如何為PCB層設(shè)置正確的屏蔽

正確的屏蔽方法

在產(chǎn)品開發(fā)中，從成本、進(jìn)度、質(zhì)量和性能的角度來看，通常最好盡早在項(xiàng)目開發(fā)周期中仔細(xì)考慮和實(shí)施正確的設(shè)計(jì)。在項(xiàng)目后期實(shí)施的附加組件和其他“快速”修補(bǔ)程序在功能上通常不是非理想的解決方案，其質(zhì)量和可靠性較差，并且比在過程中較早實(shí)施的成本更高。在項(xiàng)目的早期設(shè)計(jì)階段缺乏預(yù)見性通常會(huì)導(dǎo)致延遲交付，并可能導(dǎo)致客戶對(duì)產(chǎn)品不滿意。此問題適用于任何設(shè)計(jì)，無論是模擬，數(shù)字，電氣還是機(jī)械等。

與屏蔽單個(gè)IC和PCB部分區(qū)域相比，屏蔽整個(gè)PCB的成本約為10倍，屏蔽整個(gè)產(chǎn)品的成本為100倍。如果需要對(duì)整個(gè)房間或建筑物進(jìn)行屏蔽，那么成本確實(shí)是天文數(shù)字。

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“嵌套”屏蔽方法是一種可能的解決方案。嵌套方法是一種在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的每個(gè)最低級(jí)別應(yīng)用屏蔽的方法。例如，屏蔽首先應(yīng)用于：

• 單個(gè)IC / PCB的部分面積

• 整個(gè)PCB

• 子裝配

• 全部產(chǎn)品

嵌套式屏蔽方法可以使按時(shí)，在性能規(guī)格范圍內(nèi)制造高質(zhì)量產(chǎn)品的總成本最低。

使用低的屏蔽級(jí)別

出于各種原因，在盡可能低的級(jí)別（單個(gè)IC，PCB的小面積和PCB級(jí)別）進(jìn)行屏蔽是很有意義的：

• 外殼屏蔽不能幫助衰減位于PCB上的單個(gè)IC之間的干擾，而PCB電平屏蔽卻可以幫助衰減單個(gè)IC之間的干擾。

• 從實(shí)用/成本效率的角度來看，典型的外殼屏蔽技術(shù)無法在較高（GHz）頻率下提供顯著的衰減性能，而PCB屏蔽確實(shí)可以提供這種功能。

• 通過在PCB層上有效使用屏蔽，可以最大程度地降低屏蔽層的成本和重量。

• 從易感性的角度來看，現(xiàn)代集成電路具有不斷縮小的硅特性、更快的上升時(shí)間和更低的噪聲裕度，只要在PCB層采用屏蔽，就可以高效的在嘈雜環(huán)境中工作。

• 產(chǎn)品中包含有噪點(diǎn)的無線通信模塊的集成會(huì)導(dǎo)致對(duì)緊鄰的其他敏感模擬和數(shù)字組件的有害推斷。也可以通過使用PCB電平屏蔽來減輕這種噪聲。

• 由于需要添加孔和插槽以穿透輸入/輸出電纜、顯示器、通風(fēng)、接觸去除介質(zhì)等，因此外殼的屏蔽通常會(huì)折衷到完全失效的地步。而如果使用PCB級(jí)屏蔽，這種情況就不會(huì)那么嚴(yán)重了。

• 有效的外殼屏蔽通常要求在電纜穿過外殼屏蔽的位置對(duì)進(jìn)出產(chǎn)品的所有電纜進(jìn)行準(zhǔn)確的過濾。如果使用PCB電平屏蔽，則可以減少對(duì)此額外過濾的需求。

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無論是設(shè)計(jì)手機(jī)、平板電腦、便攜式計(jì)算機(jī)還是其他形式的電子產(chǎn)品，除PCB電平屏蔽外，良好的PCB布局對(duì)于將EMI降至最低至關(guān)重要。接地層和電源層可用作高威脅噪聲信號(hào)的EMI屏蔽，這項(xiàng)技術(shù)是朝著將這些高威脅信號(hào)中的噪聲降至最低的良好第一步。這種方法會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，RF能量仍然會(huì)輻射出組件引線和封裝，因此需要更完整的解決方案。在這里可以使用PCB電平屏蔽（也稱為“屏蔽罐”）來衰減這些噪聲設(shè)備發(fā)出的噪聲。

為了提供最大的好處，PCB水平屏蔽必須形成一個(gè)完整的六面金屬外殼。這是通過將屏蔽層焊接到位于所有需要屏蔽的組件下方的堅(jiān)固接地平面上來實(shí)現(xiàn)的。為了最大化功效，接地平面中不得有任何實(shí)質(zhì)性的縫隙或開口。所有屏蔽層和接地層的實(shí)際性能始終會(huì)受到開口（例如調(diào)節(jié)孔、指示器、電線、構(gòu)造接縫以及屏蔽罐接地層連接之間的間隙）的影響，因此，需要盡可能避免使用這些項(xiàng)目。

EMI屏蔽的目標(biāo)是使用金屬盒的六個(gè)側(cè)面在封閉的RF噪聲組件周圍創(chuàng)建一個(gè)法拉第籠。頂部的五個(gè)側(cè)面是使用屏蔽蓋或金屬罐制成的，而底部的側(cè)面是使用PCB內(nèi)的接地層實(shí)現(xiàn)的。在理想的外殼中，沒有任何排放物會(huì)進(jìn)入或離開盒子。確實(shí)會(huì)發(fā)生來自這些屏蔽的有害排放，例如從穿孔到錫罐中的孔中釋放出來，這些錫罐允許在焊料回流期間進(jìn)行熱傳遞。這些泄漏也可能是由于EMI墊圈或焊料附件的缺陷引起的。噪聲也可能從用于將屏蔽蓋電連接到接地層的接地通孔之間的空間逸出。

傳統(tǒng)上，PCB屏蔽是使用通孔焊尾連接到PCB的，該焊尾是在主裝配過程之后手動(dòng)焊接的。這是一個(gè)耗時(shí)且昂貴的過程。如果在安裝和維修過程中需要維護(hù)，則必須拆焊才能進(jìn)入屏蔽層下的電路和組件。在包含高度敏感組件稠密的PCB區(qū)域中，存在很昂貴損壞風(fēng)險(xiǎn)。

PCB液位屏蔽罐的典型屬性如下：

• 占地面積小；

• 低調(diào)配置；

• 兩件式設(shè)計(jì)（圍欄和蓋子）；

• 通孔或表面貼裝；

• 多腔圖案（使用同一屏蔽層隔離多個(gè)組件）；

• 幾乎無限的設(shè)計(jì)靈活性；

• 通風(fēng)孔；

• 可移動(dòng)的蓋子，用于快速檢修組件；

• I / O孔

• 連接器切口；

• 射頻吸收器增強(qiáng)屏蔽；

• 帶有絕緣墊的ESD保護(hù)；

• 使用框架和蓋子之間的牢固鎖定功能，可靠地防止沖擊和振動(dòng)。

典型屏蔽材料

通常可以使用各種各樣的屏蔽材料，包括黃銅，鎳銀和不銹鋼。最常見的類型是：

• 占地面積小；

• 低調(diào)配置；

• 兩件式設(shè)計(jì)（圍欄和蓋子）；

• 通孔或表面貼裝；

• 多腔圖案（使用同一屏蔽層隔離多個(gè)組件）；

• 幾乎無限的設(shè)計(jì)靈活性；

• 通風(fēng)孔；

• 可移動(dòng)的蓋子，用于快速檢修組件；

• I / O孔

• 連接器切口；

• 射頻吸收器增強(qiáng)屏蔽；

• 帶有絕緣墊的ESD保護(hù)；

• 使用框架和蓋子之間的牢固鎖定功能，可靠地防止沖擊和振動(dòng)。

通常，鍍錫鋼是屏蔽低于100 MHz的最佳選擇，而鍍錫銅則是屏蔽高于200 MHz的最佳選擇。鍍錫可以實(shí)現(xiàn)最佳的焊接效率。由于鋁本身不具有散熱特性，因此不容易焊接到接地層，因此通常不用于PCB電平屏蔽。

根據(jù)最終產(chǎn)品的法規(guī)負(fù)擔(dān)，用于屏蔽的所有材料都可能需要符合RoHs標(biāo)準(zhǔn)。此外，如果將產(chǎn)品用于炎熱和潮濕的環(huán)境，則可能會(huì)引起電腐蝕和氧化。