戈尔snapSHOT®增加板级屏蔽设计灵活性
David P. Donaldson, 应用工程师
戈尔(W. L. Gore & Associates)
当今由于电子设备变得越来越小，而消费者需要越来越多的功能特性，印刷电路板（PCBs）设计正变得越来越复杂，尤其是当遇到需要满足FCC规范以及性能测试挑战时。一个新的电子设备的典型设计程序是从市场营销人员分析需要满足市场需求的特点开始的。然后，工程师从用户界面，平台尺寸，壳体设计以及机械元件方面来设计产品，再将这些技术要求转给零件和PCB工程师来布置所有电路和元件。
许多设计工程师开始考虑屏蔽要求，而屏蔽要确定有哪些噪音元件，要把这些元件放置在远离敏感元件的地方，以消除潜在的干扰。然而，他们也意识到，如果产品在实验室不能通过测试，就需要在板上加屏蔽罩屏蔽。为了给屏蔽罩预留空间，他们也许不得不把最大的元件都组合在一起，以便更好地使用屏蔽罩。这种心态就成为设计要符合屏蔽罩的形状，以及根据屏蔽要求来设计PCB板，而不是为了最大化利用空间和增强功能而进行设计。
通过用热成型板级屏蔽罩（见图1）取代传统屏蔽技术，设计工程师们能够根据功能需要在PCB板上布置更多元件和电路，而不受传统屏蔽罩形状的限制，仅使用一个热成型屏蔽罩就能够提供许多种功能，从而增加了板设计、整合及性能的灵活性。
图1 snapSHOT®屏蔽罩
板设计灵活性
当今的消费者希望有各种形状和尺寸的电子产品，这也就需要壳体和板的形状要有不同形状和尺寸。然而，目前市场上的元件和罩基本是正方形或长方形的，在不规则形状的板上放置正方形的罩将对工程师在板上布局元件产生重大影响。热成型屏蔽罩可以设计适应板的形状，不管它的形状如何，屏蔽罩的加工都不会变得复杂。在戈尔，我们发现在设计项目一开始时，选择热成型屏蔽罩的客户能够专注于有效的板设计，不必受形状和EMI屏蔽结构的限制。例如，图2是我们的一个客户设计的一个圆形PCB板和为满足各种技术规范和功能要求所使用的热成型多腔屏蔽罩。如果使用传统的屏蔽解决方案， 这块板将需要大的多的空间来容纳7个单独的屏蔽罩。
另外，热成型的屏蔽罩能将几个区屏蔽所需要的空间减小到最少。与在一块板上放置多个传统屏蔽罩，每个屏蔽罩将需要自己的接地线与背板连接相比，一个PCB板只需要一个热成型多腔屏蔽罩， 它带有单排焊球，将每个腔体与背板相连接。例如，如果一个工程师使用独立的屏蔽罩来分开两个腔，每个腔体都将需要自己的接地线空间。而热成型多腔屏蔽罩， 腔体间只需要一个接地线（图3）。
热成型屏蔽罩具有非常好的设计灵活性，能够实现其它必需的特性，如避免偶合的鼠洞(MOUSEHOLE)，为线缆和接头预留的进入点，以及帮助冷却空气穿孔等。这样使元件和电路能够布置最理想的地方，而不用事先考虑屏蔽要求。
整合灵活性
热成型板级屏蔽罩的设计和结构在多个方面增加了壳体内的可利用空间。使用常规元件和屏蔽罩时，必须预留足够的安全间距，来避免最高的元件与屏蔽罩内表面短路。而使用热成型屏蔽罩就不需要增加这些额外的空间，因为这种屏蔽罩是由轻质的金属化塑料制成，且内表面不导电。
图2a 具有7个腔体的圆形PCB板 
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图2b 安装在PCB上的热成型多腔屏蔽罩 
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另外，传统的屏蔽罩具有统一的高度，所以在屏蔽区域内最高的元件就决定了该区域屏蔽罩的高度。另一种方案是，选择热成型屏蔽罩，允许设计工程师在任何一个腔体内高度设计可以存在阶梯变化，这样一来，提供更多的Z轴灵活性，以容纳周边元件或壳体的特性。
图3a 采用传统屏蔽罩的PCB，每个罩接地需要的空间
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图3b 采用snapSHOT®屏蔽罩， 仅需要一条焊球接地线 
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性能
在遇到一块板上有多个区域要屏蔽时，一些工程师考虑使用框-盖技术，这一技术为每个腔体提供外部干扰的屏蔽，但是框架和盖子之间的子腔体区域易受干扰。热成型多腔屏蔽罩为腔体间提供一致的屏蔽性能。实际上，用来安装屏蔽罩的焊球具有2毫米的间距接触点来保证高达12GHz的高屏蔽效果，而且每个小球与相邻的两壁接触，提供冗余。另一方面，框-盖屏蔽是通过凹座来实现接触保证的，它的典型间距是5毫米。另外，由于盖子是刚性的，没有柔性，盖子的挠度会使电接触有损失，所以框-盖技术不能提供腔体内外同样可靠的屏蔽性能。
用于制成热成型屏蔽的材料既坚固，柔性又好。它的柔性能够阻止屏蔽盖施压于接触点，从而保证在跌落和振动试验中与板接触点保持可靠屏蔽。
应用案例
Intermec公司在设计一款新款强固型具有扫描功能的手持电脑。该款新型号产品需要将5个不同收音机整合在一个比老型号小得多的壳体内。在设计程序开始前，他们选择了热成型板级屏蔽罩，可以在板上容纳不同高度的元件（见图4）。设计开始后，工程师增加了产品多功能性，并且将尺寸缩小了7%，新产品成功地通过了为销售该款强固型手持设备的所有测试。据Intermec高级机械工程师Kraig Brody介绍说：“让我们能够既减小产品尺寸，又增加功能的唯一解决方案就是充分利用PCB板上的空间，在这个项目设计之初，选择热成型板级屏蔽罩使我们能够专注于有效设计，而不用担心设备功能受影响。
图4 Intermec公司设计的手持计算机PCB安装了热成型多腔屏蔽罩
作者简介：
Dave Donaldson是戈尔公司（W. L. Gore & Associates, Inc.）GORE™SnapSHOT®板级屏蔽罩 产品全球应用工程师， 自2000年毕业于弗吉尼亚理工学院和州立大学以来一直负责为客户提供EMI屏蔽方案的技术咨询。如需要了解更多戈尔屏蔽技术，请发email至electronics.china@wlgore.com，或致电021-62471999转电子产品部。
图片说明
| No. | 图片 | 说明 |
|---|---|---|
| 1 | snapSHOT®屏蔽罩 | 热成型多腔屏蔽罩，带有焊球接地线，保证可靠的产品性能 |
| 2 | 2a - PCB 板 2b - 安装在PCB上的snapSHOT®屏蔽罩 |
2a -具有7个腔体的圆形PCB板 2b -安装在PCB上的热成型多腔屏蔽罩 |
| 3 | 3a - 采用传统屏蔽罩的PCB，显示每个罩接地需要的空间 3b - 采用snapSHOT®屏蔽罩，仅需要一条焊球接地线 |
为避免短路，传统屏蔽罩需要为每个罩预留几个接地线空间；而热成型多腔屏蔽罩只需要一条焊球接地线，确保最佳屏蔽效果。 |
| 4 | Intermec 公司设计的手持设备PCB | Intermec公司设计的手持计算机PCB安装了热成型多腔屏蔽罩 |