皆様こんにちは、フライバック電源のPCB設計について質問があります。
現在、基板上のスイッチングMOSFETのドレインからトランスの一次巻線への配線が、パターンを引く際に細めに設定されてしまっています。そこで、この経路の電流容量を増やし、同時に放熱性も向上させるため、この配線部分のソルダーレジストを開窓してはんだを盛り、実質的な配線厚を増やそうと考えています。
お伺いしたいのですが、このようにMOSドレインの高圧スイッチングノード部分でレジストを開窓して配線を厚くする手法は、電源の放射ノイズ（EMI）に大きな影響を与えるものでしょうか？ スイッチングノードの銅箔面積を増やすことと同義になるため、かえって放射エミッションが悪化してしまうことはないでしょうか？ 何か注意すべき設計上のポイントはありますでしょうか？
ここが主要なEMI干渉源で、ループを小さく描けばEMIを減らせますが、電流容量と放熱を増やしたいなと思っています。EMIが増えてしまわないか分からなくて、皆さん試されたことはありますか！
間違いなく測定可能な影響があります。MOSFETのドレインは、メインの高 dV/dt ノードです。銅箔を露出させてハンダを盛ることで、実質的に表面積が増え、トレースの3Dジオメトリが変化します。これにより、シャーシや近接するプレーンに対する寄生容量が直接的に増加し、コモンモードノイズが増大してしまいます。手早なベンチプロトタイプのためにどうしてもやらなければならない場合は、露出面積を可能な限り小さくしてください。しかし正直なところ、EMCコンプライアンスをクリアするためには、スナバを微調整するか、よりタイトなレイアウトで基板をリスピンする方がはるかに確実です。
この問題は両面から考える必要があります。レジスト開窓によるスズメッキは、確かにスイッチングノードの実効銅箔面積を増大させます。理論上は対地寄生容量が増加し、dv/dtが変わらない場合には変位電流 i=C·dv/dt が増大するため、放射ノイズが悪化する可能性があります。
しかし、実際の効果は元の配線がどれだけ細いかによります。元の配線がすでに深刻な発熱を起こしている場合、配線抵抗が大きすぎることを示しており、スイッチング波形のリンギングやスパイクは、抵抗による電圧降下によってすでに悪化している可能性があります。この場合、配線厚を増してインピーダンスを下げることで、かえってスイッチング波形の品質が改善され、面積増大によるマイナス効果を打ち消す可能性があります。
まず開窓の前後でドレイン（D極）の実測波形を比較し、リンギングの振幅と周波数の変化に重点を置いて確認することをお勧めします。また、開窓エリアはできるだけ配線本体のみを覆うようにし、大面積のベタ銅に接続しないようにして、「実効面積」の増加量を適切に抑えてください。
兄弟、1次側の配線幅を細くしちゃったなら、さっさとレイアウトをやり直せよ！半田盛りで許容電流を増やそうなんて、そもそもあり得ない話だ。半田の導電率は銅の10数分の1しかないんだ。同じ電流容量を出そうと思ったら、どれだけ厚く盛らなきゃならないんだ？それに、D端子の配線部分はもともとEMIの超危険地帯だ。ループ面積を小さく引くのはもちろん大事だが、ノード面積もできるだけ小さくしなきゃいけない。放熱のために無理やり面積を大きくしたら、後でEMCラボにテストしに行ったとき、試験費用だけで基板を10回は作り直せる額になるぞ。人の忠告は素直に聞いとけって。配線幅を広げて、銅箔厚2ozにするのが正解だ。
以前、65Wのフライバックアダプタの温度を下げるために、まさにこの「修正」を試したことがあります。EMIは悪化したかって？間違いなく、特に30〜50MHzの帯域でね。分厚くムラのあるウェーブはんだが、まるで完璧な小型ブロードサイドアンテナのように機能したんです。結局、放射ノイズ試験に通るためだけに、スイッチングエッジを遅くするためにゲート抵抗をわずかに増やすはめになり、それでそもそもはんだで得ていた熱的メリットが完全に台無しになってしまいました！これに頼らないでください。
放射メカニズムから言えば、開窓範囲を厳格に制御し、既存の配線の平面面積を拡大しない限り、EMIへの影響は実のところ非常に小さい。
スイッチングノードの放射エミッションは、本質的には高い dv/dt、di/dt ループによって形成されるループアンテナ効果と、ノードの寄生容量による外部へのコモンモード結合である。錫めっきによる厚みの増加は、配線の縦方向の厚さを増やすだけであり、水平方向の放射等価面積を増大させることはない。むしろ導体の断面積が大きくなることで、配線の寄生インダクタンスと抵抗がわずかに低下するため、理論上はスイッチングスパイクも少し抑えられることになる。
本当に警戒すべきは、手作業でのハンダ盛りによるハンダのはみ出しであり、これが実質的に配線を広げ、スイッチングノードの銅箔面積を拡大してしまうことである。これこそが高周波帯域の放射増加を引き起こす原因となる。また、寄生容量の増加を避けるため、配線とリファレンスグランドとの間に十分なクリアランスを確保することをお勧めする。