PCB板級(jí)屏蔽設(shè)計(jì)

電子設(shè)備越來(lái)越小，用戶的需求也各具特點(diǎn)，這使得印刷電路板的設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜-更不用說(shuō)完成的設(shè)計(jì)不僅要滿足功能性測(cè)試，還要滿足美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)和其他法規(guī)規(guī)定的兼容性測(cè)試。一個(gè)新的電子設(shè)備典型設(shè)計(jì)流程如下：首先由市場(chǎng)組根據(jù)市場(chǎng)需求確定所需特征;然后由產(chǎn)業(yè)工程師設(shè)計(jì)產(chǎn)品的主要特征，如用戶界面，平臺(tái)規(guī)模，腔體設(shè)計(jì)以及機(jī)械元件;最后由元件和PCB板工程師根據(jù)這些規(guī)范進(jìn)行回路和元件的布局。

許多設(shè)計(jì)工程師首先考慮的是屏蔽要求，即通過(guò)將噪聲元件放在離敏感元件盡可能遠(yuǎn)的地方以減小潛在的干擾;然而，他們也意識(shí)到如果產(chǎn)品未能通過(guò)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)證測(cè)試，他們不得不通過(guò)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，他們只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(jù)屏蔽體形狀和屏蔽要求進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)，而無(wú)法尋求空間利用的最大化和功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

通過(guò)采用熱成型板級(jí)屏蔽體(圖1)代替?zhèn)鹘y(tǒng)屏蔽技術(shù)，設(shè)計(jì)工程師能夠根據(jù)功能要求將元件和電路置于PCB板上，而不必根據(jù)已有屏蔽腔的固定形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。工程師利用這些熱成型屏蔽體，就能夠基于電路和元件功能進(jìn)行板級(jí)設(shè)計(jì)，而不再受限于傳統(tǒng)屏蔽腔的形狀。選用單個(gè)熱成型屏蔽腔具有很多特別的好處，能為板級(jí)設(shè)計(jì)，一體化和性能增加很大的靈活性。

板級(jí)設(shè)計(jì)的靈活性

當(dāng)今的客戶希望有各種形狀和尺寸的電子設(shè)備，這種需求就需要特定的腔體設(shè)計(jì)和PCB板形狀?，F(xiàn)成的元件和腔體一般是方形或矩形的，而在非規(guī)則的PCB板上放置方形屏蔽腔會(huì)對(duì)工程師在PCB板上放置元件的能力造成影響。不論P(yáng)CB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(huì)增加制造屏蔽體的復(fù)雜性。選擇熱成型屏蔽體的設(shè)計(jì)者在項(xiàng)目開(kāi)始階段可以更多的關(guān)注于有效板級(jí)設(shè)計(jì)，而不會(huì)受限于電磁干擾屏蔽體的外形和構(gòu)造。例如，圖2為一個(gè)圓形的PCB板及用于滿足法規(guī)和功能要求相應(yīng)的熱成型，多腔體屏蔽體。如果采用傳統(tǒng)的屏蔽技術(shù)，這種類型的PCB板就需要7個(gè)獨(dú)立的屏蔽腔，因此會(huì)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(chǎn)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(gè)屏蔽體大小。當(dāng)PCB板上有多個(gè)屏蔽腔時(shí)，每個(gè)腔體都需要獨(dú)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(guò)一排球形焊料連接到接地平面。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，如果工程師準(zhǔn)備使用兩個(gè)單獨(dú)的屏蔽腔，那么每個(gè)腔體都需要自己的接地線，并且腔體之間要留有間隔。但如果采用熱成型、多腔屏蔽體，則只需要在腔體之間設(shè)置一根獨(dú)立的接地線即可(圖3)。

熱成型屏蔽體帶來(lái)的設(shè)計(jì)靈活性確保了能夠?qū)ζ渌匾卣鬟M(jìn)行設(shè)計(jì)，如設(shè)計(jì)避免耦合的過(guò)孔，電纜和連接的接入點(diǎn)，以及用于冷卻的氣孔。具有這種靈活性，設(shè)計(jì)時(shí)就能將元件和電路放在最優(yōu)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(jí)屏蔽體的設(shè)計(jì)和構(gòu)造以各種方式增加了腔體內(nèi)的可用空間。如果選用現(xiàn)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(nèi)表面發(fā)生短路。但如果采用熱成型屏蔽體則不需要這個(gè)附加的空間，因?yàn)闊岢尚推帘误w是由輕的金屬化塑料制成，因此腔體內(nèi)表面不導(dǎo)電。

圖3 熱成型多腔屏蔽體只需要一根獨(dú)立的焊線

而且，傳統(tǒng)的屏蔽體高度一般是均勻的，因此某區(qū)域屏蔽體的高度由該屏蔽區(qū)域的最高元件決定。然而，熱成型屏蔽體使設(shè)計(jì)工程師能夠靈活的變化腔體內(nèi)屏蔽體的高度，這增加了在z軸方向設(shè)計(jì)的靈活性，周?chē)材苋菁{更多的元件和腔體部件。

性能

如果PCB板上有多個(gè)區(qū)域需要屏蔽，有的工程師會(huì)采用框蓋技術(shù)。雖然這種技術(shù)能將每個(gè)腔體與外界干擾屏蔽開(kāi)來(lái)，但外框與蓋子的內(nèi)部開(kāi)孔對(duì)于干擾非常敏感。熱成型多腔屏蔽體能讓各個(gè)腔體對(duì)外界干擾的屏蔽效果保持一致。實(shí)際上，用于安裝這些屏蔽體的球形焊料有兩厘米的接觸點(diǎn)，這確保了產(chǎn)品的性能能高達(dá)12GHz，并且球形提供了兩層的接觸，有一定的冗余。另一方面，框蓋屏蔽體通過(guò)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(dòng)不靈活，而且蓋子的翻轉(zhuǎn)通常會(huì)破壞電氣接觸，因此框蓋技術(shù)并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(gòu)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(diǎn)施力，這使得在跌落測(cè)試和震動(dòng)測(cè)試中，屏蔽體都能保持與PCB板之間具有良好的接觸。

案例

一個(gè)提供自動(dòng)信息和數(shù)據(jù)采集及移動(dòng)計(jì)算系統(tǒng)的知名電子公司設(shè)計(jì)了一款新型的具有掃描能力的手持抗震電腦。這個(gè)新模型比以前的模型多了電壓計(jì)來(lái)集成多達(dá)五個(gè)不同的無(wú)線電發(fā)射機(jī)，而容納它們的腔體體積卻更小。設(shè)計(jì)過(guò)程開(kāi)始前，這個(gè)公司的設(shè)計(jì)者就決定選用熱成型板級(jí)屏蔽體-這個(gè)設(shè)計(jì)選擇使在PCB板上放置多級(jí)元件成為可能(圖4)。通過(guò)這種方法，設(shè)計(jì)者增加了產(chǎn)品的多功能性，而且還將模型尺寸減小了7%，并且新產(chǎn)品成功通過(guò)了新手持式抗震設(shè)備上市所需進(jìn)行的測(cè)試。

如果成品需要通過(guò)兼容性測(cè)試并在最終用戶手里可靠使用，很有必要對(duì)PCB板上所有元件進(jìn)行有效的屏蔽。板級(jí)設(shè)計(jì)者經(jīng)常使用傳統(tǒng)的金屬屏蔽腔或框蓋技術(shù)對(duì)元件進(jìn)行屏蔽。雖然這些選擇可能會(huì)提供有效的屏蔽，但它們的金屬構(gòu)造，尺寸和剛性經(jīng)常會(huì)給成品的尺寸和功能帶來(lái)限制。選擇質(zhì)量輕的金屬化膠膜屏蔽體，易于熱成型成任意形狀，這使設(shè)計(jì)者更多的關(guān)注于對(duì)可靠的產(chǎn)品進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，并很好滿足最終用戶的期望。