PCB Bolg - FPC軟板的EMI和RF遮罩方法

FPC軟板像其他電力互連一樣，容易受到電磁（EM）和射頻（RF）的干擾。 電磁和射頻干擾的負面後果從錯誤率的新增到數據的完全遺失不等。 為了解决FPC的這種干擾問題，使用銅層、銀墨和專門的遮罩膜進行EMI遮罩。

什麼是EMI？

電磁干擾（Electromagnetic Interference簡稱EMI），直譯是電磁干擾。 這是合成詞，我們應該分別考慮“電磁”和“干擾”。 是指電磁波與電子元件作用後而產生的干擾現象，有傳導干擾和輻射干擾兩種。 傳導干擾是指通過導電介質把一個電網絡上的訊號耦合（干擾）到另一個電網絡。 輻射干擾是指干擾源通過空間把其訊號耦合（干擾）到另一個電網絡，在高速PCB及系統設計中，高頻訊號線、集成電路的引脚、各類接外掛程式等都可能成為具有天線特性的輻射干擾源，能發射電磁波並影響其他系統或本系統內其他子系統的正常工作。

所謂干擾，指設備受到干擾後效能降低以及對設備產生干擾的干擾源這二層意思。 第一層意思如雷電使收音機產生雜音，機車在附近行駛後電視畫面出現雪花，拿起電話後聽到無線電聲音等，這些可以簡稱其為與BC、ITV、ITel、I，這些縮寫中都有相同的I（干擾）（BC：廣播）。

那麼EMI標準和EMI檢測是EMI的哪部分呢？ 理所當然是第二層含義，即干擾源，也包括受到干擾之前的電磁能量EMI大大降低了電路板的效能，甚至使其停止運作。 在高頻率下，互連線往往充當天線並發出輻射。 這些EMI輻射會干擾附近的其他元件，影響電路板的效能。 囙此，量測電磁輻射和控制它是很重要的。

什麼是EMI和RF遮罩？

EMI和RF遮罩是一種用於防止外部訊號的電磁和射頻干擾的方法。 它還能抑制高頻訊號洩露並干擾周圍電路。 這是通過使用金屬屏障來吸收通過空氣傳播的電磁干擾來實現的。 遮罩效果是基於法拉第籠中使用的原理，即金屬屏完全包圍敏感或發射的電子器件。

法拉第籠（Faraday Cage）是一個由金屬或者良導體形成的籠子。 是以電磁學的奠基人、英國物理學家邁克爾•法拉第的姓氏命名的一種用於演示等電勢、靜電屏蔽和高壓帶電作業原理的設備。 它是由籠體、高壓電源、電壓顯示器和控制部分組成，其籠體與大地連通，高壓電源通過限流電阻將10萬伏直流高壓輸送給放電杆，當放電杆尖端距籠體10釐米時，出現放電火花，根據接地導體靜電平衡的條件，籠體是一個等位體，內部電勢差為零，電場為零，電荷分佈在接近放電杆的外表面上。

法拉第籠（Faraday cage）是防止電磁場（EM field）進入或逃脫的金屬外殼。 一個理想的法拉第籠由一個未破損的、完美的導電層組成。 在實際中這種理想狀態是不能達到的，但是能够通過使用細網的銅篩來達到。 為了達到最佳效能，法拉第籠應直接接地。

法拉第籠（Faraday cage）在必須封锁漂移的電磁場進入的電子實驗室裏應用。 這在敏感的無線接收設備的測試中非常重要。 另外，法拉第籠可以防止由電腦顯示器陰極射線管（CRT）發出的電磁場的逃脫。 這些場能够被中途截取並破譯，這樣駭客在不需要訊號線、電纜和攝像設備的情况下就可以遠程實时地看到荧幕上的數據。 這種行為被稱為荧幕輻射竊密（van Eck phreaking），它也能被政府官員用於查看罪犯和某些犯罪嫌疑人的電腦使用活動。

法拉第籠是通過在電路板的邊緣放置接地點來建立的。 其目的是避免訊號在這個區域之外的路由。 這種方法使EMI保持在可接受的範圍內。

柔性FPC遮罩設計挑戰

在考慮柔性FPC板的EMI遮罩時，你會遇到各種各樣的設計挑戰。 所有的遮罩方法都會在一定程度上新增柔性FPC電路的厚度和成本。 最常見的困難是厚度新增，導致彎曲困難和彎折角度加大。 這引起了對機械故障和可靠性的擔憂。 額外的費用可能是巨大的。 除此以外，設計的層數也會上升。

受控阻抗是遮罩和其他電力需求的最常見組合。 這進一步新增了柔性FPC厚度，使其更難同時滿足電力和機械設計標準。 有許多選擇可以使柔性FPC的吸收和/或輻射降到最低。

在選擇柔性FPC的EMI遮罩類型時，有必要考慮彎曲要求和受控阻抗。

1、彎曲要求

每種遮罩方法都會對柔性FPC電路的總厚度產生影響。 由於最小彎曲能力是厚度的一個函數，它將限制或减少柔性FPC的彎曲能力。 作為設計和材料選擇過程的一部分，必須精確確定和評估遮罩設計的最小彎曲半徑和彎曲類型要求。

所需的彎曲類型，無論是靜態還是動態，都會帶來額外的限制。 動態柔性FPC板的彎曲能力明顯大於靜態彎曲設計的彎曲能力。

2、受控阻抗

EMI和RF遮罩方法進一步受到柔性FPC中控制阻抗訊號要求的限制。 遮罩層必須具有同時滿足EMI和參攷平面標準的電力特性，以獲得適當的調節阻抗值。 並非所有的遮罩科技都能滿足這兩個要求。

柔性FPC的EMI遮罩使用銅層、銀漿和專門的遮罩膜三種類型的材料進行EMI遮罩。

應根據遮罩效能、對機械彎曲能力的影響以及對控制阻抗設計的適用性來選擇每種材料。

1、銅層以實心或交叉陰影平面的形式，通過縫合通孔與地面相連。 訊號層被夾在遮罩層之間。 這種遮罩方案在剛性PCB設計中也得到了利用。 實心銅層提供較高程度的遮罩。 如果要在不妨礙電路板的靈活性的情况下進行遮罩，則可使用十字交叉的層。

雖然這是一個非常有效的遮罩選擇，但它的缺點是大幅提高了設計厚度和零件成本。 當柔性FPC電路被彎曲成所需的形狀時，額外的厚度限制了設計的彎曲能力，從而帶來了可靠性問題。 銅遮罩的柔性FPC電路比單層非遮罩的柔性FPC電路要厚。 這種類型的遮罩支持可控阻抗設計。

遮罩層是通過通孔與地平面連接的。 由於柔性FPC區存在通孔，這成為一個缺點。 根據IPC 2223的規定，不建議在柔性FPC部分設定通孔。 它們作為機械應力集中器發揮作用，同時降低了靈活性。  

2、銀漿遮罩層是一個經典的選擇。 與銅層相比，銀色油墨具有更靈活和更低成本的優點。 儘管銀漿比銅更靈活，但它仍然需要一個額外的覆蓋層來包裹和保護銀漿。 這種類型的遮罩比銅層遮罩更薄，成本更低。 一個銀漿遮罩的柔性FPC電路只比非遮罩的變體厚75%。

銀漿在主蓋板上採用了選定的穿孔。 這些穿孔暴露了地平面，並允許進行電力互連。 銀漿流入這些孔中，在遮罩層和地/訊號層之間建立了連接。

與其他EMI遮罩材料相比，銀漿的價格相當低廉。 在這種情況下，材料層的數量和制造技術步驟都會减少。 對於大多數控制阻抗的設計，這不是一個可行的選擇。

3、專門的遮罩膜是最常見的選擇。 它們適用於動態彎曲的應用，並允許盡可能小的結構。 遮罩膜非常有效，被用於各種敏感的應用。

在這種結構中，導電膠、金屬沉積層和外部絕緣層被貼合在一起。 然後用熱和壓力將其粘合在覆蓋層的表面上。 接地電路的連接管道與銀漿相同。 導電膠水可以通過蓋板上的選擇性小孔進行粘合和電連接。

厚度影響是三種方法中最小的。 雙面遮罩膜的厚度僅為非遮罩膜的15-20%。

在控制阻抗設計中不建議使用這種遮罩，因為它新增了容差值。

遮罩要求對任何PCB電路板都至關重要，柔性FPC也不例外。 為了提供功能性的、可靠的和具有成本效益的遮罩，有必要對所有電力和機械設計因素進行徹底檢查。 如果您希望我們在您的電路板設計中協助减少EMI，請聯系愛彼電路。