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与任何其他电气互连一样，容易受到电磁 (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。为了解决柔性电路板中的这种干扰问题，使用铜层、银墨水和专用屏蔽膜进行 EMI 屏蔽。

什么是EMI？

电磁干扰 (EMI) 是由电源产生的干扰，它通过电磁感应、静电耦合或传导影响电路。EMI 会显着降低电路板的性能，甚至使其无法正常工作。在高频下，互连往往充当天线并发射辐射。这些 EMI 辐射会干扰附近存在的其他组件并影响电路板的性能。因此，测量和控制电磁辐射非常重要。请参阅EMI和EMC的PCB设计指南。 

什么是 EMI 和 RF 屏蔽？

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

法拉第笼是通过在电路板边缘放置接地点来建立的。目标是避免在该区域外路由信号。这种方法将 EMI 保持在可接受的范围内。

使用法拉第笼隔离噪音

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。所有屏蔽方法都会在一定程度上增加柔性电路的厚度和成本。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靠性的担忧。额外的费用可能很大。除此之外，设计的层数可以增加。

受控阻抗是屏蔽和其他电气需求的最常见组合。这进一步增加了挠曲厚度，使其更难以满足电气和机械设计标准。有多种选择可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

在为柔性PCB 选择 EMI 屏蔽类型时，有必要考虑：

弯曲要求

可控阻抗

 弯曲要求

每种屏蔽方法都会影响柔性电路的总厚度。由于最小弯曲能力是厚度的函数，它将限制或降低柔性PCB 的可弯曲性。作为设计和材料选择过程的一部分，必须精确确定和评估屏蔽设计的最小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力明显大于静态弯曲设计的弯曲能力。

可控阻抗

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。屏蔽必须具有同时满足 EMI 和参考平面标准的电气特性，以获得适当的调节阻抗值。并非所有屏蔽技术都满足这两个要求。

柔性PCB 中使用的三种类型的 EMI 和 RF 屏蔽是什么？

柔性PCB 的 EMI 屏蔽使用三种类型的材料完成。

铜层

银墨

专用屏蔽膜

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

铜层

带缝合过孔的 3 层铜屏蔽柔性PCB

在这种结构中，作为实心或交叉影线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。如果要在不妨碍电路板柔韧性的情况下进行屏蔽，则使用交叉阴影层。 

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

如果设计有单层电路来满足连接要求并需要屏蔽，那么成本差异可能相当大。这种特殊设计将被视为 3 层板。为屏蔽而添加的两个附加层都将增加总费用。

交叉影线铜屏蔽层提高了设计的灵活性，但可能会降低屏蔽的有效性。 

屏蔽层通过过孔连接到地平面。由于柔性区域中存在通孔，这成为一个缺点。根据 IPC 2223，不建议在 flex 部分使用过孔。它们起到机械应力集中器的作用，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。银墨屏蔽柔性电路仅比非屏蔽变体厚 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选定的穿孔。这些穿孔暴露接地层并允许电气互连。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。

用银墨屏蔽的Flex PCB

与其他 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。对于大多数受控阻抗设计，这不是一个可行的选择。

专用屏蔽膜

专用屏蔽膜是最常见的选择。它们适用于动态弯曲应用，并允许使用尽可能小的结构。屏蔽膜非常有效，可用于各种敏感应用。

使用专用薄膜对柔性PCB进行 EMI 屏蔽。

在该结构中，导电粘合剂、金属沉积层和外部绝缘层被层压在一起。然后使用热量和压力将其粘合到覆盖层的表面上。接地电路使用与银墨水相同的方式连接。导电胶可以通过覆盖层中的选择性孔进行粘合和电连接。

厚度影响是三种方法中最小的。双面屏蔽膜的厚度仅为非屏蔽膜的15-20%。

带有专用屏蔽膜的 Flex PCB堆叠

在受控阻抗设计中不建议使用这种类型的屏蔽，因为它会增加容差值。

铁氧体磁珠如何降低 EMI？

铁氧体磁珠是一种无源电子元件，可以衰减电源线上的高频信号。它们通常放置在电源线周围，例如笔记本电脑的电源线。

电源线中的铁氧体磁珠

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。

铁氧体磁珠充当电感器，抵抗电流的变化。这意味着如果一个组件试图吸收电流尖峰，磁珠将抵抗该峰值并可能阻碍电路的运行。需要一个旁路电容器来存储可以提供功率尖峰的电荷。铁氧体磁珠可阻挡噪声（不需要的快速变化信号），从而降低 EMI。

PCB上的铁氧体磁珠

避免柔性板中 EM 和 RF 干扰的设计技巧

导电迹线中的锐角会导致特性阻抗和信号反射的波动。应使用曲线迹线避免这些急剧弯曲。

隔离高速和低速信号。

使电流返回路径尽可能短。这减小了电流回路的尺寸，从而减小了辐射。

避免在差分对中放置过孔，因为它会导致寄生电容。

如果设计需要分开的地平面，请确保这些地平面连接在一个点上。

接地层和电源层应从电路板边缘拉回。

屏蔽要求对任何电路板都至关重要，柔性PCB 也不例外。为了提供功能齐全、可靠且具有成本效益的屏蔽，必须对所有电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电路板设计中的 EMI，请在评论部分告诉我们。您还可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。