PCB设计中屏蔽罩的应用与设计
1. 屏蔽罩的重要性
屏蔽罩在高速PCB设计中扮演着不可或缺的角色,这主要归功于高速PCB板上所集成的众多无线通信电路,如GPS、BT、Wifi以及2G/3G/4G/5G等,同时还有敏感的模拟电路和DC-DC开关电源电路等。这些电路的运作往往需要屏蔽罩进行隔离,以确保彼此间不会产生干扰。通过屏蔽罩的应用,不仅可以保护其他电路免受干扰,还能有效防止自身电路对其他电路的影响。
1.1 ► 阻止电磁干扰
屏蔽罩在高速PCB设计中发挥着至关重要的作用。它主要被用于隔离和保护高速PCB板上集成的各种电路,如无线通信电路和敏感模拟电路等,从而确保它们能够正常工作而不会相互干扰。通过屏蔽罩的应用,不仅可以有效地防止其他电路对目标电路的干扰,还能显著降低自身电路对其他电路的不利影响。
1.2 ► 物理防护
屏蔽罩除了防止EMI,还能避免PCB板在SMT后分板过程中发生碰撞。此外,散热问题也是屏蔽罩设计中的一大考量。对于发热量大的IC,如DSP和电源芯片PMU等,可以直接在对应部分添加散热材料,而一些发热要求高的产品甚至会在屏蔽罩上加入纳米碳材料来进一步增强散热效果。
1.3 ► 散热设计
在屏蔽罩上添加散热材料,为高发热量IC提供散热支持,可以有效防止撞件,确保在PCB SMT后的分板过程中,相邻板子能够安全隔开,避免在后续测试或运输过程中发生碰撞。同时,其设计能够确保内部器件在工作时的散热。

022. 屏蔽罩的类型
2.1 ► 单件式屏蔽罩
单件式屏蔽罩,也被称为固定式屏蔽罩,通过SMT直接贴装在PCB上,通常被称为Shielding Frame。
设计要点与注意事项:
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在选用材料时,推荐采用洋白铜Cu-7521(R-112H或R-OH),因其具有良好的焊接性能。
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关于屏蔽罩的高度,建议设定为0.25mm加上内部器件的最大高度,以确保有效屏蔽。

2.2 ► 双件式屏蔽罩
双件式屏蔽罩,也常被称为可拆卸式或天地盖屏蔽罩,其设计使得屏蔽罩可以直接打开,无需借助热风枪等工具。结构上分为Shielding Frame与Shielding Cover,便于拆卸。
双件式屏蔽罩的底部SMT焊接在PCB上,被称为Shielding Frame,而顶部则直接扣合在Frame上,形成一个完整的屏蔽罩,即Shielding Cover。在材料选择上,Frame建议采用洋白铜,以确保良好的焊接效果;而Cover则可以选择马口铁,以降低成本。

2.3 ► 屏蔽罩夹子
无论是单件式还是双件式屏蔽罩,其制造都需要进行开模。因此,厂家推出了屏蔽罩夹子,也被称为Shielding Clip,这种设计在一定程度上可以替代传统的屏蔽框。
Shielding Clip的优点包括:简化制造工艺、便捷安装和增强屏蔽效果。然而,使用Shielding Clip也存在一定的挑战,如需确保其与Frame和Cover的紧密结合,以充分发挥其屏蔽效能。

033. PCB板屏蔽罩设计
3.1 ► 设计规范
PCB板屏蔽罩的设计至关重要。在高频设计中,PCB板屏蔽罩的设计应符合0.6-0.8mm的焊盘宽度等规范。为了实现有效的屏蔽,PCB板屏蔽罩的焊盘宽度应控制在0.6-0.8mm范围内,焊盘长度则为3-5mm,而焊盘间距保持为1mm。
3.2 ► 散热孔设计
针对那些发热量较大的电子元器件,PCB板屏蔽罩的表面应布局一些直径为1mm的散热孔,以此提升这些元器件的使用寿命。

044. 判断是否需要屏蔽罩
4.1 ► 电磁兼容性需求
在高EMI环境中工作的产品需要屏蔽罩保护,以确保其电磁兼容性(EMC)满足规范要求。
4.2 ► 散热需求
通过合理设计,包括在屏蔽罩上布局散热孔,可以提升高发热元器件的使用寿命和系统的稳定性。
4.3 ► 安装和维护便捷性
屏蔽罩设计必须兼顾产品安装和拆卸便捷性,以便于日常操作和维护。
4.4 ► 产品认证要求
在某些情况下,为了满足产品认证标准时可能需要屏蔽罩。不同产品的认证要求各不相同,需要根据具体情况而定。
4.5 ► 成本考量
权衡屏蔽罩增加的成本与潜在性能提升是相当重要的,确保投资回报最大化。
4.6 ► 外观和结构设计
屏蔽罩可能会对产品的外观和结构布局产生影响,需要在产品设计阶段综合考虑。
4.7 ► 实际使用情况
根据实际使用环境判断屏蔽罩的必要性,如在电磁环境复杂的工业现场中使用屏蔽罩可能更为必要,以确保产品的稳定性和可靠性。
普通两件式屏蔽罩设计

1.屏蔽支架与屏蔽盖子X、Y方向四周侧边间隙均为0.05mm;Z方向顶部也需预留0.03~0.05mm的间隙,避免屏蔽框孔位下移后,屏蔽盖扣不到位;
2.屏蔽盖子可选用0.1~0.2厚材料,尽量选用0.15mm的;折弯类屏蔽支架尽量选用0.20mm厚的材料,少用0.15mm厚的材料;拉伸类屏蔽支架必须采用0.2mm厚的材料;
3.普通折弯支架:盖子与PCB至少避让0.3以上间隙,防止锡膏爬墙顶屏蔽盖,影响扣合; 拉伸支架:盖子与支架Z向0.1以上间隙;
4. 屏蔽盖(cover)的材料用不锈钢SUS304(R-1/2H) ;屏蔽支架(frame)材料用洋白铜C7521(R-1/2H or R-OH);
5. 屏蔽支架上的装配通孔直径一般采用Φ0.6;屏蔽盖子上的凸点内侧壁直径为Φ0.70、凸出内侧壁高度为0.15mm;
6. 屏蔽支架/盖子必须设计扣点,单边需至少设计一处扣点,每增加5mm增加一处扣点,即5mm至少1处,10mm需2处,15mm需做3处,扣点必须为通孔;
7. 如果器件高度比价高,屏蔽支架无法长筋位的,可局部凸起长筋位,贴片后再把凸起筋位撕掉;撕手位距离屏蔽框内边缘需大于1mm以上,便于个别易断筋无法手撕时采用剪除方式。
拉伸式屏蔽罩设计

- 屏蔽盖子不可以做拉伸件,只能做折弯工艺;屏蔽支架可做拉伸,但支架料厚必须为0.20mm,高度≥1.25mm;拉伸件转角处的最小内R角至少要保证0.65mm以上,最小外R角至少要保证1.0mm以上,焊接法栏翻边要在0.20mm以上;
- 四周凸缘切边宽度B=0.2mm(1倍料厚), 增加平整度稳定性;
- 外框内圆角R1最小可做到R0.65mm, 最好以R1.0mm以上为佳, 抽引成型不能有直角急转处,否则抽引会破裂;
- 外框外圆角R2= l . 0 mm,最好以R1.5mm以上为佳;
- A尺寸不要小于0.7mm, 以1.0mm以上为佳。
- 展平后,冲刀区宽度留0.5mm;
- 屏蔽盖焊盘宽度0.7~1.0mm之间,太小不利于贴片,太大容易被外界干扰;
- 直接SMT时浮锡高度0.1mm,盖子平整度0.1mm。屏蔽罩装配后距离上方器件或壳体间隙最小要0.2mm;
- 屏蔽支架重心处要预设计直径5mm的吸盘区域,四周墙体每边要有1到2个直径0.7~1.0mm的通孔,用于卡屏蔽盖。卡洞不能太多,否则很难拆卸,可由供应商作出,设计给出位置尺寸;
- 屏蔽盖四周墙体的最底面距离PCB要有0.5mm的距离,防止屏蔽支架吃锡过多顶住屏蔽盖。
- 屏蔽盖散热孔直径1mm;
- 如果屏蔽盖或者屏蔽支架有平面落差,注意落差分界处侧面切通,不然无法加工,另外平面内的落差拐角处要打直径3mm的孔,否则会撕裂;
- 如果屏蔽盖或者屏蔽支架有平面落差,注意落差角度35~40°(太大的角度加工时冲裂),落差处支架与盖子面配合间隙不为0,应该为0.1mm;
- 屏蔽直接平面切空处距离侧墙外壁要1mm以上,内部有向下折弯的话折弯处侧墙距离外侧墙0.5mm,此时平面直接贴着侧墙切空;
- 屏蔽直接切空区内角R0.5mm;
- 屏蔽支架与PCB之间不是整面焊接,要采用2-1-2-1mm方式的长城脚焊接,2mm接触,1mm悬空方便爬锡,如此可以增加屏蔽盖的贴附强度。
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