手机PCB的屏蔽罩

做项目时,在屏蔽罩上吃过亏,今天的文章简单科普一下。
我们经常在很多pcb上看到屏蔽罩,尤其是手机等消费类电子产品里面。
屏蔽罩多见于手机pcb,主要是因为手机上有gps,bt,wifi,2g/3g/4g/5g等多种无线通信电路,有的如敏感的模拟电路,dc-dc开关电源电路,一般都需要用屏蔽罩隔离,一方面是为了不影响其他电路,另一方面是防止其他电路影响自己。
这是其中一个作用,防止电磁干扰;屏蔽罩另外一个作用是防止撞件,pcb smt后会进行分板,一般相邻板子之间需要隔开,防止离得太近,在后续的测试或者其他运输过程中导致撞件。
屏蔽罩的的原材料一般有洋白铜、不锈钢、马口铁等,目前大多数的屏蔽罩用的都是洋白铜。
洋白铜的特点是屏蔽效果稍差,较软,价格比不锈钢贵,易上锡; 不锈钢的屏蔽效果好,强度高,价格适中;但上锡困难(在没做表面处理时几乎不能上锡,镀镍后有改善,但还是不利于贴片);马口铁屏蔽效果最差,但上锡好,价格便宜。
屏蔽罩可以分为固定式和可拆卸式。
单件式屏蔽罩
固定式一般也叫单件式,直接smt贴在pcb上,英文一般称 shielding frame。
设计注意事项:
1, 单件式屏蔽罩因为是直接smt贴在pcb上,建议材料选择洋白铜 cu-7521(r-1/2h or r-oh) ,焊接性能好。
2,屏蔽罩注意开孔。
3, 屏蔽罩的高度建议是0.25mm+内部器件最大高度。
屏蔽罩开孔的作用:
1, 一方面是为了工作时内部器件的散热,开孔自然会牺牲一部分的屏蔽效果。
2, 另一方面在回流焊时,以降低屏蔽罩内外的温差,保证焊接的可靠性,可以试想一下,在回流焊的高温下,如果屏蔽罩密封效果好且未开孔,很有可能出现内爆(屏蔽罩炸裂,内部器件损坏),这个是有实际案例的。
ps:在mtk的一些文档中,有屏蔽罩开孔和未开孔的焊接性能比较,开孔明显优于未开孔。
如下是几种常见单件式屏蔽罩的处理方式:
1, 某些发热量大的ic如bb、pa、电源芯片pmu等,可以直接将对应部分挖空以充分散热,或者方便添加散热材料。
2, 屏蔽罩内部个别器件很高时,为了不整体提高屏蔽罩高度,可以将对应部分挖空处理,以减少占用pcb的空间;某些挖空是为了后期的方便调试,方便示波器万用表等的测量。
双件式 屏蔽罩
可拆卸式一般也叫双件式,双件式屏蔽罩可以直接打开,不用借助热风枪工具。
价格比单件式贵,底下的smt焊接在pcb上,称为shielding frame,上面的称为shielding cover,直接扣在shielding frame上,方便拆卸,一般把下面的frame称为屏蔽框,上面的cover称为屏蔽罩。
frame建议采用洋白铜,上锡好;cover可以采用马口铁,主要是便宜。
双件式可以在项目初期采用,方便调试,等待硬件调试稳定之后,再考虑采用单件式以降低成本。
shielding frame和shielding cover的结合紧密依靠四周突起的小孔
双件式需要注意frame和cover的接触可靠性
1,frame和cover接触要可靠 ,否则跌落测试不容易过,在某些场合shielding cover发生掉落后,容易产生隐患。
2,另一方面,结合不紧密会引起一些rf问题 ,如辐射传导问题,其实本质就是接地不良好,frame是直接焊接在pcb上的,属性为gnd,frame和cover接触不良,即是接地不良。
pa的tx会耦合到上方的屏蔽罩,即屏蔽罩上会有残留的tx信号,若frame和cover接触良好,即屏蔽罩是接地良好的,残留的tx信号会流通到gnd。反之,frame和cover接触不良,且概率性接触不良,残留的tx信号会产生谐波,谐波透过屏蔽罩的共振腔结构,辐射到天线,再透过天线辐射出去,那么辐射杂散就会变大。
屏蔽罩夹子
不管是单件式屏蔽罩还是双件式屏蔽罩,都需要进行开模,有一些聪明的厂家推出了屏蔽罩夹子 ,英文称为shielding clip,用来替代屏蔽框。
shielding clip的优点是:
1, 可以直接smt,体积小不易变形,维修方便一些。
2, 某些场合可以直接取代屏蔽框,节省一个屏蔽框开模的费用。
3, 当夹子被焊接在电路板之后,再直接把屏蔽罩安装在这些夹子中间夹住就可以了,焊接平整度相对于屏蔽框会好一些。
屏蔽罩夹子示意图
一般1个屏蔽框需要用4~8个屏蔽夹子代替,需要注意的是,采用屏蔽夹子的抗干扰效果肯定没有屏蔽框好,而且比较占用pcb板的空间大,目前在手机未见有使用屏蔽罩夹子的情况,对集成度和空间要求不高的应用可以采用屏蔽罩夹子来降低成本。


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