做項目時,在屏蔽罩上吃過虧,總結了一些經驗科普一下。
我們經常在很多PCB上看到屏蔽罩,尤其是手機等消費類電子產品里面。
某手機的PCB上面滿是屏蔽罩
屏蔽罩多見于手機PCB,主要是因為手機上有GPS,BT,Wifi,2G/3G/4G/5G等多種無線通信電路,有的如敏感的模擬電路,DC-DC開關電源電路,一般都需要用屏蔽罩隔離,一方面是為了不影響其他電路,另一方面是防止其他電路影響自己。
這是其中一個作用,防止電磁干擾;屏蔽罩另外一個作用是防止撞件,PCB SMT后會進行分板,一般相鄰板子之間需要隔開,防止離得太近,在后續的測試或者其他運輸過程中導致撞件。
屏蔽罩的的原材料一般有洋白銅、不銹鋼、馬口鐵等,目前大多數的屏蔽罩用的都是洋白銅。
洋白銅的特點是屏蔽效果稍差,較軟,價格比不銹鋼貴,易上錫;不銹鋼的屏蔽效果好,強度高,價格適中;但上錫困難(在沒做表面處理時幾乎不能上錫,鍍鎳后有改善,但還是不利于貼片);馬口鐵屏蔽效果最差,但上錫好,價格便宜。
屏蔽罩可以分為固定式和可拆卸式。
單件式屏蔽罩
固定式一般也叫單件式,直接SMT貼在PCB上,英文一般稱Shielding Frame。
設計注意事項:
1,單件式屏蔽罩因為是直接SMT貼在PCB上,建議材料選擇洋白銅Cu-7521(R-1/2H or R-OH),焊接性能好。
2,屏蔽罩注意開孔。
3,屏蔽罩的高度建議是0.25mm+內部器件最大高度。
屏蔽罩開孔的作用:
1,一方面是為了工作時內部器件的散熱,開孔自然會犧牲一部分的屏蔽效果。
2,另一方面在回流焊時,以降低屏蔽罩內外的溫差,保證焊接的可靠性,可以試想一下,在回流焊的高溫下,如果屏蔽罩密封效果好且未開孔,很有可能出現內爆(屏蔽罩炸裂,內部器件損壞),這個是有實際案例的。
PS:在MTK的一些文檔中,有屏蔽罩開孔和未開孔的焊接性能比較,開孔明顯優于未開孔。
如下是幾種常見單件式屏蔽罩的處理方式:
1,某些發熱量大的IC如BB、PA、電源芯片PMU等,可以直接將對應部分挖空以充分散熱,或者方便添加散熱材料。
2,屏蔽罩內部個別器件很高時,為了不整體提高屏蔽罩高度,可以將對應部分挖空處理,以減少占用PCB的空間;某些挖空是為了后期的方便調試,方便示波器萬用表等的測量。
雙件式屏蔽罩
可拆卸式一般也叫雙件式,雙件式屏蔽罩可以直接打開,不用借助熱風槍工具。
價格比單件式貴,底下的SMT焊接在PCB上,稱為Shielding Frame,上面的稱為Shielding Cover,直接扣在Shielding Frame上,方便拆卸,一般把下面的Frame稱為屏蔽框,上面的Cover稱為屏蔽罩。
Frame建議采用洋白銅,上錫好;Cover可以采用馬口鐵,主要是便宜。
雙件式可以在項目初期采用,方便調試,等待硬件調試穩定之后,再考慮采用單件式以降低成本。
shielding Frame和shielding Cover的結合緊密依靠四周突起的小孔
雙件式需要注意Frame和Cover的接觸可靠性
1,Frame和Cover接觸要可靠,否則跌落測試不容易過,在某些場合Shielding Cover發生掉落后,容易產生隱患。
2,另一方面,結合不緊密會引起一些RF問題,如輻射傳導問題,其實本質就是接地不良好,Frame是直接焊接在PCB上的,屬性為GND,Frame和Cover接觸不良,即是接地不良。
PA的Tx會耦合到上方的屏蔽罩,即屏蔽罩上會有殘留的Tx信號,若Frame和Cover接觸良好,即屏蔽罩是接地良好的,殘留的Tx信號會流通到GND。反之,Frame和Cover接觸不良,且概率性接觸不良,殘留的Tx信號會產生諧波,諧波透過屏蔽罩的共振腔結構,輻射到天線,再透過天線輻射出去,那么輻射雜散就會變大。
PS:上面的這部分文字摘錄至網上一個實際案例,說的是雙件式屏蔽罩接觸不良導致的RF問題。
屏蔽罩夾子
不管是單件式屏蔽罩還是雙件式屏蔽罩,都需要進行開模,有一些聰明的廠家推出了屏蔽罩夾子,英文稱為Shielding Clip,用來替代屏蔽框。
Shielding Clip的優點是:
1,可以直接SMT,體積小不易變形,維修方便一些。
2,某些場合可以直接取代屏蔽框,節省一個屏蔽框開模的費用。
3,當夾子被焊接在電路板之后,再直接把屏蔽罩安裝在這些夾子中間夾住就可以了,焊接平整度相對于屏蔽框會好一些。
屏蔽罩夾子示意圖
一般1個屏蔽框需要用4~8個屏蔽夾子代替,需要注意的是,采用屏蔽夾子的抗干擾效果肯定沒有屏蔽框好,而且比較占用PCB板的空間大,目前在手機未見有使用屏蔽罩夾子的情況,對集成度和空間要求不高的應用可以采用屏蔽罩夾子來降低成本。
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