Sử dụng Hộp Kim Loại để Chống Nhiễu Điện Từ cho PCB của Bạn

Bạn đã bao giờ chơi trò chơi Operation chưa? Trò chơi mà bạn phải lấy những mảnh nhỏ ra khỏi cơ thể có vẻ ngoài kỳ quái mà không chạm vào các cạnh của khe. Khi bạn chạm vào cạnh, sự thất bại của bạn được thông báo cho mọi người qua tiếng còi kinh hoàng.

Từ đó, trong mọi công việc kỹ sư và IT mà tôi đã làm, tôi luôn là "bác sĩ phẫu thuật" được chỉ định trong "PCB Operation" (Operation dành cho kỹ sư điện). Tuy nhiên, trong trò chơi này, không có tiếng còi, chỉ có linh kiện bị hỏng nếu chúng được loại bỏ không đúng cách từ một mô-đun, bảng mạch, hoặc ra khỏi các vỏ chật hẹp.

Khả năng lấy lại các linh kiện rơi ra khỏi bảng mạch là một kỹ năng đặc biệt quý giá đối với một sản phẩm nguyên mẫu. Chúng tôi đã mất khoảng một phần ba số bảng mạch trong quá trình lắp đặt ngoài trời khi một linh kiện nhạy cảm với tĩnh điện (ESD) vô tình được chạm vào. Với những ngón tay nhỏ, bạn có thể trượt Bảng Mạch In vào vỏ chỉ bằng cách giữ hai cạnh, nhưng đối với những bàn tay kích thước bình thường thì không thể và luôn làm hỏng các linh kiện. Chúng tôi đang nỗ lực giảm thiểu nhiễu điện từ (EMI) trong phiên bản tiếp theo và đặt một chiếc hộp kim loại bao quanh những linh kiện này. Điều này cũng giúp bảo vệ bảng mạch khỏi những ngón tay không mong muốn.

Biện pháp chống ESD không giống như biện pháp chống nhiễu EMI trên PCB, vì vậy chúng tôi rất may mắn khi giải quyết được cả hai vấn đề chỉ bằng một giải pháp bảo vệ. Để bảo vệ Bảng Mạch In của bạn, điều quan trọng là phải hiểu cách một hộp kim loại bảo vệ điện tử có thể hoạt động khi bạn lên kế hoạch cho việc chống nhiễu ở cấp độ bảng mạch và chứng nhận kiểm tra.

Hộp kim loại là gì?

Các hộp chống nhiễu EMI hoặc các biện pháp chống nhiễu EMI khác cũng có thể được gọi là hộp, lồng, nắp, hoặc mui, tùy thuộc vào nơi bạn tìm kiếm các bộ phận. Chúng cơ bản là những hộp kim loại được gắn vào Bảng Mạch In của bạn để bao bọc một phần mạch điện trên bề mặt.

Loại kim loại sử dụng tùy thuộc vào ứng dụng của bạn và giá bạn sẵn lòng trả. Tôi khuyên bạn nên trao đổi trực tiếp với nhà sản xuất để chắc chắn bạn sẽ nhận được vật liệu phù hợp cho sản phẩm của mình. Các lựa chọn thường gặp là:

• Thép: Thép mạ kẽm hoặc mạ thiếc, thép không gỉ
• Nhôm: Thường là nhôm mạ thiếc
• Đồng
• Hợp kim đồng: Đặc biệt là đồng beryllium
• Niken
• Bạc
• Nhựa mạ thiếc

Vỏ kim loại của can giữ cho Nhiễu Điện Từ và bức xạ EMI không thể vào hoặc ra khỏi khu vực được bảo vệ. Nhiều can shields có một lưới lỗ trên kim loại giúp quản lý nhiệt độ, đồng thời vẫn cung cấp hiệu ứng chắn của một vỏ dẫn điện trên các linh kiện của bạn.

Một vỏ chắn lý tưởng sẽ bao bọc hoàn toàn các linh kiện của bạn. Thật không may, điều đó không để lại lựa chọn nào cho các đầu vào và đầu ra hoặc nguồn điện và tiếp đất, vì vậy một can vẫn sẽ có một số rò rỉ điện từ. Nếu cần, bạn có thể bổ sung can với các vật liệu chắn bổ sung, như gioăng chống EMI, lưới và phim.

Khi nào tôi nên sử dụng Chắn EMI?

Khi bạn thiết kế một PCB, bạn nên trước tiên thiết kế bo mạch của mình để giảm thiểu các tác động như bức xạ EMI bằng cách áp dụng các phương pháp thiết kế tốt như đường dẫn ngắn, đất nối đúng cách, và vị trí đặt linh kiện. Sử dụng các biện pháp chắn không bao giờ nên được ưu tiên hơn thiết kế bo mạch tốt cho quản lý EMI, nhưng chúng là bước tiếp theo tuyệt vời.

Chắn EMI đặc biệt phù hợp khi bạn cần cô lập các linh kiện khỏi bức xạ EMI có thể xảy ra ở nơi khác trên PCB. Chúng thường được sử dụng trên các giai đoạn xuất, nhập, và khuếch đại RF vì đây là các phần của bo mạch có khả năng cao bị ảnh hưởng bởi/gây ra Sự Can Thiệp Điện Từ.

Các linh kiện nhạy cảm với khả năng tương thích điện từ cũng có thể được chắn để ngăn chặn sự can thiệp. Cuối cùng, bạn có thể muốn chắn các linh kiện tốc độ cao như bộ dao động để ngăn chúng tạo ra sự can thiệp trên toàn bộ bo mạch.

Làm thế nào để tôi tích hợp nó vào thiết kế của mình?

Khi bạn đã xác định được các linh kiện hoặc bộ phận con có thể được hưởng lợi nhiều nhất từ việc chắn EMI, bạn có thể tính toán kích thước của tấm chắn cần thiết. Điều này có thể khá phức tạp vì hầu hết các nhà sản xuất cung cấp cho bạn kích thước bên ngoài, mặc dù bạn cần biết khoảng trống bên trong để vừa với các linh kiện của mình. Tôi nói từ kinh nghiệm khi tôi nói rằng chiều cao đặc biệt quan trọng và dễ bị bỏ qua.

Để gắn tấm chắn vào bảng mạch, bạn thêm các pad hàn xung quanh các linh kiện cần thiết trên Bảng Mạch In của mình và nối đất chúng một cách thích hợp. Cũng có kẹp hoặc khung giữ tấm chắn vào Bảng Mạch. Nếu bạn đang ở trong phiên bản đầu của thiết kế, tôi khuyên bạn nên chọn một lựa chọn có thể tháo rời. Nó làm cho việc sửa chữa dưới tấm chắn trở nên dễ dàng hơn. Tấm chắn hoặc kẹp có thể được gắn vào trong quá trình sản xuất tự động bằng cách hàn tấm chắn vào các pad gắn mặt.

Bạn có thể tự tạo các tấm chắn tùy chỉnh nếu cần. Điều này tốn kém hơn, nhưng nếu bạn có một khu vực không chuẩn mà bạn cần được bảo vệ và không muốn lãng phí không gian bảng mạch, thì nó đáng giá. Ngoài ra, hãy chú ý nếu bạn có các đường dẫn trên bề mặt của bảng mạch mà vỏ bảo vệ có thể tiếp xúc. Bạn nên có các rãnh được cắt vào cạnh của vỏ để ngăn chặn việc chập mạch trên bảng. Tôi biết một người đã giải quyết vấn đề này bằng cách luôn sử dụng kẹp, nhưng tôi lo lắng rằng những ngón tay to bè có thể đẩy mép của vỏ tiếp xúc với đường dẫn dù sao.

Dù bạn không thể bảo vệ Bảng Mạch In của mình khỏi mọi tai nạn xảy ra, bạn chắc chắn có thể bảo vệ chúng khỏi chính mình (và hy vọng là một số ngón tay tò mò). Tôi thực sự thích có các thiết kế RF modular mà bạn có thể tái sử dụng trong các sản phẩm tương lai, và giảm thiểu công sức thiết kế không lặp lại. Altium Designer^® là một công cụ làm cho điều này trở nên dễ dàng hơn. Nó cũng có thể giúp bạn tránh những sai lầm về kích thước bằng cách sử dụng tính năng kiểm tra khoảng cách 3D tích hợp để đảm bảo các vỏ có độ cao phù hợp với các linh kiện của bạn. Để bắt đầu bảo vệ Bảng Mạch In của bạn, hãy liên hệ với một chuyên gia Altium Designer ngay hôm nay!