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PCB屏蔽边界的处理方法

  • 2025-06-13 09:17:00
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电磁屏蔽用来阻隔干扰。屏蔽边界处理得好不好,直接决定了整个屏蔽措施的效果。工程师在处理屏蔽边界时,需要特别注意缝隙、孔洞、层间过渡这些位置。这些位置最容易泄漏电磁波,破坏屏蔽的完整性。

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一、屏蔽边界的基本原理

屏蔽体像一个“笼子”,把干扰关在里面,或者把干扰挡在外面。电屏蔽主要靠导体材料把电场干扰导入大地。磁屏蔽则用高导磁材料(如铁氧体)给磁场干扰提供低阻通路。电磁屏蔽最常用,它利用金属材料直接吸收或反射电磁波。屏蔽效能强不强,关键看边界有没有形成连续、完整的导电通路。一旦出现缝隙或孔洞,高频电磁波就会泄漏出去。


二、边界缝隙处理的关键方法

开缝方向很重要。当屏蔽体必须有开缝时,工程师要让开缝方向和电流流动方向垂直。这样电流不会被强行阻断。比如一块矩形屏蔽罩,电流通常沿长边流动。这时开缝应开在短边上。

过孔布置是另一个重点。屏蔽边界上的接地过孔不能随意打。工程师需要布置两排以上,并且错开排列。同一排过孔的间距要小于最高干扰频率波长的1/20。比如处理1GHz信号时,过孔间距应小于1.5毫米。这样密集的过孔阵列,能有效阻断电磁泄漏。

焊接边处理也很关键。屏蔽罩焊接位置不能有绿油覆盖。绿油是绝缘体,会阻断导电通路。工程师应确保焊接位置铜层完全裸露。同时,PCB和屏蔽罩之间必须用高温导电胶或焊锡完全填充。填充不完整,就会形成微小缝隙。

案例:某车载摄像头模块最初辐射超标。工程师发现屏蔽罩开缝方向平行于电流方向,导致高频噪声泄漏。他们将开缝旋转90度,同时增加错位过孔阵列。整改后辐射值降低15dB,通过车规测试。


三、层间过渡的设计策略

多层PCB中,信号经常要跨层传输。层间过渡做不好,就会破坏屏蔽的连续性。

参考层连续性是首要原则。高速信号换层时,工程师必须保证它的参考地平面连续。如果信号从顶层换到内层,新参考层也应是地平面。不能让信号跨层时参考电源平面。参考层不连续,信号回流路径会被迫绕远路,形成大环路辐射。

地过孔伴随策略也很重要。信号过孔旁边,工程师应加地过孔。这些地过孔连接各地平面层。它们给信号提供最短回流路径。通常一个信号过孔配2-4个地过孔。地过孔要尽量靠近信号过孔,间距不超过过孔直径的2倍。

反焊盘避让技术用于电源层过渡。当信号线穿过电源层时,工程师要在电源层挖出反焊盘。反焊盘是隔离环,宽度至少0.2毫米。它防止信号和电源层意外短路。同时,信号过孔与电源平面保持足够间距,减小耦合电容。

四、连接器接口的屏蔽处理

连接器位置是屏蔽最薄弱的地方。线缆像天线一样,把干扰辐射出去。

屏蔽壳连接是最直接的方法。带金属外壳的连接器,工程师要让外壳和PCB屏蔽层360度导通。常用的方式是用簧片或导电泡棉,填满外壳与PCB之间的缝隙。有些设计用周边导电胶条,形成完整导电圈。

“先防护后滤波” 原则适用于接口电路。防护电路(如TVS管)放在最外侧。它先吸收外部静电和浪涌。滤波电路(如π型滤波器)放在防护电路后面。它滤除高频噪声。布局时,输入输出线不能平行走线,避免耦合。

共模磁环安装在连接器出口位置。磁环能抑制线缆上的共模电流。工程师选磁环时,要根据干扰频点选择材料。锰锌磁环适合低频段(<1MHz),镍锌磁环适合高频段(>10MHz)。磁环安装位置要尽量靠近接口。


五、仿真验证与实际调试

设计完成后,工程师需要用仿真工具验证屏蔽效能。

感应电压扫描是一种有效方法。工具(如ANSYS SIwave)能模拟电磁场照射下PCB各点的感应电压。工程师找到电压最高的点,这些就是屏蔽薄弱点。比如某设计中时钟线感应电压明显高于其他信号,说明需要加强屏蔽。

近场探头测试用于实物验证。工程师用探头扫描屏蔽体表面,尤其是边界位置。探头能发现局部热点。热区对应屏蔽泄漏点。测试时,从低频到高频分段扫描,记录各频点场强值。

热成像辅助可以发现接触不良。屏蔽体导电不良的位置会发热。工程师用热像仪拍摄工作状态的屏蔽罩。温度异常高的点,往往是接触电阻大的位置。这些点需要重新处理焊接或填充。


屏蔽边界处理不是独立的环节。工程师要把它和接地设计、滤波设计、布局规划结合起来,才能构建完整的电磁防护体系


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