Использование банок для экранирования ЭМИ на вашей печатной плате

Вы когда-нибудь играли в "Операцию"? В игру, где вам нужно было вытащить маленькие предметы из странно выглядящего тела, не касаясь краёв отверстия. Когда вы касались края, ваша неудача объявлялась всем с помощью ужасного звукового сигнала.

С тех пор, на каждой инженерной и IT работе, которую я занимал, я был назначен "хирургом" в "Операции по ПП" (Операция для электроинженеров). Однако, в этой игре нет звукового сигнала, только вышедшие из строя компоненты, если они неправильно удалены из модуля, платы или из тесных корпусов.

Возможность вытаскивать упавшие компоненты была особенно ценной для одного из наших прототипов. Мы теряли около трети наших плат при установке на объектах, когда случайно касались особо чувствительных к электростатическому разряду (ESD) компонентов. С помощью маленьких пальцев можно было вставить печатную плату в корпус, держась только за края, но руки обычного размера были безнадежны и всегда задевали компоненты. Мы работали над уменьшением электромагнитных помех (EMI) в следующей версии и установили над этими компонентами защитный кожух. Это также случайно защитило плату от непреднамеренного прикосновения пальцев.

Защита от ESD не тоже самое, что и защита от EMI для печатных плат, поэтому нам очень повезло, что мы смогли убить двух зайцев одним выстрелом, добавив защитный экран на нашу плату. Для защиты ваших печатных плат важно понимать, как работает электронная защита в виде кожуха, когда вы планируете защиту на уровне платы и сертификацию испытаний.

Что такое кожух?

Экраны EMI в виде кожухов или другие средства защиты от EMI также могут называться кожухами, клетками, крышками или крышечками в зависимости от того, где вы ищете компоненты. По сути, это металлические коробки, которые крепятся к вашей печатной плате для закрытия части схемы на поверхности.

Выбор металла зависит от вашего приложения и цены, которую вы готовы заплатить. Я рекомендую напрямую обратиться к производителю, чтобы убедиться, что вы получите подходящий материал для вашего продукта. Обычно предлагаются следующие варианты:

• Сталь: Оцинкованная или оловянная сталь, нержавеющая сталь
• Алюминий: Обычно оловянный алюминий
• Латунь
• Сплавы меди: Особенно бериллиевая медь
• Никель
• Серебро
• Оловянный пластик

Металлический корпус экрана защищает от проникновения или излучения электромагнитных помех и излучения ЭМИ в покрытую область. Многие экраны имеют сетку отверстий в металле, которая способствует тепловому управлению, при этом обеспечивая эффект экранирования за счет проводящего покрытия над вашими компонентами.

Идеальный экран полностью закрывал бы ваши компоненты. К сожалению, это оставляет без вариантов входы и выходы или питание и заземление, поэтому экран все равно будет иметь некоторые электромагнитные утечки. При необходимости вы можете дополнить экран дополнительным экранированием, например, прокладками ЭМИ, сеткой и пленками.

Когда следует использовать экранирование ЭМИ?

Когда вы разрабатываете печатную плату, в первую очередь следует проектировать ее так, чтобы минимизировать излучения, такие как электромагнитные помехи, используя хорошие практики проектирования, такие как короткие трассы, правильное заземление и расположение компонентов. Использование экранов никогда не должно иметь приоритет перед хорошим дизайном платы для управления ЭМИ, но это отличный следующий шаг.

Экранирование от ЭМИ особенно актуально, когда необходимо изолировать компоненты от электромагнитных излучений, которые могут возникнуть в других местах на печатной плате. Чаще всего их используют над выходами, входами и усилительными каскадами РЧ, поскольку именно эти секции наиболее подвержены воздействию/могут вызвать электромагнитные помехи.

Компоненты, чувствительные к электромагнитной совместимости, также могут иметь электромагнитное экранирование для предотвращения помех. Наконец, вы можете захотеть экранировать компоненты с высокой скоростью, такие как генераторы, чтобы предотвратить их воздействие на помехи по всей плате.

Как мне интегрировать это в мой дизайн?

Когда вы определите компоненты или субблоки, которым наиболее необходимо экранирование от ЭМИ, вы можете рассчитать необходимый размер экрана. Это может быть сложно, поскольку большинство производителей указывают внешние размеры, хотя вам нужно знать внутреннее пространство для размещения ваших компонентов. Говорю из опыта, что особенно критичным и часто упускаемым из виду является высота.

Чтобы прикрепить экран к плате, вы добавляете площадки для пайки вокруг необходимых компонентов на вашей печатной плате и заземляете их соответствующим образом. Также существуют зажимы или рамки, которые удерживают экран на плате. Если вы находитесь на раннем этапе проектирования, я рекомендую использовать съемный вариант. Это значительно упрощает переработку под экраном. Экран или зажимы могут быть прикреплены в процессе автоматизированного производства путем пайки экрана к поверхностным монтажным площадкам.

Вы можете заказать изготовление индивидуальных экранов, если это необходимо. Это более дорогостоящее решение, но если у вас есть нестандартная область, которую нужно защитить, и вы не хотите тратить лишнее место на плате, это того стоит. Также будьте внимательны, если у вас есть дорожки на поверхности платы, с которыми может соприкоснуться корпус. Вы должны сделать углубления на краю корпуса, чтобы предотвратить короткое замыкание на плате. Я знаю кого-то, кто обходил это, всегда используя зажимы, но я беспокоился, что большие нажимающие пальцы могут все равно подтолкнуть край корпуса к соприкосновению с дорожкой.

Хотя вы не можете защитить ваши печатные платы от каждого случайного происшествия, вы определенно можете защитить ваши платы от самих себя (и, надеюсь, от некоторых исследующих пальцев). Мне действительно нравится иметь модульные РЧ-дизайны, которые вы можете использовать в будущих продуктах и минимизировать вашу неповторяющуюся разработку. Altium Designer^® - это инструмент, который значительно упрощает эту задачу. Он также может защитить вас от моих ошибок в размерах, используя встроенную проверку 3D-клиренса, чтобы убедиться, что корпуса имеют правильную высоту для ваших компонентов. Чтобы начать защиту ваших печатных плат, свяжитесь со специалистом Altium Designer уже сегодня!