柔性印刷电路板中最佳EMI和RF屏蔽方法（精华）

  柔性印刷电路板，像其他电气互连一样，容易受到电磁（EM）和射频（RF）的干扰。电磁和射频干扰的负面后果从错误率的增加到数据的完全丢失不等。未解决柔性电路板的这种干扰问题，使用铜层、银墨和专门的屏蔽膜进行EMI屏蔽。

  电磁干扰（Electromagnetic Interference 简称EMI），直译是电磁干扰。这是合成词，我们该分别考虑电磁和干扰。是指电磁波与电子元件作用后而产生的干扰现象，有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络，在高速PCB及系统模块设计中，高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都有几率会成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。所谓“干扰”,指设备受到干扰后性能降低以及对设备产生干扰的干扰源这二层意思。第一层意思如雷电使收音机产生杂音,摩托车在附近行驶后电视画面出现雪花,拿起电话后听到无线电声音等,这些可以简称其为与“BC I”“TV I”“Tel I”,这些缩写中都有相同的“I”（干扰）（BC：广播）那么EMI标准和EMI检测是EMI的哪部分呢？理所当然是第二层含义,即干扰源,也包括受到干扰之前的电磁能量EMI大幅度的降低了电路板的性能，甚至使其停止运作。在高频率下，互连线往往充当天线并发出辐射。这些EMI辐射会干扰附近的其他元件，影响电路板的性能。因此，测量电磁辐射和控制它是很重要的。

  EMI和RF屏蔽是一种用于防止外部信号的电磁和射频干扰的方法。它还能抑制高频信号泄露并干扰周围电路。这是利用金属屏障来吸收通过空气传播的电磁干扰来实现的。屏蔽效果是基于法拉第笼中使用的原理，即金属屏完全包围敏感或发射的电子器件。

  法拉第出生于萨里郡纽因顿一个贫苦铁匠家庭，仅上过小学。但他却通过个人的努力，自学成才，成为了著名的物理学家、化学家和科学家。法拉第对人类最大的贡献，就是发现了交流电，法拉第在电磁学方面做出了伟大贡献，被称为“电学之父”和“交流电之父”。

  法拉第在电学方面的贡献最显著，发电机与电动机都是他发明的，还有电磁感应、抗磁性、电解。为了纪念法拉第，在国际单位制里，电容的单位是法拉;阿尔伯特·爱因斯坦更是在他书房墙壁上，悬挂着法拉第、麦克斯韦、艾萨克·牛顿三幅相片。

  法拉第笼（Faraday Cage）是一个由金属或者良导体形成的笼子。是以电磁学的奠基人、英国物理学家迈克尔·法拉第的姓氏命名的一种用于演示等电势、静电屏蔽和高压带电工作原理的设备。它是由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分所组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米时，出现放电火花，根据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势差为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。

  法拉第笼（Faraday cage）是防止电磁场（EM field）进入或逃脱的金属外壳。一个理想的法拉第笼由一个未破损的、完美的导电层组成。在实际中这种理想状态是不能够达到的，但能通过使用细网的铜筛来达到。为了达到最佳性能，法拉第笼应直接接地。

  法拉第笼十分的神奇，它是由笼体、高压电源、电压显示器和控制部分所组成，其笼体与大地连通，高压电源通过限流电阻将10万伏直流高压输送给放电杆，当放电杆尖端距笼体10厘米时，出现放电火花，根据接地导体静电平衡的条件，笼体是一个等位体，内部电势差为零，电场为零，电荷分布在接近放电杆的外表面上。

  曾有人用法拉第笼做过这样的一个神奇表演，表演时先请几位观众进入笼体后关闭笼门，操作员接通电源，用放电杆进行放电演示。这时即使笼内人员将手贴在笼壁上，使放电杆向手指放电，笼内人员不仅不会触电，而且还能体验电子风的清凉感觉。

  这是因为人体触电的原因是身体的不一样的部位存在电位差，强电流通过身体，此时手指虽然接近放电火花，但放电电流是通过 手指前方的金属网传入大地，身体并不存在电位差，没有电流通过，所以没有触电的感觉。

  法拉第笼的演示说明了高压作业人员带电工作的原理。高压带电操作员的防护服是用金属丝制成的，当接触高压线时，形成了等电位，使得作业人员的身体没有电流通过，起到了很好的保护作用。如汽车就是一个法拉第笼，由于汽车外壳是个大金属壳，形成了一个等位体，当驾驶员在雷雨天行驶时，车里的人不需要过多的担心遭到雷击

  法拉第笼（Faraday cage）在必须阻止漂移的电磁场进入的电子实验室里应用。这在敏感的无线接收设施的测试中很重要。另外，法拉第笼可以有效的预防由电脑显示器阴极射线管（CRT）发出的电磁场的逃脱。这些场能够被中途截取并破译，这样黑客在不需要信号线、电缆和摄像设备的情况下就可以远程实时地看到屏幕上的数据。这种行为被称为屏幕辐射窃密（van Eck phreaking），它也能被政府官员用于查看罪犯和某些嫌疑犯的计算机使用活动。法拉第笼是通过在电路板的边缘放置接地点来建立的。其目的是避免信号在这个区域之外的路由。这种方法使EMI保持在可接受的范围内。

  在考虑柔性板的EMI屏蔽时，你会遇到各种各样的设计挑战。所有的屏蔽方法都会在某些特定的程度上增加柔性电路的厚度和成本。最常见的困难是厚度增加，导致弯曲困难和弯折角度加大。这引起了对机械故障和可靠性的担忧。额外的费用可能是巨大的。除此以外，设计的层数也会上升。

  受控阻抗是屏蔽和其他电气需求的最常见组合。这进一步增加了柔性厚度，使其更难同时满足电气和机械设计标准。有许多选择可以使柔性PCB的吸收和/或辐射降到最低。下面将讨论其中一些。

  每种屏蔽方法都会对柔性电路的总厚度产生一定的影响。由于最小弯曲能力是厚度的一个函数，它将限制或减少柔性PCB的弯曲能力。作为设计和材料选择过程的一部分，必须精确确定和评估屏蔽设计的最小弯曲半径和弯曲类型要求。所需的弯曲类型，无论是静态还是动态，都会带来额外的限制。动态柔性板的弯曲能力明显大于静态弯曲设计的弯曲能力。

  EMI和RF屏蔽方法进一步受到柔性PCB中控制阻抗信号要求的限制。屏蔽层一定要有同时满足EMI和参考平面标准的电气特性，以获得适当的调节阻抗值。并非所有的屏蔽技术都能满足这两个要求。

  应根据屏蔽性能、对机械弯曲能力的影响以及对控制阻抗设计的适用性来选择每种材料。

  在这种结构中，铜层以实心或交叉阴影平面的形式，通过缝合通孔与地面相连。信号层被夹在屏蔽层之间。这种屏蔽方案在刚性PCB设计中也得到了利用。实心铜层提供较高程度的屏蔽。如果要在不妨碍电路板的灵活性的情况下进行屏蔽，则可使用十字交叉的层。

  虽然这是一个很有效的屏蔽选择，但它的缺点是大幅度提高了设计厚度和零件成本。当柔性电路被弯曲成所需的形状时，额外的厚度限制了设计的弯曲能力，从而带来了可靠性问题。三层铜屏蔽的柔性电路比单层非屏蔽的柔性电路要厚125%。这种类型的屏蔽支持可控阻抗设计。

  如果设计有单层电路来满足连接要求，并需要屏蔽，那么成本差异可能会相当大。这个特殊的设计将被视为一个3层板。为屏蔽而增加的两层都会造成总体费用的增加。

  屏蔽层是通过通孔与地平面连接的。由于柔性区存在通孔，这成为一个缺点。根据IPC 2223的规定，不建议在柔性部分设置通孔。它们作为机械应力集中器发挥作用，同时降低了灵活性。

  银浆屏蔽层是一个经典的选择。与铜层相比，银色油墨具有更灵活和更低成本的优点。尽管银浆比铜更灵活，但它仍然需要一个额外的覆盖层来包裹和保护银浆。这种类型的屏蔽比铜层屏蔽更薄，成本更低。一个银浆屏蔽的柔性电路只比非屏蔽的变体厚75%。银浆在主盖板上采用了选定的穿孔。这些穿孔暴露了地平面，并允许进行电气互连。银浆流入这些孔中，在屏蔽层和地/信号层之间建立了连接。

  与其他EMI屏蔽材料相比，银浆的价格相当低廉。在这种情况下，材料层的数量和制造工艺步骤都会减少。对于大多数控制阻抗的设计，这不是一个可行的选择。

  专门的屏蔽膜是最常见的选择。它们适用于动态弯曲的应用，并允许尽可能小的结构。屏蔽膜很有效，被用在所有敏感的应用。

  在这种结构中，导电胶、金属沉积层和外部绝缘层被贴合在一起。然后用热和压力将其粘合在覆盖层的表面上。接地电路的连接方式与银浆相同。导电胶水能够最终靠盖板上的选择性小孔进行粘合和电连接。厚度影响是三种方法中最小的。双面屏蔽膜的厚度仅为非屏蔽膜的15-20%。

  铁氧体磁珠是无源电子元件，可以衰减电源线上的高频信号。它们通常被放置在电源线周围，如笔记本电脑的电源线。

  铁氧体磁珠起着电感的作用，它阻碍电流的变化。这在某种程度上预示着，如果一个元件试图吸取一个尖峰电流，磁珠将该峰值，并可能阻碍电路的运行。需要一个旁路电容来储存可提供电源尖峰的电荷。铁氧体磁珠可以阻挡噪音（不需要的快速变化的信号），由此减少EMI。

  屏蔽要求对任何电路板都至关重要，柔性PCB也不例外。为了提供功能性的、可靠的和具有成本效益的屏蔽，有必要对所有电气和机械设计因素进行彻底检查。