PCB板級屏蔽設計

電子設備越來(lái)越小，用戶(hù)的需求也各具特點(diǎn)，這使得印刷電路板的設計越來(lái)越復雜-更不用說(shuō)完成的設計不僅要滿(mǎn)足功能性測試，還要滿(mǎn)足美國聯(lián)邦通信委員會(huì )和其他法規規定的兼容性測試。一個(gè)新的電子設備典型設計流程如下：首先由市場(chǎng)組根據市場(chǎng)需求確定所需特征;然后由產(chǎn)業(yè)工程師設計產(chǎn)品的主要特征，如用戶(hù)界面，平臺規模，腔體設計以及機械元件;最后由元件和PCB板工程師根據這些規范進(jìn)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(guò)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干擾;然而，他們也意識到如果產(chǎn)品未能通過(guò)檢測實(shí)驗室的認證測試，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屏蔽體形狀和屏蔽要求進(jìn)行PCB板設計，而無(wú)法尋求空間利用的最大化和功能的優(yōu)化設計。

通過(guò)采用熱成型板級屏蔽體(圖1)代替傳統屏蔽技術(shù)，設計工程師能夠根據功能要求將元件和電路置于PCB板上，而不必根據已有屏蔽腔的固定形狀進(jìn)行設計。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)行板級設計，而不再受限于傳統屏蔽腔的形狀。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(hù)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?，F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(huì )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(huì )增加制造屏蔽體的復雜性。選擇熱成型屏蔽體的設計者在項目開(kāi)始階段可以更多的關(guān)注于有效板級設計，而不會(huì )受限于電磁干擾屏蔽體的外形和構造。例如，圖2為一個(gè)圓形的PCB板及用于滿(mǎn)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(shù)，這種類(lèi)型的PCB板就需要7個(gè)獨立的屏蔽腔，因此會(huì )占用更多的空間。

圖1 具有球形焊料走線(xiàn)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PCB板上有多個(gè)屏蔽腔時(shí)，每個(gè)腔體都需要獨立的走線(xiàn)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)對比發(fā)現，如果工程師準備使用兩個(gè)單獨的屏蔽腔，那么每個(gè)腔體都需要自己的接地線(xiàn)，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置一根獨立的接地線(xiàn)即可(圖3)。

熱成型屏蔽體帶來(lái)的設計靈活性確保了能夠對其他必要特征進(jìn)行設計，如設計避免耦合的過(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，設計時(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，因為熱成型屏蔽體是由輕的金屬化塑料制成，因此腔體內表面不導電。

圖3 熱成型多腔屏蔽體只需要一根獨立的焊線(xiàn)

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?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)，但外框與蓋子的內部開(kāi)孔對于干擾非常敏感。熱成型多腔屏蔽體能讓各個(gè)腔體對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，這使得在跌落測試和震動(dòng)測試中，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)信息和數據采集及移動(dòng)計算系統的知名電子公司設計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來(lái)集成多達五個(gè)不同的無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機，而容納它們的腔體體積卻更小。設計過(guò)程開(kāi)始前，這個(gè)公司的設計者就決定選用熱成型板級屏蔽體-這個(gè)設計選擇使在PCB板上放置多級元件成為可能(圖4)。通過(guò)這種方法，設計者增加了產(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)了新手持式抗震設備上市所需進(jìn)行的測試。

如果成品需要通過(guò)兼容性測試并在最終用戶(hù)手里可靠使用，很有必要對PCB板上所有元件進(jìn)行有效的屏蔽。板級設計者經(jīng)常使用傳統的金屬屏蔽腔或框蓋技術(shù)對元件進(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，這使設計者更多的關(guān)注于對可靠的產(chǎn)品進(jìn)行最優(yōu)化的設計，并很好滿(mǎn)足最終用戶(hù)的期望。