中心議題：

• PCB板級屏蔽設計
• 板級設計的靈活性

解決方案：

• 采用熱成型屏蔽體
• 采用框蓋技術

電子設備越來越小,用戶的需求也各具特點,這使得印刷電路板的設計越來越複雜-更不用說完成的設計不僅要滿足功能性測試,還要滿足美國聯邦通信委員會和其他法規規定的兼容性測試。一個新的電子設備典型設計流程如下:首先由市場組根據市場需求確定所需特征,然後由產業工程師設計產品的主要特征,如用戶界麵,平台規模,腔體設計以及機械元件。最後由元件和PCB板工程師根據這些規範進行回路和元件的布局。

許多設計工程師首先考慮的是屏蔽要求,即通過將噪聲元件放在離敏感元件盡可能遠的地方以減小潛在的幹擾;然而,他們也意識到如果產品未能通過檢測實驗室的認證測試,他們不得不通過在PCB板上加屏蔽腔以提供屏蔽。為了給屏蔽腔留出足夠的空間,他們隻好把最大的元件放在一起以最好地利用這些屏蔽腔。但是這種思路需要根據屏蔽體形狀和屏蔽要求進行PCB板設計,而無法尋求空間利用的最大化和功能的優化設計。

通過采用熱成型板級屏蔽體(圖1)代替傳統屏蔽技術,設計工程師能夠根據功能要求將元件和電路置於PCB板上,而不必根據已有屏蔽腔的固定形狀進行設計。工程師利用這些熱成型屏蔽體,就能夠基於電路和元件功能進行板級設計,而不再受限於傳統屏蔽腔的形狀。選用單個熱成型屏蔽腔具有很多特別的好處,能為板級設計,一體化和性能增加很大的靈活性。

板級設計的靈活性

當今的客戶希望有各種形狀和尺寸的電子設備,這種需求就需要特定的腔體設計和PCB板形狀。現成的元件和腔體一般是方形或矩形的,而在非規則的PCB板上放置方形屏蔽腔會對工程師在PCB板上放置元件的能力造成影響。不論PCB板尺寸如何,熱成型屏蔽體都能夠按照任意的PCB板成形,而不會增加製造屏蔽體的複雜性。選擇熱成型屏蔽體的設計者在項目開始階段可以更多的關注於有效板級設計,而不會受限於電磁幹擾屏蔽體的外形和構造。例如,圖2為一個圓形的PCB板及用於滿足法規和功能要求相應的熱成型,多腔體屏蔽體。如果采用傳統的屏蔽技術,這種類型的PCB板就需要7個獨立的屏蔽腔,因此會占用更多的空間。


圖1.具有球形焊料走線的熱成型屏蔽體可以保證產品具有可靠的性能

而且,熱成型屏蔽體將所需的空間最小化到單個屏蔽體大小。當PCB板上有多個屏蔽腔時,每個腔體都需要獨立的走線接地,與此不同,如果PCB板采用熱成型的多腔體屏蔽腔,該腔體就能夠通過一排球形焊料連接到接地平麵。通過對比發現,如果工程師準備使用兩個單獨的屏蔽腔,那麼每個腔體都需要自己的接地線,並且腔體之間要留有間隔。但如果采用熱成型、多腔屏蔽體,則隻需要在腔體之間設置一根獨立的接地線即可(圖3)。



圖2a.具有7個腔體的圓形PCB板

圖2b.置於PCB板上的熱成型多腔屏蔽體
[page]
熱成型屏蔽體帶來的設計靈活性確保了能夠對其他必要特征進行設計,如設計避免耦合的過孔,電纜和連接的接入點,以及用於冷卻的氣孔。具有這種靈活性,設計時就能將元件和電路放在最優的位置,而不用首先考慮屏蔽的要求。

一體化的靈活性

熱成型板級屏蔽體的設計和構造以各種方式增加了腔體內的可用空間。如果選用現成的元件和屏蔽腔,則需要留出足夠的空間以避免PCB板上最高的元件與腔體內表麵發生短路。但如果采用熱成型屏蔽體則不需要這個附加的空間,因為熱成型屏蔽體是由輕的金屬化塑料製成,因此腔體內表麵不導電。


圖3.傳統的屏蔽腔需要為每個腔體提供單獨的接地線,並且腔體之間要留有空間以避免可能的短路,然而熱成型多腔屏蔽體隻需要一根獨立的焊線就可以保證最大的屏蔽效果

而且,傳統的屏蔽體高度一般是均勻的,因此某區域屏蔽體的高度由該屏蔽區域的最高元件決定。然而,熱成型屏蔽體使設計工程師能夠靈活的變化腔體內屏蔽體的高度,這增加了在z軸方向設計的靈活性,周圍也能容納更多的元件和腔體部件。

性能

如果PCB板上有多個區域需要屏蔽,有的工程師會采用框蓋技術。雖然這種技術能將每個腔體與外界幹擾屏蔽開來,但外框與蓋子的內部開孔對於幹擾非常敏感。熱成型多腔屏蔽體能讓各個腔體對外界幹擾的屏蔽效果保持一致。實際上,用於安裝這些屏蔽體的球形焊料有兩厘米的接觸點,這確保了產品的性能能高達12GHz,並且球形提供了兩層的接觸,有一定的冗餘。另一方麵,框蓋屏蔽體通過凹陷保證接觸,這一般需要5毫米的空間。而且,蓋子一般是剛性的,移動不靈活,而且蓋子的翻轉通常會破壞電氣接觸,因此框蓋技術並不能提供與熱成型屏蔽體相同的可靠性能。


圖4.手持式電腦上的PCB板采用了熱成型多腔屏蔽體

構造熱成型屏蔽體的材料一般既牢固又靈活。材料的靈活性避免了屏蔽體在接觸點施力,這使得在跌落測試和震動測試中,屏蔽體都能保持與PCB板之間具有良好的接觸。

一個案例

一(yi)個(ge)提(ti)供(gong)自(zi)動(dong)信(xin)息(xi)和(he)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)及(ji)移(yi)動(dong)計(ji)算(suan)係(xi)統(tong)的(de)知(zhi)名(ming)電(dian)子(zi)公(gong)司(si)設(she)計(ji)了(le)一(yi)款(kuan)新(xin)型(xing)的(de)具(ju)有(you)掃(sao)描(miao)能(neng)力(li)的(de)手(shou)持(chi)抗(kang)震(zhen)電(dian)腦(nao)。這(zhe)個(ge)新(xin)模(mo)型(xing)比(bi)以(yi)前(qian)的(de)模(mo)型(xing)多(duo)了(le)電(dian)壓(ya)計(ji)來(lai)集(ji)成(cheng)多(duo)達(da)五(wu)個(ge)不(bu)同(tong)的(de)無(wu)線(xian)電(dian)發(fa)射(she)機(ji),而容納它們的腔體體積卻更小。設計過程開始前,這個公司的設計者就決定選用熱成型板級屏蔽體-這個設計選擇使在PCB板上放置多級元件成為可能(圖4)。通過這種方法,設計者增加了產品的多功能性,而且還將模型尺寸減小了7%,並且新產品成功通過了新手持式抗震設備上市所需進行的測試。

如果成品需要通過兼容性測試並在最終用戶手裏可靠使用,很有必要對PCB板ban上shang所suo有you元yuan件jian進jin行xing有you效xiao的de屏ping蔽bi。板ban級ji設she計ji者zhe經jing常chang使shi用yong傳chuan統tong的de金jin屬shu屏ping蔽bi腔qiang或huo框kuang蓋gai技ji術shu對dui元yuan件jian進jin行xing屏ping蔽bi。雖sui然ran這zhe些xie選xuan擇ze可ke能neng會hui提ti供gong有you效xiao的de屏ping蔽bi,但它們的金屬構造,尺寸和剛性經常會給成品的尺寸和功能帶來限製。選擇質量輕的金屬化膠膜屏蔽體,易於熱成型成任意形狀,這使設計者更多的關注於對可靠的產品進行最優化的設計,並很好滿足最終用戶的期望。