中心議題：

• PCB板級屏蔽設(shè)計
• 板級設(shè)計的靈活性

解決方案：

• 采用熱成型屏蔽體
• 采用框蓋技術(shù)

電子設(shè)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(shè)計越來越復(fù)雜-更不用說完成的設(shè)計不僅要滿足功能性測試,還要滿足美國聯(lián)邦通信委員會和其他法規(guī)規(guī)定的兼容性測試。一個新的電子設(shè)備典型設(shè)計流程如下:首先由市場組根據(jù)市場需求確定所需特征,然后由產(chǎn)業(yè)工程師設(shè)計產(chǎn)品的主要特征,如用戶界面,平臺規(guī)模,腔體設(shè)計以及機械元件。最后由元件和PCB板工程師根據(jù)這些規(guī)范進行回路和元件的布局。

許多設(shè)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干擾;然而,他們也意識到如果產(chǎn)品未能通過檢測實驗室的認(rèn)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行PCB板設(shè)計,而無法尋求空間利用的最大化和功能的優(yōu)化設(shè)計。

通過采用熱成型板級屏蔽體(圖1)代替?zhèn)鹘y(tǒng)屏蔽技術(shù),設(shè)計工程師能夠根據(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行設(shè)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行板級設(shè)計,而不再受限于傳統(tǒng)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(shè)計,一體化和性能增加很大的靈活性。

板級設(shè)計的靈活性

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,而不會增加制造屏蔽體的復(fù)雜性。選擇熱成型屏蔽體的設(shè)計者在項目開始階段可以更多的關(guān)注于有效板級設(shè)計,而不會受限于電磁干擾屏蔽體的外形和構(gòu)造。例如,圖2為一個圓形的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(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屏蔽體大小。當(dāng)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面。通過對比發(fā)現(xiàn),如果工程師準(zhǔn)備使用兩個單獨的屏蔽腔,那么每個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.置于PCB板上的熱成型多腔屏蔽體
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熱成型屏蔽體帶來的設(shè)計靈活性確保了能夠?qū)ζ渌匾卣鬟M行設(shè)計,如設(shè)計避免耦合的過孔,電纜和連接的接入點,以及用于冷卻的氣孔。具有這種靈活性,設(shè)計時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(shè)計和構(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(nèi)表面不導(dǎo)電。


圖3.傳統(tǒng)的屏蔽腔需要為每個腔體提供單獨的接地線,并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只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(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(qū)域需要屏蔽,有的工程師會采用框蓋技術(shù)。雖然這種技術(shù)能將每個腔體與外界干擾屏蔽開來,但外框與蓋子的內(nèi)部開孔對于干擾非常敏感。熱成型多腔屏蔽體能讓各個腔體對外界干擾的屏蔽效果保持一致。實際上,用于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(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(zhuǎn)通常會破壞電氣接觸,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

一個提供自動信息和數(shù)據(jù)采集及移動計算系統(tǒng)的知名電子公司設(shè)計了一款新型的具有掃描能力的手持抗震電腦。這個新模型比以前的模型多了電壓計來集成多達五個不同的無線電發(fā)射機,而容納它們的腔體體積卻更小。設(shè)計過程開始前,這個公司的設(shè)計者就決定選用熱成型板級屏蔽體-這個設(shè)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(shè)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)品成功通過了新手持式抗震設(shè)備上市所需進行的測試。

如果成品需要通過兼容性測試并在最終用戶手里可靠使用,很有必要對PCB板上所有元件進行有效的屏蔽。板級設(shè)計者經(jīng)常使用傳統(tǒng)的金屬屏蔽腔或框蓋技術(shù)對元件進行屏蔽。雖然這些選擇可能會提供有效的屏蔽,但它們的金屬構(gòu)造,尺寸和剛性經(jīng)常會給成品的尺寸和功能帶來限制。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)計者更多的關(guān)注于對可靠的產(chǎn)品進行最優(yōu)化的設(shè)計,并很好滿足最終用戶的期望。