Flex PCB 的最佳 EMI 和 RF 屏蔽方法

2021-10-28

Flex PCB 的最佳 EMI 和 RF 屏蔽方法

柔性PCB與任何其他電氣互連一樣，容易受到電磁 (EM) 和射頻 (RF) 干擾。EM 和 RF 干擾的負面影響范圍從錯誤率增加到數據完全丟失。為了解決柔性電路板中的這種干擾問(wèn)題，使用銅層、銀墨水和專(zhuān)用屏蔽膜進(jìn)行 EMI 屏蔽。

什么是EMI？

電磁干擾 (EMI) 是由電源產(chǎn)生的干擾，它通過(guò)電磁感應、靜電耦合或傳導影響電路。EMI 會(huì )顯著(zhù)降低電路板的性能，甚至使其無(wú)法正常工作。在高頻下，互連往往充當天線(xiàn)并發(fā)射輻射。這些 EMI 輻射會(huì )干擾附近存在的其他組件并影響電路板的性能。因此，測量和控制電磁輻射非常重要。請參閱EMI和EMC的PCB設計指南。 

什么是 EMI 和 RF 屏蔽？

EMI 和 RF 屏蔽是一種用于防止來(lái)自外部信號的電磁和射頻干擾的方法。它還可以抑制高頻信號泄漏并干擾周?chē)娐?。這是通過(guò)使用金屬屏障來(lái)吸收通過(guò)空氣傳輸的電磁干擾來(lái)實(shí)現的。屏蔽效應基于法拉第籠中使用的原理，即金屬屏蔽完全包圍敏感或傳輸電子設備。 

法拉第籠是通過(guò)在電路板邊緣放置接地點(diǎn)來(lái)建立的。目標是避免在該區域外路由信號。這種方法將 EMI 保持在可接受的范圍內。

使用法拉第籠隔離噪音

柔性屏蔽設計挑戰

在考慮對柔性板進(jìn)行 EMI 屏蔽時(shí)，您會(huì )遇到各種設計挑戰。所有屏蔽方法都會(huì )在一定程度上增加柔性電路的厚度和成本。最常見(jiàn)的困難是厚度增加導致違反彎曲標準。這引起了人們對機械故障和可靠性的擔憂(yōu)。額外的費用可能很大。除此之外，設計的層數可以增加。

受控阻抗是屏蔽和其他電氣需求的最常見(jiàn)組合。這進(jìn)一步增加了撓曲厚度，使其更難以滿(mǎn)足電氣和機械設計標準。有多種選擇可以最大限度地減少噪聲柔性PCB 的吸收和/或輻射。其中一些將在下面討論。

柔性PCB 屏蔽注意事項

在為柔性PCB 選擇 EMI 屏蔽類(lèi)型時(shí)，有必要考慮：

彎曲要求

可控阻抗

 彎曲要求

每種屏蔽方法都會(huì )影響柔性電路的總厚度。由于最小彎曲能力是厚度的函數，它將限制或降低柔性PCB 的可彎曲性。作為設計和材料選擇過(guò)程的一部分，必須精確確定和評估屏蔽設計的最小彎曲半徑和彎曲類(lèi)型要求。

所需的彎曲類(lèi)型（無(wú)論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)）施加了額外的限制。動(dòng)態(tài)柔性板的彎曲能力明顯大于靜態(tài)彎曲設計的彎曲能力。

可控阻抗

EMI 和 RF 屏蔽方法進(jìn)一步受到柔性PCB中受控阻抗信號要求的限制。屏蔽必須具有同時(shí)滿(mǎn)足 EMI 和參考平面標準的電氣特性，以獲得適當的調節阻抗值。并非所有屏蔽技術(shù)都滿(mǎn)足這兩個(gè)要求。

柔性PCB 中使用的三種類(lèi)型的 EMI 和 RF 屏蔽是什么？

柔性PCB 的 EMI 屏蔽使用三種類(lèi)型的材料完成。

銅層

銀墨

專(zhuān)用屏蔽膜

應根據屏蔽性能、對機械彎曲能力的影響以及對受控阻抗設計的適用性來(lái)選擇每種材料。

銅層

帶縫合過(guò)孔的 3 層銅屏蔽柔性PCB

在這種結構中，作為實(shí)心或交叉影線(xiàn)平面的銅層通過(guò)縫合通孔連接到地。信號層夾在屏蔽層之間。這種屏蔽解決方案也用于剛性PCB設計。實(shí)心銅層提供更高程度的屏蔽。如果要在不妨礙電路板柔韌性的情況下進(jìn)行屏蔽，則使用交叉陰影層。 

雖然它是一種非常有效的屏蔽選項，但它的缺點(diǎn)是會(huì )顯著(zhù)增加設計厚度和零件成本。當柔性電路彎曲成所需的形狀時(shí)，額外的厚度限制了設計的彎曲能力，從而帶來(lái)了可靠性問(wèn)題。三層銅屏蔽柔性電路幾乎比單層非屏蔽變體厚 125%。這種類(lèi)型的屏蔽支持受控阻抗設計。 

如果設計有單層電路來(lái)滿(mǎn)足連接要求并需要屏蔽，那么成本差異可能相當大。這種特殊設計將被視為 3 層板。為屏蔽而添加的兩個(gè)附加層都將增加總費用。

交叉影線(xiàn)銅屏蔽層提高了設計的靈活性，但可能會(huì )降低屏蔽的有效性。 

屏蔽層通過(guò)過(guò)孔連接到地平面。由于柔性區域中存在通孔，這成為一個(gè)缺點(diǎn)。根據 IPC 2223，不建議在 flex 部分使用過(guò)孔。它們起到機械應力集中器的作用，同時(shí)降低了靈活性。 

銀墨

銀墨屏蔽層是一個(gè)經(jīng)典的選擇。與銅層相比，銀墨水具有更大的靈活性和更低的成本。雖然墨水比銅更靈活，但它仍然需要額外的覆蓋層來(lái)包裹和保存銀墨水。這種類(lèi)型的屏蔽比銅層屏蔽更薄、更便宜。銀墨屏蔽柔性電路僅比非屏蔽變體厚 75%。要了解柔性板成本優(yōu)化，請柔性PCB的成本驅動(dòng)因素是什么。

銀墨水在主覆蓋層中采用選定的穿孔。這些穿孔暴露接地層并允許電氣互連。銀墨流入這些孔中并在屏蔽層和接地/信號層之間建立連接。

用銀墨屏蔽的Flex PCB

與其他 EMI 屏蔽材料相比，銀墨水相當便宜。在這種情況下減少了材料層和制造工藝步驟的數量。對于大多數受控阻抗設計，這不是一個(gè)可行的選擇。

專(zhuān)用屏蔽膜

專(zhuān)用屏蔽膜是最常見(jiàn)的選擇。它們適用于動(dòng)態(tài)彎曲應用，并允許使用盡可能小的結構。屏蔽膜非常有效，可用于各種敏感應用。

使用專(zhuān)用薄膜對柔性PCB進(jìn)行 EMI 屏蔽。

在該結構中，導電粘合劑、金屬沉積層和外部絕緣層被層壓在一起。然后使用熱量和壓力將其粘合到覆蓋層的表面上。接地電路使用與銀墨水相同的方式連接。導電膠可以通過(guò)覆蓋層中的選擇性孔進(jìn)行粘合和電連接。

厚度影響是三種方法中最小的。雙面屏蔽膜的厚度僅為非屏蔽膜的15-20%。

帶有專(zhuān)用屏蔽膜的 Flex PCB堆疊

在受控阻抗設計中不建議使用這種類(lèi)型的屏蔽，因為它會(huì )增加容差值。

鐵氧體磁珠如何降低 EMI？

鐵氧體磁珠是一種無(wú)源電子元件，可以衰減電源線(xiàn)上的高頻信號。它們通常放置在電源線(xiàn)周?chē)?，例如筆記本電腦的電源線(xiàn)。

電源線(xiàn)中的鐵氧體磁珠

要了解在高速設計中減少信號衰減的技術(shù)，請參閱如何減少高速PCB中的信號衰減。

鐵氧體磁珠充當電感器，抵抗電流的變化。這意味著(zhù)如果一個(gè)組件試圖吸收電流尖峰，磁珠將抵抗該峰值并可能阻礙電路的運行。需要一個(gè)旁路電容器來(lái)存儲可以提供功率尖峰的電荷。鐵氧體磁珠可阻擋噪聲（不需要的快速變化信號），從而降低 EMI。

PCB上的鐵氧體磁珠

避免柔性板中 EM 和 RF 干擾的設計技巧

導電跡線(xiàn)中的銳角會(huì )導致特性阻抗和信號反射的波動(dòng)。應使用曲線(xiàn)跡線(xiàn)避免這些急劇彎曲。

隔離高速和低速信號。

使電流返回路徑盡可能短。這減小了電流回路的尺寸，從而減小了輻射。

避免在差分對中放置過(guò)孔，因為它會(huì )導致寄生電容。

如果設計需要分開(kāi)的地平面，請確保這些地平面連接在一個(gè)點(diǎn)上。

接地層和電源層應從電路板邊緣拉回。

屏蔽要求對任何電路板都至關(guān)重要，柔性PCB 也不例外。為了提供功能齊全、可靠且具有成本效益的屏蔽，必須對所有電氣和機械設計因素進(jìn)行徹底檢查。如果您希望我們幫助您降低電路板設計中的 EMI，請在評論部分告訴我們。您還可以閱讀我們的設計指南，了解如何計算彎曲半徑和通孔規格。