Выбор типа полигона для проектировщиков всегда спорный вопрос, поскольку у каждого типа есть свои преимущества и недостатки. Какие факторы нужно учесть при выборе, и почему современные практики предпочитают сплошной (Solid) полигон?

Рассмотрим каждый тип полигона подробнее.

1. Сетчатый полигон (Hatched или GriddedPolygon)

Это полигон, залитый не сплошным слоем меди, а в виде сетки (как правило, под 90° или 45°).

Преимущества сетчатого полигона:

• Меньшее напряжение при нагреве (лучше для пайки).

До изобретения термобарьера это было главное преимущество сетчатого полигона. При пайке волной припоя или в печи вся печатная плата нагревается. Сплошной полигон, будучи большим массивом меди, действует как теплоотвод и может неравномерно нагреваться/расширяться, что иногда приводило к отслаиванию полигона от подложки (lifting) или деформации печатной платы. Сетчатый полигон, имея разрывы, меньше препятствует тепловому расширению основы.

• Меньший риск перетрава.

При использовании химического травления сплошной полигон требует большого тока при гальванике. Это может привести к «подгару» мелких дорожек рядом с полигоном. Сетчатый полигон протравливается более равномерно.

• Меньший вес, поскольку меди используется меньше.

Недостатки:

• Характеристики по постоянному току и импедансу сетчатого полигона хуже чем у сплошного полигона.
  Ток течет по более узким проводникам сетки, что увеличивает сопротивление и индуктивность.

• Неэффективный экран.

Плохо защищает от электромагнитных помех (EMI). Помехи легко проникают через отверстия в сетке.

• Проблемы с целостностью сигнала (SI).
  Импеданс сигнальных линий, проходящих над таким полигоном, будет неоднородным и непредсказуемым, так как обратный ток не может найти прямой путь под сигнальной линией.

• Сложность производства для современных печатных плат.
  Для высокоплотных печатных плат с мелкими элементами и BGA-корпусами сетка может создавать проблемы при производстве и пайке. Множество, так называемых, кислотных ловушек (AcidTraps)

Кислотные ловушки (AcidTraps) в производстве печатных плат – это места топологии, из которых трудно удалить травящий раствор. Они возникают, когда дорожки пересекаются под острым углом, и в месте пересечения накапливается раствор, который в дальнейшем разрушает медные дорожки и другие материалы и части печатной платы. Это вызывает обрывы, короткие замыкания и прочие дефекты соединений.

Параметры сетчатого полигона указаны на нашем сайте в разделе «Технологические возможности изготовления печатных плат» https://pselectro.ru/tehnologiceskie-vozmoznosti-izgotovlenia-pecatnyh-plat-77980/).

2. Сплошной полигон (SolidPolygon)

Это сплошная заливка области медью.

Преимущества:

• Отличное экранирование (EMI/EMC).
  Сплошная медь создает превосходный барьер для электромагнитных излучений как от печатной платы, так и на нее.

• Лучшая целостность сигнала (SI) по сравнению с сетчатым полигоном.
  Обеспечивает идеальную, непрерывную плоскость для возврата сигнальных токов. Это критически важно для высокоскоростных цифровых и аналоговых цепей, так как позволяет контролировать импеданс и минимизировать перекрестные наводки.

• Низкое сопротивление и индуктивность.
  Идеален для разводки цепей питания (GND, VCC), так как обеспечивает минимальное падение напряжения и высокую токопроводящую способность.

• Лучшее, относительно сетчатого полигона, теплораспределение.
  Хотя это может быть минусом при пайке, это огромный плюс для функционирования печатной платы. Сплошной полигон действует как радиатор, отводя тепло от мощных компонентов.

Недостатки:

• Риск термической деформации при пайке.
  Основной недостаток. Большая масса меди может привести к неравномерному нагреву участка печатной платы.

• Риск возникновения «поплавка» печатной платы при пайке волной. Если на нижнем слое огромный сплошной полигон, а на верхнем — нет, печатная плата может нагреваться неравномерно и немного изогнуться.

Так что же выбрать? Современные рекомендации.

Подавляющее большинство современных PCB-пакетов (AltiumDesigner, KiCad, Eagle) по умолчанию используют сплошную заливку.

Используйте СПЛОШНОЙ полигон для:

• Всех земляных (GND) полигонов. Это абсолютный стандарт сегодня.

• Полигонов питания (например, 3.3V, 5V), особенно если по ним течет значительный ток или они используются как опорная плоскость для сигналов.

• Любых высокоскоростных или высокочастотных печатных плат.

• Печатных плат, где важна электромагнитная совместимость (EMC).

  Сетчатый полигон можно рассмотреть в очень специфичных случаях:

• Большие и простые печатные платы, паяемые волной припоя, где главный приоритет — минимизация проблем с пайкой, а не высокие электрические характеристики.

• Редко для некритичных полигонов питания на низкочастотных устройствах.

Важные замечания и лучшие практики:

1. Современное производство.

Технологии производства (прецизионное травление, пайка в печах с точным профилем температуры) сильно шагнули вперед. Проблема перетрава и термической деформации со сплошными полигонами сегодня встречается гораздо реже и решается правильными настройками процесса. Опытные технологи «ЭЛЕКТРОконнект», владеющие тонкостями наладки оборудования и глубоким пониманием химических процессов, безошибочно справляются с этой задачей.

2. Термобарьер (ThermalRelief) решает главную проблему сплошного полигона. Всегда используйте термобарьеры для соединения выводов компонентов с полигоном. Это специальная конструкция (сетчатые «спицы»), которая соединяет контактную площадку с полигоном. Она термически изолирует вывод (уменьшая теплоотвод для лёгкой пайки), но при этом обеспечивает электрическое и токовое соединение. Без термобарьера пайка выводов, подключенных к большому полигону, будет крайне затруднена.

3. Зазор (Clearance).

Всегда правильно настраивайте зазор между полигоном и чужими контактными площадками/сигнальными дорожками. Как правило, зазор от полигона до площадки, проводника должен быть больше, чем просто зазор между проводниками и площадками.

На нашем предприятии, например для фольги 18 мкм, зазор от полигона до площадок и проводников должен быть не менее 0,150 мм, в то время как зазор между проводнками может быть 0,100 мм (см. раздел «Технологические возможности изготовления печатных плат» https://pselectro.ru/tehnologiceskie-vozmoznosti-izgotovlenia-pecatnyh-plat-77980/).

Итог

Для 99% современных печатных плат используются сплошные (Solid) полигоны, особенно для «земли». Это обеспечивает лучшие электрические характеристики, целостность сигнала и экранирование. Потенциальные проблемы с нагревом при пайке эффективно решаются с помощью термобарьеров (ThermalRelief) и правильных настроек технологического процесса на производстве.

Сетчатые полигоны — это в основном наследие прошлой технологической эры, и их применение в наши дни является исключением, а не правилом.

Больше о производстве «ЭЛЕКТРОконнект» Вы можете узнать здесь:
Сайт ТГ ВК Дзен Youtube Rutube