shí)優(yōu)先檢查規(guī)則設(shè)置。6.3 鋪銅后出現(xiàn)許多孤島小銅皮怎么清理孤島小銅皮通常出現(xiàn)在元件排列非常密集的區(qū)域銅皮在避讓焊盤和過孔時(shí)被切成了許多細(xì)小的碎片。這些碎片既不影響連接也不增加載流但會(huì)讓板子看起來臟而且在蝕刻環(huán)節(jié)可能因?yàn)榧?xì)碎銅皮附著不牢而產(chǎn)生碎片殘留導(dǎo)致短路風(fēng)險(xiǎn)。處理方法是調(diào)整Island Removal的閾值。默認(rèn)閾值可能偏小比如0.01平方毫米很多小碎片面積比這個(gè)值大就不會(huì)被自動(dòng)移除。我習(xí)慣把閾值調(diào)到0.5平方毫米甚至1平方毫米這樣絕大多數(shù)沒有實(shí)際作用的碎片都會(huì)被清理掉。這里有個(gè)權(quán)衡如果閾值設(shè)置過大一些有實(shí)際連接作用的細(xì)小銅皮也可能被誤刪所以設(shè)置完之后一定要跑一遍DRC確認(rèn)沒有因?yàn)殂~皮消失而出現(xiàn)新增的網(wǎng)絡(luò)連接錯(cuò)誤。6.4 鋪銅穿透到禁止區(qū)域Keepout區(qū)域的處理Keepout區(qū)域在AD里是禁止放置任何銅皮和走線的區(qū)域。但實(shí)際應(yīng)用中我遇到過鋪銅形狀橫跨Keepout邊界的情況銅皮的填充結(jié)果卻部分越過了Keepout界線。這種情況多發(fā)生在Keepout區(qū)域后來才被添加而銅皮早于它創(chuàng)建AD的更新機(jī)制沒有立即把銅皮重新裁剪。解決辦法先編輯Keepout區(qū)域確保邊界正確然后回到鋪銅管理器選中受影響的這塊銅皮右鍵選擇Repour。如果Repour之后仍然穿越Keepout檢查這塊銅皮的多邊形邊界是否已經(jīng)包含了Keepout內(nèi)的頂點(diǎn)如果是需要在多邊形編輯模式下把頂點(diǎn)移到Keepout邊界內(nèi)側(cè)再重鋪。還有一個(gè)笨但可靠的辦法就是刪掉這塊銅皮重新畫一遍因?yàn)橐延械亩噙呅芜吔缂s束有時(shí)候會(huì)頑固地保留下來。6.5 鋪銅管理器狀態(tài)顯示為Modified但一直不更新這是另一個(gè)讓新手困惑的狀態(tài)銅皮在管理器里顯示Modified但Repour按鈕點(diǎn)了沒反應(yīng)或者銅皮的視覺狀態(tài)沒有變化。通常的原因是當(dāng)前選中的銅皮與板子上的某個(gè)Room或Union綁定在一起修改被約束了。檢查看板的Room Constraints可以把銅皮從Room約束中移出或者調(diào)整Room的成員設(shè)置。另外某些情況下Modified狀態(tài)不會(huì)自動(dòng)消除即使重鋪完成狀態(tài)列仍然顯示Modified。這種我見過不止一次重啟AD或者切換一下WorkSpace面板視圖就能刷新。真不是什么大問題但如果你不清楚原因會(huì)被它干耗一段時(shí)間。7. 一個(gè)容易忽略的重要插件鋪銅管理器與腳本結(jié)合的高效玩法AD支持腳本擴(kuò)展鋪銅操作也是可以腳本化的。如果你經(jīng)常做重復(fù)性鋪銅工作比如每周都要處理十幾塊結(jié)構(gòu)類似的板子不妨花點(diǎn)時(shí)間學(xué)習(xí)AD的Scripting功能。典型的使用場(chǎng)景用DelphiScript或Python編寫一段腳本自動(dòng)遍歷板子上的所有Polygon、統(tǒng)一設(shè)定Island Removal閾值、統(tǒng)一修改熱焊盤連接橋?qū)挾热缓笠绘I批量重鋪。整個(gè)過程腳本執(zhí)行只需要幾秒比在管理器界面里逐塊設(shè)置效率高得多。腳本的本質(zhì)還是調(diào)用AD的API接口操作對(duì)象正好就是鋪銅管理器里暴露的Polygon對(duì)象模型。腳本功能有一定的學(xué)習(xí)門檻但對(duì)于需要大量重復(fù)鋪銅的團(tuán)隊(duì)投入產(chǎn)出比很劃算。我的建議是先錄制一個(gè)簡(jiǎn)單的鋪銅宏然后在腳本編輯器里看看錄制出來的代碼是怎么調(diào)用API的逐步修改成自己的批處理腳本上手難度比從零寫要低很多。8. 關(guān)于網(wǎng)格鋪銅和特殊鋪銅形態(tài)的經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)充8.1 網(wǎng)格銅的適用場(chǎng)景和參數(shù)經(jīng)驗(yàn)前面提到過網(wǎng)格銅和實(shí)心銅的選型。這里補(bǔ)充一些更具體的參數(shù)經(jīng)驗(yàn)。網(wǎng)格銅的Hatched模式可以設(shè)置Track Width和Grid Size也就是網(wǎng)格線的寬度和網(wǎng)格間距。這兩個(gè)參數(shù)決定了網(wǎng)格銅的疏密程度。網(wǎng)格間距小、線寬大網(wǎng)格銅的覆蓋率就高導(dǎo)通性能和屏蔽效果接近實(shí)心銅但散熱的靈活性和基材應(yīng)力釋放優(yōu)勢(shì)就減弱了網(wǎng)格間距大、線寬小銅的覆蓋率低適合對(duì)銅面積不敏感、主要想利用銅皮做屏蔽但又不希望銅皮過于連續(xù)的場(chǎng)合。我實(shí)際用網(wǎng)格銅比較多的是兩塊場(chǎng)景一塊是射頻板上的局部屏蔽銅皮網(wǎng)格的周期性結(jié)構(gòu)在某些頻段反而比實(shí)心銅更有利于控制寄生參數(shù)另一塊是厚銅板或者大溫差工作環(huán)境下的板子網(wǎng)格銅可以減少銅皮與基材之間的熱脹冷縮應(yīng)力降低分層風(fēng)險(xiǎn)。如果你只是做普通數(shù)字電路不推薦全板網(wǎng)格鋪銅網(wǎng)格銅的阻抗連續(xù)性不如實(shí)心銅而且制造時(shí)網(wǎng)格交叉點(diǎn)處的蝕刻殘留也是小隱患。8.2 異形銅皮與多電源區(qū)共存的實(shí)現(xiàn)方式多電源系統(tǒng)里同一層上同時(shí)存在5V、3.3V、1.8V等多種電源銅皮的情況非常常見。這時(shí)候鋪銅管理器的價(jià)值尤其明顯在管理器里把所有電源銅皮和地銅皮集中列出來一眼就能看到各電源銅皮是否完整、邊界是否清晰、電源銅皮之間是否存在搭接的風(fēng)險(xiǎn)。異形銅皮的管理要點(diǎn)是多邊形頂點(diǎn)數(shù)量。頂點(diǎn)越多AD的計(jì)算越慢但邊界越能貼合元件布局。一個(gè)折中的辦法是先用較少頂點(diǎn)畫出大致輪廓確認(rèn)基本形態(tài)沒問題后再用Move Vertices調(diào)整局部頂點(diǎn)位置對(duì)邊界做精細(xì)化。整個(gè)調(diào)整過程都在管理器的多邊形編輯模式下完成配合鼠標(biāo)吸附捕捉功能可以做到精準(zhǔn)貼合元件外框且不觸碰焊盤間距。原理就和畫圖軟件里調(diào)整路徑錨點(diǎn)一樣熟練之后效率非常高。9. 結(jié)合生產(chǎn)制造細(xì)節(jié)看待鋪銅制板廠不會(huì)告訴你的幾件小事鋪銅不只是畫圖階段的事情它跟PCB制造工藝強(qiáng)相關(guān)。有些細(xì)節(jié)是鋪銅管理器界面上不會(huì)印出來、但是你在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的現(xiàn)實(shí)因素。比如銅皮邊緣的倒角問題。AD里的銅皮默認(rèn)是直角多邊形頂點(diǎn)在制造時(shí)尖銳的銅皮邊角容易導(dǎo)致蝕刻時(shí)局部電流密度過大造成狗骨效應(yīng)或者尖端放電形的良率問題。我習(xí)慣在畫完銅皮之后對(duì)主要的大面積銅皮的尖角進(jìn)行倒角處理AD提供了多邊形頂點(diǎn)倒角功能在Edit菜單下可以處理頂點(diǎn)樣式把尖銳角改為45度或者圓弧角。雖然這會(huì)增加一點(diǎn)計(jì)算量但對(duì)制造的良率是實(shí)打?qū)嵉膸椭?。再比如銅皮面積與板卡翹曲之間的關(guān)系。電路板在回流焊過程中銅皮與基材的膨脹系數(shù)不匹配會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力大面積的銅皮區(qū)域應(yīng)力集中更明顯。如果板上某一塊大面積銅皮完全覆蓋了整層的大部分區(qū)域而相鄰層對(duì)應(yīng)位置沒有相似的銅分布會(huì)導(dǎo)致板子翹曲。鋪銅管理器里雖然看不到應(yīng)力分布但你可以在鋪銅方案階段就考慮這個(gè)因素在重要的高頻敏感區(qū)保持完整的銅平面但在機(jī)械受力區(qū)域適當(dāng)做一些開窗也就是在銅皮上開縫既可以減少應(yīng)力也不破壞信號(hào)回流。這個(gè)開窗效果在AD里可以通過在銅皮上再畫一個(gè)No Pour形狀區(qū)域?qū)崿F(xiàn)本質(zhì)上是在銅皮內(nèi)部挖空一塊區(qū)域。10. 從入門到精通的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)總結(jié)AD鋪銅管理器這個(gè)工具說復(fù)雜它不復(fù)雜說簡(jiǎn)單它絕對(duì)不簡(jiǎn)單。它管理的對(duì)象是銅皮但背后牽涉的是一整套PCB設(shè)計(jì)方法論網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、規(guī)則設(shè)置、信號(hào)完整性、電磁兼容、制造工藝、熱設(shè)計(jì)。每一個(gè)環(huán)節(jié)都影響著最終產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)良率。我的建議路徑是這樣的先用一個(gè)簡(jiǎn)單的雙層板完整走一遍鋪銅流程體會(huì)一下創(chuàng)建銅皮、設(shè)置屬性、重鋪、檢查DRC這幾個(gè)基本動(dòng)作然后在四層板上練習(xí)多網(wǎng)絡(luò)多區(qū)域的管理感受鋪銅管理器在批量操作上的優(yōu)勢(shì)等熟練之后再來研究熱焊盤、網(wǎng)格銅、腳本批量操作這些進(jìn)階技巧。我最想強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是鋪銅最忌諱的就是鋪完了事。鋪銅完成不代表PCB設(shè)計(jì)完成你務(wù)必要跑一遍DRC務(wù)必要在3D視圖里檢查銅皮與元器件、結(jié)構(gòu)件的空間關(guān)系務(wù)必要回到鋪銅管理器里再掃一眼所有銅皮的網(wǎng)絡(luò)和狀態(tài)。這個(gè)習(xí)慣能幫你規(guī)避掉大部分鋪銅相關(guān)的低級(jí)錯(cuò)誤。在實(shí)際項(xiàng)目里我踩過的最深的一次坑是忘記更新一塊內(nèi)電層銅皮的網(wǎng)絡(luò)結(jié)果制板回來后整層電源銅皮成了孤立的無網(wǎng)絡(luò)銅皮整批板子在功能測(cè)試時(shí)出現(xiàn)了詭異的供電不足現(xiàn)象。排查半天才定位到是銅皮網(wǎng)絡(luò)歸屬錯(cuò)誤。從那以后每次鋪銅管理器里看到Net為空的記錄我都會(huì)像看到警報(bào)一樣立刻處理。這大概就是經(jīng)驗(yàn)的價(jià)值希望這篇文章能讓你少走這些彎路。