如何为PCB层设置正确的屏蔽

正确的屏蔽方法

在产品开发中，从成本、进度、质量和性能的角度来看，通常最好尽早在项目开发周期中仔细考虑和实施正确的设计。在项目后期实施的附加组件和其他“快速”修补程序在功能上通常不是非理想的解决方案，其质量和可靠性较差，并且比在过程中较早实施的成本更高。在项目的早期设计阶段缺乏预见性通常会导致延迟交付，并可能导致客户对产品不满意。此问题适用于任何设计，无论是模拟，数字，电气还是机械等。

与屏蔽单个IC和PCB部分区域相比，屏蔽整个PCB的成本约为10倍，屏蔽整个产品的成本为100倍。如果需要对整个房间或建筑物进行屏蔽，那么成本确实是天文数字。

（图源：freeimages）

“嵌套”屏蔽方法是一种可能的解决方案。嵌套方法是一种在产品设计的每个最低级别应用屏蔽的方法。例如，屏蔽首先应用于：

• 单个IC / PCB的部分面积

• 整个PCB

• 子装配

• 全部产品

嵌套式屏蔽方法可以使按时，在性能规格范围内制造高质量产品的总成本最低。

使用低的屏蔽级别

出于各种原因，在尽可能低的级别（单个IC，PCB的小面积和PCB级别）进行屏蔽是很有意义的：

• 外壳屏蔽不能帮助衰减位于PCB上的单个IC之间的干扰，而PCB电平屏蔽却可以帮助衰减单个IC之间的干扰。

• 从实用/成本效率的角度来看，典型的外壳屏蔽技术无法在较高（GHz）频率下提供显着的衰减性能，而PCB屏蔽确实可以提供这种功能。

• 通过在PCB层上有效使用屏蔽，可以最大程度地降低屏蔽层的成本和重量。

• 从易感性的角度来看，现代集成电路具有不断缩小的硅特性、更快的上升时间和更低的噪声裕度，只要在PCB层采用屏蔽，就可以高效的在嘈杂环境中工作。

• 产品中包含有噪点的无线通信模块的集成会导致对紧邻的其他敏感模拟和数字组件的有害推断。也可以通过使用PCB电平屏蔽来减轻这种噪声。

• 由于需要添加孔和插槽以穿透输入/输出电缆、显示器、通风、接触去除介质等，因此外壳的屏蔽通常会折衷到完全失效的地步。而如果使用PCB级屏蔽，这种情况就不会那么严重了。

• 有效的外壳屏蔽通常要求在电缆穿过外壳屏蔽的位置对进出产品的所有电缆进行准确的过滤。如果使用PCB电平屏蔽，则可以减少对此额外过滤的需求。

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无论是设计手机、平板电脑、便携式计算机还是其他形式的电子产品，除PCB电平屏蔽外，良好的PCB布局对于将EMI降至最低至关重要。接地层和电源层可用作高威胁噪声信号的EMI屏蔽，这项技术是朝着将这些高威胁信号中的噪声降至最低的良好第一步。这种方法会出现一个问题，RF能量仍然会辐射出组件引线和封装，因此需要更完整的解决方案。在这里可以使用PCB电平屏蔽（也称为“屏蔽罐”）来衰减这些噪声设备发出的噪声。

为了提供最大的好处，PCB水平屏蔽必须形成一个完整的六面金属外壳。这是通过将屏蔽层焊接到位于所有需要屏蔽的组件下方的坚固接地平面上来实现的。为了最大化功效，接地平面中不得有任何实质性的缝隙或开口。所有屏蔽层和接地层的实际性能始终会受到开口（例如调节孔、指示器、电线、构造接缝以及屏蔽罐接地层连接之间的间隙）的影响，因此，需要尽可能避免使用这些项目。

EMI屏蔽的目标是使用金属盒的六个侧面在封闭的RF噪声组件周围创建一个法拉第笼。顶部的五个侧面是使用屏蔽盖或金属罐制成的，而底部的侧面是使用PCB内的接地层实现的。在理想的外壳中，没有任何排放物会进入或离开盒子。确实会发生来自这些屏蔽的有害排放，例如从穿孔到锡罐中的孔中释放出来，这些锡罐允许在焊料回流期间进行热传递。这些泄漏也可能是由于EMI垫圈或焊料附件的缺陷引起的。噪声也可能从用于将屏蔽盖电连接到接地层的接地通孔之间的空间逸出。

传统上，PCB屏蔽是使用通孔焊尾连接到PCB的，该焊尾是在主装配过程之后手动焊接的。这是一个耗时且昂贵的过程。如果在安装和维修过程中需要维护，则必须拆焊才能进入屏蔽层下的电路和组件。在包含高度敏感组件稠密的PCB区域中，存在很昂贵损坏风险。

PCB液位屏蔽罐的典型属性如下：

• 占地面积小；

• 低调配置；

• 两件式设计（围栏和盖子）；

• 通孔或表面贴装；

• 多腔图案（使用同一屏蔽层隔离多个组件）；

• 几乎无限的设计灵活性；

• 通风孔；

• 可移动的盖子，用于快速检修组件；

• I / O孔

• 连接器切口；

• 射频吸收器增强屏蔽；

• 带有绝缘垫的ESD保护；

• 使用框架和盖子之间的牢固锁定功能，可靠地防止冲击和振动。

典型屏蔽材料

通常可以使用各种各样的屏蔽材料，包括黄铜，镍银和不锈钢。最常见的类型是：

• 占地面积小；

• 低调配置；

• 两件式设计（围栏和盖子）；

• 通孔或表面贴装；

• 多腔图案（使用同一屏蔽层隔离多个组件）；

• 几乎无限的设计灵活性；

• 通风孔；

• 可移动的盖子，用于快速检修组件；

• I / O孔

• 连接器切口；

• 射频吸收器增强屏蔽；

• 带有绝缘垫的ESD保护；

• 使用框架和盖子之间的牢固锁定功能，可靠地防止冲击和振动。

通常，镀锡钢是屏蔽低于100 MHz的最佳选择，而镀锡铜则是屏蔽高于200 MHz的最佳选择。镀锡可以实现最佳的焊接效率。由于铝本身不具有散热特性，因此不容易焊接到接地层，因此通常不用于PCB电平屏蔽。

根据最终产品的法规负担，用于屏蔽的所有材料都可能需要符合RoHs标准。此外，如果将产品用于炎热和潮湿的环境，则可能会引起电腐蚀和氧化。