Utiliser des boîtes de blindage contre les interférences électromagnétiques sur un circuit imprimé

Retirer un circuit imprimé d'un espace exigu, c'est comme jouer au Docteur Maboule, sauf que vos composants peuvent réellement mourir en cas de décharge électrique. / Crédit photo : digitalreflections / Shutterstock.com

Avez-vous déjà joué au Docteur Maboule ? Vous savez, le jeu où il faut retirer de petites pièces d'un corps un peu bizarre sans toucher les bords de la fente ? Lorsque vous échouez,tout le monde en est informé par le son d'un horrible buzzer. Évidemment, c'était l'un de mes jeux favoris. Dans tous les postes en ingénierie et informatique que j'ai occupés, j'ai joué le rôle du « chirurgien » au jeu du « Docteur PCB » (le Docteur Maboule des ingénieurs électroniciens). Cependant, dans ce jeu, il n'y a pas de buzzer, seulement des composants qui seront morts s'ils ne sont pas retirés correctement d'un module, d'une carte ou d'un boîtier étroit. Avoir des doigts délicats (certains diraient même « des doigts de fée ») semble donc être un atout majeur dans un domaine principalement composé de seniors.

Pouvoir repêcher nos composants détruits s'avérait particulièrement utile lorsque nous travaillions sur un prototype de produit. Nous perdions environ un tiers de nos cartes lors des installations quand un composant sensible aux ESD (décharges électrostatiques) était accidentellement touché. Avec des doigts très fins, vous pouviez glisser le circuit imprimé dans le boîtier en le tenant uniquement par les bords, mais si vous aviez des mains de taille normale, c'était catastrophique et les composants se retrouvaient toujours détériorés. Nous nous efforcions de réduire les EMI (interférences électromagnétiques) à chaque nouvelle version, et de protéger ces composants avec un blindage. Il nous est également arrivé de protéger aussi la carte elle-même des doigts maladroits.

Les blindages contre les ESD ne sont pas les mêmes que les blindages contre les EMI ; nous avons donc eu beaucoup de chance de faire d'une pierre deux coups en ajoutant un blindage pour protéger notre carte. Si vous voulez protéger votre circuit imprimé, il faut bien comprendre le blindage lorsque vous prévoyez de blinder votre carte et detester sa conformité.

Qu'est-ce qu'une boîte de blindage ?

Les blindages EMI peuvent également être appelés boîtes, cages, couvertures, joints ou écrans de blindage, selon les fournisseurs. Ce sont de simples boîtes en métal reliées à votre circuit imprimé qui renferment une partie du circuit.

Les blindages RF peuvent se présenter sous la forme de boîtiers métalliques qui protègent la carte, en plus des procédures de conception que vous avez suivies pour optimiser la réduction des EMI et des radiations.

Le métal utilisé dépend du type d'application et du prix que vous êtes prêt à payer. Je vous recommande de demander conseil directement à un fabricant pour vous assurer d'obtenir le matériau adapté à votre produit. Les options habituelles sont les suivantes :

• Acier : étain ou acier zingué, acier inoxydable

• Aluminium : habituellement en aluminium étamé

• Laiton

• Alliages de cuivre : le cuivre-béryllium est particulièrement courant

• Nickel

• Argent

• Plastique étamé

​

L'enceinte métallique de la boîte empêche les EMI d'entrer ou de sortir de la zone De nombreuses boîtes de blindage ont une grille de ventilation en métal qui facilite la gestion thermique, tout en assurant le même rôle de blindage qu'une boîte conductrice sur vos composants.

Le blindage idéal recouvrirait complètement vos composants. Malheureusement, cela ne laisse aucune place pour les entrées, les sorties, l'alimentation ou encore la mise à la terre. Toute boîte de blindage aura donc forcément des déperditions. Si besoin, vous pouvez renforcer votre boîte à l'aide d'un blindage supplémentaire, sous forme de joint, tresse ou film.

Quand utiliser une boîte ?

Lorsque vous concevez un circuit imprimé, vous devez en tout premier lieu concevoir votre carte de façon à ce que les émissions soient minimisées en respectant les bonnes pratiques de conception, qui incluent des traces courtes, une mise à la terre adaptée et un placement des composants qui favorisera la minimisation des émissions. Utiliser des blindages ne doit jamaisremplacer une bonne conception de la carte pour gérer les EMI, mais cela vient après.

Les boîtes de blindage sont particulièrement appropriées lorsque vous devez isoler vos composants des EMI qui proviendraient d'une autre partie du circuit imprimé. Elles sont généralement utilisées au niveau de la sortie RF, ou des entrées et des étages amplificateurs, étant donné que ce sont les sections d'un circuit les plus susceptibles d'être affectées/de causer des EMI. Dans notre conception, le blindage recouvrait à la fois le module RF et l'amplificateur pour les isoler des autres bruits du circuit.

Les composants sensibles aux EMC peuvent également être protégés pour éviter toute interférence. Enfin, mieux vaut protéger les composants à haute vitesse, comme les oscillateurs, pour éviter qu'ils ne créent des interférences sur le circuit.

Comment intégrer un blindage dans ma conception ?

Une fois que vous avez identifié les composants ou les sous-ensembles qui auraient le plus besoin d'un blindage, vous pouvez calculer la taille du blindage dont vous avez besoin. Cette tâche peut s'avérer délicate, car la plupart des fabricants vous donnent les dimensions externes, même si vous devez connaître l'espace interne pour l'adapter à vos composants. Par expérience, je sais également que la hauteur est particulièrement importante et qu'on oublie facilement de vérifier cette donnée.

Assurez-vous que votre boîte offre suffisamment d'espace pour recouvrir les composants qu'elle doit protéger.

Pour fixer la boîte sur la carte, ajoutez des pastilles autour des composants concernés sur le circuit imprimé, et procédez à une mise à la terre adaptée. Il existe également des clips et des supports qui maintiennent la boîte sur le circuit imprimé. Si vous êtes à un stade précoce de la conception, je vous recommande d'utiliser un système amovible. Cela permet de modifier la conception sous le boîtier beaucoup plus facilement. La boîte ou les clips peuvent être fixés au cours du processus de fabrication automatique en soudant la boîte sur des pastilles de montage en surface.

Vous pouvez personnaliser vos boîtes de blindage si nécessaire. C'est plus cher, mais si vous avez besoin d'installer un blindage dans un volume non standard et que vous ne voulez pas perdre d'espace sur la carte, l'investissement en vaut la peine. Aussi, faites très attention s'il y a des pistes sur la surface de la carte avec lesquelles le boîtier pourrait être en contact. Il est nécessaire de prévoir des encoches sur les bords du boîtier pour éviter tout court-circuit. Je connais quelqu'un qui a contourné ce problème en utilisant systématiquement des clips, mais je crains toutefois que de gros doigts maladroits ne repoussent le bord de la boîte et la mette en contact avec la piste.

Bien que vous ne puissiez pas protéger vos circuits imprimés contre tous les accidents, vous pouvez tout de même blinder vos cartes pour les protéger d'elles-mêmes (et des doigts maladroits aussi !). J'aime vraiment les conceptions RF modulaires que l'on peut réutiliser ensuite pour d'autres produits, et qui minimisent la répétition des tâches. Altium Designer est un outil qui simplifie vraiment ces aspects de la conception, et peut également vous éviter de faire les mêmes erreurs que moi concernant les dimensions des boîtiers en utilisant la solution intégrée de vérification des espacements en 3D afin de vous assurer que la hauteur sera adaptée à vos composants. Pour commencer à protéger vos circuits imprimés, contactez un spécialiste Altium dès aujourd'hui  !