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与任何其他(tā)電(diàn)气互连一样，容易受到電(diàn)磁 (EM) 和射频 (RF) 干扰。EM 和 RF 干扰的负面影响范围从错误率增加到数据完全丢失。為(wèi)了解决柔性電(diàn)路板中的这种干扰问题，使用(yòng)铜层、银墨水和专用(yòng)屏蔽膜进行 EMI 屏蔽。

什么是EMI？

電(diàn)磁干扰 (EMI) 是由電(diàn)源产生的干扰，它通过電(diàn)磁感应、静電(diàn)耦合或传导影响電(diàn)路。EMI 会显着降低電(diàn)路板的性能(néng)，甚至使其无法正常工作。在高频下，互连往往充当天線(xiàn)并发射辐射。这些 EMI 辐射会干扰附近存在的其他(tā)组件并影响電(diàn)路板的性能(néng)。因此，测量和控制電(diàn)磁辐射非常重要。请参阅EMI和EMC的PCB设计指南。 

什么是 EMI 和 RF 屏蔽？

EMI 和 RF 屏蔽是一种用(yòng)于防止来自外部信号的電(diàn)磁和射频干扰的方法。它还可(kě)以抑制高频信号泄漏并干扰周围電(diàn)路。这是通过使用(yòng)金属屏障来吸收通过空气传输的電(diàn)磁干扰来实现的。屏蔽效应基于法拉第笼中使用(yòng)的原理(lǐ)，即金属屏蔽完全包围敏感或传输電(diàn)子设备。 

法拉第笼是通过在電(diàn)路板边缘放置接地点来建立的。目标是避免在该區(qū)域外路由信号。这种方法将 EMI 保持在可(kě)接受的范围内。

使用(yòng)法拉第笼隔离噪音

柔性屏蔽设计挑战

在考虑对柔性板进行 EMI 屏蔽时，您会遇到各种设计挑战。所有(yǒu)屏蔽方法都会在一定程度上增加柔性電(diàn)路的厚度和成本。最常见的困难是厚度增加导致违反弯曲标准。这引起了人们对机械故障和可(kě)靠性的担忧。额外的费用(yòng)可(kě)能(néng)很(hěn)大。除此之外，设计的层数可(kě)以增加。

受控阻抗是屏蔽和其他(tā)電(diàn)气需求的最常见组合。这进一步增加了挠曲厚度，使其更难以满足電(diàn)气和机械设计标准。有(yǒu)多(duō)种选择可(kě)以最大限度地减少噪声柔性PCB 的吸收和/或辐射。其中一些将在下面讨论。

柔性PCB 屏蔽注意事项

在為(wèi)柔性PCB 选择 EMI 屏蔽类型时，有(yǒu)必要考虑：

弯曲要求

可(kě)控阻抗

 弯曲要求

每种屏蔽方法都会影响柔性電(diàn)路的总厚度。由于最小(xiǎo)弯曲能(néng)力是厚度的函数，它将限制或降低柔性PCB 的可(kě)弯曲性。作為(wèi)设计和材料选择过程的一部分(fēn)，必须精确确定和评估屏蔽设计的最小(xiǎo)弯曲半径和弯曲类型要求。

所需的弯曲类型（无论是静态还是动态）施加了额外的限制。动态柔性板的弯曲能(néng)力明显大于静态弯曲设计的弯曲能(néng)力。

可(kě)控阻抗

EMI 和 RF 屏蔽方法进一步受到柔性PCB中受控阻抗信号要求的限制。屏蔽必须具有(yǒu)同时满足 EMI 和参考平面标准的電(diàn)气特性，以获得适当的调节阻抗值。并非所有(yǒu)屏蔽技术都满足这两个要求。

柔性PCB 中使用(yòng)的三种类型的 EMI 和 RF 屏蔽是什么？

柔性PCB 的 EMI 屏蔽使用(yòng)三种类型的材料完成。

铜层

银墨

专用(yòng)屏蔽膜

应根据屏蔽性能(néng)、对机械弯曲能(néng)力的影响以及对受控阻抗设计的适用(yòng)性来选择每种材料。

铜层

带缝合过孔的 3 层铜屏蔽柔性PCB

在这种结构中，作為(wèi)实心或交叉影線(xiàn)平面的铜层通过缝合通孔连接到地。信号层夹在屏蔽层之间。这种屏蔽解决方案也用(yòng)于刚性PCB设计。实心铜层提供更高程度的屏蔽。如果要在不妨碍電(diàn)路板柔韧性的情况下进行屏蔽，则使用(yòng)交叉阴影层。 

虽然它是一种非常有(yǒu)效的屏蔽选项，但它的缺点是会显着增加设计厚度和零件成本。当柔性電(diàn)路弯曲成所需的形状时，额外的厚度限制了设计的弯曲能(néng)力，从而带来了可(kě)靠性问题。三层铜屏蔽柔性電(diàn)路几乎比单层非屏蔽变體(tǐ)厚 125%。这种类型的屏蔽支持受控阻抗设计。 

如果设计有(yǒu)单层電(diàn)路来满足连接要求并需要屏蔽，那么成本差异可(kě)能(néng)相当大。这种特殊设计将被视為(wèi) 3 层板。為(wèi)屏蔽而添加的两个附加层都将增加总费用(yòng)。

交叉影線(xiàn)铜屏蔽层提高了设计的灵活性，但可(kě)能(néng)会降低屏蔽的有(yǒu)效性。 

屏蔽层通过过孔连接到地平面。由于柔性區(qū)域中存在通孔，这成為(wèi)一个缺点。根据 IPC 2223，不建议在 flex 部分(fēn)使用(yòng)过孔。它们起到机械应力集中器的作用(yòng)，同时降低了灵活性。 

银墨

银墨屏蔽层是一个经典的选择。与铜层相比，银墨水具有(yǒu)更大的灵活性和更低的成本。虽然墨水比铜更灵活，但它仍然需要额外的覆盖层来包裹和保存银墨水。这种类型的屏蔽比铜层屏蔽更薄、更便宜。银墨屏蔽柔性電(diàn)路仅比非屏蔽变體(tǐ)厚 75%。要了解柔性板成本优化，请柔性PCB的成本驱动因素是什么。

银墨水在主覆盖层中采用(yòng)选定的穿孔。这些穿孔暴露接地层并允许電(diàn)气互连。银墨流入这些孔中并在屏蔽层和接地/信号层之间建立连接。

用(yòng)银墨屏蔽的Flex PCB

与其他(tā) EMI 屏蔽材料相比，银墨水相当便宜。在这种情况下减少了材料层和制造工艺步骤的数量。对于大多(duō)数受控阻抗设计，这不是一个可(kě)行的选择。

专用(yòng)屏蔽膜

专用(yòng)屏蔽膜是最常见的选择。它们适用(yòng)于动态弯曲应用(yòng)，并允许使用(yòng)尽可(kě)能(néng)小(xiǎo)的结构。屏蔽膜非常有(yǒu)效，可(kě)用(yòng)于各种敏感应用(yòng)。

使用(yòng)专用(yòng)薄膜对柔性PCB进行 EMI 屏蔽。

在该结构中，导電(diàn)粘合剂、金属沉积层和外部绝缘层被层压在一起。然后使用(yòng)热量和压力将其粘合到覆盖层的表面上。接地電(diàn)路使用(yòng)与银墨水相同的方式连接。导電(diàn)胶可(kě)以通过覆盖层中的选择性孔进行粘合和電(diàn)连接。

厚度影响是三种方法中最小(xiǎo)的。双面屏蔽膜的厚度仅為(wèi)非屏蔽膜的15-20%。

带有(yǒu)专用(yòng)屏蔽膜的 Flex PCB堆叠

在受控阻抗设计中不建议使用(yòng)这种类型的屏蔽，因為(wèi)它会增加容差值。

铁氧體(tǐ)磁珠如何降低 EMI？

铁氧體(tǐ)磁珠是一种无源電(diàn)子元件，可(kě)以衰减電(diàn)源線(xiàn)上的高频信号。它们通常放置在電(diàn)源線(xiàn)周围，例如筆(bǐ)记本電(diàn)脑的電(diàn)源線(xiàn)。

電(diàn)源線(xiàn)中的铁氧體(tǐ)磁珠

要了解在高速设计中减少信号衰减的技术，请参阅如何减少高速PCB中的信号衰减。

铁氧體(tǐ)磁珠充当電(diàn)感器，抵抗電(diàn)流的变化。这意味着如果一个组件试图吸收電(diàn)流尖峰，磁珠将抵抗该峰值并可(kě)能(néng)阻碍電(diàn)路的运行。需要一个旁路電(diàn)容器来存储可(kě)以提供功率尖峰的電(diàn)荷。铁氧體(tǐ)磁珠可(kě)阻挡噪声（不需要的快速变化信号），从而降低 EMI。

PCB上的铁氧體(tǐ)磁珠

避免柔性板中 EM 和 RF 干扰的设计技巧

导電(diàn)迹線(xiàn)中的锐角会导致特性阻抗和信号反射的波动。应使用(yòng)曲線(xiàn)迹線(xiàn)避免这些急剧弯曲。

隔离高速和低速信号。

使電(diàn)流返回路径尽可(kě)能(néng)短。这减小(xiǎo)了電(diàn)流回路的尺寸，从而减小(xiǎo)了辐射。

避免在差分(fēn)对中放置过孔，因為(wèi)它会导致寄生電(diàn)容。

如果设计需要分(fēn)开的地平面，请确保这些地平面连接在一个点上。

接地层和電(diàn)源层应从電(diàn)路板边缘拉回。

屏蔽要求对任何電(diàn)路板都至关重要，柔性PCB 也不例外。為(wèi)了提供功能(néng)齐全、可(kě)靠且具有(yǒu)成本效益的屏蔽，必须对所有(yǒu)電(diàn)气和机械设计因素进行彻底检查。如果您希望我们帮助您降低電(diàn)路板设计中的 EMI，请在评论部分(fēn)告诉我们。您还可(kě)以阅读我们的设计指南，了解如何计算弯曲半径和通孔规格。