اگر طراح PCB هستید، احتمالاً از مهندسان ارشد اصطلاحاتی مانند "مس ایزوله" یا "مس مرده" را شنیده‌اید. این دو اصطلاح به یک چیز اشاره دارند – ردیابی‌های مسی روی PCB که "متصل نیستند". ممکن است بی‌اهمیت به نظر برسند، اما اگر به درستی مدیریت نشوند، می‌توانند باعث از بین رفتن عملکرد کل برد یا حتی خرابی محصول شوند! امروز، ما خطرات مس ایزوله را توضیح می‌دهیم و نحوه حل این مشکل را به زبان ساده بیان می‌کنیم، به طوری که حتی مبتدیان نیز به راحتی آن را درک کنند!

اول، بیایید درک کنیم: "مس ایزوله" چیست؟ چرا رخ می‌دهد؟

به زبان ساده، مس ایزوله، ردیابی مسی روی PCB است که "ایزوله" شده است – یک ویژگی الکتریکی تعریف شده ندارد و به هیچ شبکه مداری (مانند GND یا VCC) متصل نیست، مانند یک "یتیم" روی برد مدار.

این مس ایزوله به طور عمدی طراحی نشده است؛ بیشتر یک "تصادف" است که پس از ریختن مس رخ می‌دهد: یا اجزای روی PCB بیش از حد متراکم هستند، یا مسیریابی بیش از حد پیچیده است و از پوشاندن کامل ناحیه توسط مس جلوگیری می‌کند و یک تکه کوچک "ضایعات" باقی می‌گذارد که به هیچ شبکه‌ای متصل نیست. فکر نکنید این یک مشکل جزئی است؛ قدرت تخریب آن بسیار جدی‌تر از آن چیزی است که تصور می‌کنید!

مراقب باشید! 6 خطر اصلی مس ایزوله، که مستقیماً بر قابلیت اطمینان محصول تأثیر می‌گذارد

بسیاری از مبتدیان فکر می‌کنند، "فقط یک تکه کوچک مس است، نیازی به نگرانی نیست،" اما در پروژه‌های واقعی، مس ایزوله درمان نشده می‌تواند باعث بروز یک سری مشکلات شود، حتی تمام تلاش‌های قبلی را بی‌فایده کند:

• اثر آنتن

مس ایزوله مانند یک آنتن پنهان عمل می‌کند و به طور فعال امواج الکترومغناطیسی را دریافت و تابش می‌کند. به خصوص در مدارهای با فرکانس بالا، تداخل الکترومغناطیسی را به شدت افزایش می‌دهد و منجر به تداخل سیگنال و افزایش نویز می‌شود و انتقال سیگنال را به یک آشفتگی تبدیل می‌کند؛

• انتشار نویز

به یک "کانال انتشار" برای نویز با فرکانس بالا تبدیل می‌شود. سیگنال‌های حساس مجاور (مانند سیگنال‌های PWM و خطوط ساعت) به راحتی تداخل پیدا می‌کنند و در نتیجه باعث لرزش و اعوجاج سیگنال می‌شوند و در نهایت بر عملکرد محصول تأثیر می‌گذارند؛

• جفت‌شدگی خازنی توزیع‌شده

مس ایزوله و سیم‌های مجاور، "خازن‌های نامرئی" را تشکیل می‌دهند که نه تنها نویز را جفت می‌کنند، بلکه ویژگی‌های امپدانس سیگنال را نیز تغییر می‌دهند، که یک "ضربه مهلک" برای انتقال سیگنال با سرعت بالا است؛

• خطرات مدیریت حرارتی

هنگامی که جریان‌های زیادی عبور می‌کنند، ناحیه مس ایزوله، اتلاف حرارت ناهمواری را تجربه می‌کند و افزایش مقاومت موضعی به راحتی منجر به گرم شدن بیش از حد می‌شود و پیری مدار را تسریع می‌کند و طول عمر محصول را کاهش می‌دهد؛

• خطر تغییر شکل PCB

در حین لحیم‌کاری (مانند لحیم‌کاری موجی)، مناطق وسیعی از مس ایزوله به دلیل گرما به طور ناهموار منبسط می‌شوند و منجر به تاب برداشتن و لایه‌برداری PCB می‌شوند و برد را غیرقابل استفاده می‌کنند؛

• کاهش قابلیت اطمینان فرآیند

در طول فرآیندهای اچینگ و آبکاری، مناطق مس ایزوله مستعد جدا شدن فویل مسی به دلیل تمرکز تنش هستند که بر پایداری طولانی مدت محصول تأثیر می‌گذارد.

نکات عملی: 2 روش برای مدیریت مس ایزوله، آسان برای مبتدیان

از آنجایی که مس ایزوله چنین خطرات قابل توجهی را به همراه دارد، چگونه باید آن را مدیریت کرد؟ در اینجا دو مورد از رایج‌ترین و قابل اعتمادترین روش‌ها آورده شده است، که می‌توانید با توجه به نیازهای خود انتخاب کنید:

روش 1: دادن یک "سیستم پشتیبانی" به مس ایزوله – اختصاص دادن ویژگی GND
این رایج‌ترین روش است. ایده اصلی این است که مس ایزوله را "بخشی از گروه" کنید. به طور کلی، مس ایزوله به شبکه GND (زمین) اختصاص داده می‌شود. عملیات ساده است: vias GND را به مس ایزوله اضافه کنید و آن را به لایه مسی GND زیرین متصل کنید.

توجه: پیش‌شرط این است که لایه مسی زیرین باید ویژگی GND داشته باشد؛ در غیر این صورت، منجر به مشکلات الکتریکی جدیدی خواهد شد!

روش 2: جلوگیری از منبع – اضافه کردن یک ناحیه حذف ریختن مس
اگر می‌خواهید به طور کلی از مس ایزوله اجتناب کنید، می‌توانید از قبل "دفاعی" ایجاد کنید. با در نظر گرفتن نرم‌افزار Altium Designer (AD) به عنوان مثال (منطق در سایر نرم‌افزارها مشابه است)، قبل از ریختن مس، ابتدا مناطقی را که ریختن مس در آنها ممنوع است، ترسیم کنید. این کار از تولید مس در این مناطق جلوگیری می‌کند و در نتیجه از مس ایزوله از منبع جلوگیری می‌کند.

مراحل عملیات: نرم‌افزار Altium Designer را باز کنید → روی "Place" در بالا کلیک کنید → "Keepout" را انتخاب کنید → ناحیه‌ای را که ریختن مس باید در آن ممنوع شود، ترسیم کنید → سپس عملیات ریختن مس را انجام دهید تا یک ریختن مس کامل بدون مس ایزوله به دست آید.

در نهایت، یک یادآوری:

درمان مس ایزوله ممکن است یک "جزئیات جزئی" در طراحی PCB به نظر برسد، اما مستقیماً با عملکرد الکتریکی، پایداری و طول عمر محصول مرتبط است. چه یک مبتدی باشید و چه یک مهندس ارشد، باید عادت به بررسی و رسیدگی به مس ایزوله هنگام طراحی PCBها را در خود ایجاد کنید تا از اشتباهات پرهزینه جلوگیری کنید.