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題，使用銅層、銀墨水和專用屏蔽膜進行 EMI 屏蔽。

什么是EMI？

電磁干擾 (EMI) 是由電源產生的干擾，它通過電磁感應、靜電耦合或傳導影響電路。EMI 會顯著降低電路板的性能，甚至使其無法正常工作。在高頻下，互連往往充當天線并發射輻射。這些 EMI 輻射會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圍電路。這是通過使用金屬屏障來吸收通過空氣傳輸的電磁干擾來實現的。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。 

法拉第籠是通過在電路板邊緣放置接地點來建立的。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

在考慮對柔性板進行 EMI 屏蔽時，您會遇到各種設計挑戰。所有屏蔽方法都會在一定程度上增加柔性電路的厚度和成本。最常見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。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組合。這進一步增加了撓曲厚度，使其更難以滿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 屏蔽類型時，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型要求。

所需的彎曲類型（無論是靜態還是動態）施加了額外的限制。動態柔性板的彎曲能力明顯大于靜態彎曲設計的彎曲能力。

可控阻抗

EMI 和 RF 屏蔽方法進一步受到柔性PCB中受控阻抗信號要求的限制。屏蔽必須具有同時滿足 EMI 和參考平面標準的電氣特性，以獲得適當的調節阻抗值。并非所有屏蔽技術都滿足這兩個要求。

柔性PCB 中使用的三種類型的 EMI 和 RF 屏蔽是什么？

柔性PCB 的 EMI 屏蔽使用三種類型的材料完成。

銅層

銀墨

專用屏蔽膜

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選擇每種材料。

銅層

帶縫合過孔的 3 層銅屏蔽柔性PCB

在這種結構中，作為實心或交叉影線平面的銅層通過縫合通孔連接到地。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，但它的缺點是會顯著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，額外的厚度限制了設計的彎曲能力，從而帶來了可靠性問題。三層銅屏蔽柔性電路幾乎比單層非屏蔽變體厚 125%。這種類型的屏蔽支持受控阻抗設計。 

如果設計有單層電路來滿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附加層都將增加總費用。

交叉影線銅屏蔽層提高了設計的靈活性，但可能會降低屏蔽的有效性。 

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

銀墨

銀墨屏蔽層是一個經典的選擇。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包裹和保存銀墨水。這種類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化，請柔性PCB的成本驅動因素是什么。

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，這不是一個可行的選擇。

專用屏蔽膜

專用屏蔽膜是最常見的選擇。它們適用于動態彎曲應用，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。

使用專用薄膜對柔性PCB進行 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。導電膠可以通過覆蓋層中的選擇性孔進行粘合和電連接。

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型的屏蔽，因為它會增加容差值。

鐵氧體磁珠如何降低 EMI？

鐵氧體磁珠是一種無源電子元件，可以衰減電源線上的高頻信號。它們通常放置在電源線周圍，例如筆記本電腦的電源線。

電源線中的鐵氧體磁珠

要了解在高速設計中減少信號衰減的技術，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。這意味著如果一個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。需要一個旁路電容器來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

導電跡線中的銳角會導致特性阻抗和信號反射的波動。應使用曲線跡線避免這些急劇彎曲。

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孔，因為它會導致寄生電容。

如果設計需要分開的地平面，請確保這些地平面連接在一個點上。

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。