Savez-vous ce qu'est le blindage des circuits imprimés ? Aujourd'hui, découvrons-le !

Dans les équipements électroniques modernes, la vitesse de communication sans fil augmente, tandis que le fonctionnement du système devient de plus en plus complexe, ce qui entraîne un problème incontournable : les interférences électromagnétiques (IEM). Ces interférences peuvent affecter l'intégrité du signal et la compatibilité électromagnétique des appareils électroniques. Or, l'intégrité du signal et la compatibilité électromagnétique sont essentielles pour les systèmes électroniques compacts haute fréquence tels que les smartphones, les modules de commande automobile et les interfaces de communication des équipements industriels. Par conséquent, pour résoudre ce problème, Blindage PCB (méthode de protection EMI) est nécessaire. Le blindage des circuits imprimés est une méthode de conception indispensable pour les ingénieurs en électronique afin de garantir des performances de circuit stables, une transmission de données fiable et de répondre à diverses normes de certification CEM (compatibilité électromagnétique).

Ensuite, cet article vous amènera à une compréhension globale de blindage PCB techniques : à partir du principe de blindage PCB, le type (niveau carte, niveau ligne, niveau appareil, etc.), le choix des matériaux, les points de conception et leurs applications pratiques en communication RF, électronique automobile, équipements médicaux et contrôle industriel. Découvrons-les !

Qu'est-ce que le blindage PCB ?

blindage PCB Désigne une technologie qui bloque ou réduit les interférences électromagnétiques (IEM) dans les circuits imprimés électroniques par des moyens physiques, électriques ou matériels. Cette technologie permet à la fois de supprimer les interférences émises par les circuits imprimés et d'empêcher les signaux parasites externes de pénétrer dans le circuit. Dans les systèmes électroniques modernes, notamment les applications impliquant des signaux à haut débit ou des signaux radiofréquences (RF), Blindage EMI PCB joue un rôle essentiel dans le maintien de l’intégrité du signal et dans la garantie de la compatibilité électromagnétique (CEM).

En substance, PCB de blindage par l'ajout de barrières conductrices, telles que Boîtiers de blindage PCB, Les capots de blindage, les plans de masse ou les coques métalliques isolent les appareils ou les fils sensibles des sources de bruit (ces barrières absorbent ou réfléchissent l'énergie électromagnétique indésirable, empêchant ainsi les interférences d'affecter les performances du circuit). Efficace Blindage EMI PCB peut améliorer la compatibilité électromagnétique (CEM) et constitue un élément indispensable des blindage de circuit imprimé l'oeuvre.

L'importance du blindage des circuits imprimés

Efficace PCB blindage Préserve l'intégrité du signal en isolant les câbles et composants sensibles des sources de bruit internes ou externes. Il joue également un rôle essentiel dans le respect des normes internationales de compatibilité électromagnétique telles que FCC, CE et CISPR, essentielles à la conformité de la grande majorité des produits électroniques commerciaux.

En outre, dans PCB RF blindage Dans les applications de haute performance, la conception du blindage est particulièrement critique, car les signaux haute fréquence sont très sensibles aux interférences. L'application judicieuse de technologies de blindage pour circuits imprimés (boîtiers de blindage, plans de masse, pistes de blindage, etc.) permet d'améliorer considérablement la stabilité du produit, de prolonger sa durée de vie et d'accélérer le processus de certification. Efficace Blindage EMI PCB la conception améliore la stabilité du système, la sécurité fonctionnelle et le succès de la certification.

Aperçu des EMI et CEM

Interférence électromagnétique (EM)I) Il s'agit d'une énergie électromagnétique indésirable qui perturbe le fonctionnement normal des circuits électroniques. Ces perturbations peuvent provenir de sources internes (régulateurs de commutation, lignes de transmission de données à haut débit, etc.) ou externes (lignes électriques, émetteurs sans fil, etc.). Les interférences électromagnétiques peuvent dégrader la qualité du signal, provoquer des erreurs de données et même entraîner la défaillance de composants sensibles.

La compatibilité électromagnétique (CEM) est la capacité d'un appareil à fonctionner correctement dans son environnement électromagnétique sans provoquer d'interférences avec d'autres appareils. Afin d'obtenir la compatibilité électromagnétique (CEM), des PCB efficaces Boucliers EMI la conception est requise.

Types d' PCB Blindage

Les types de blindage PCB sont variés et je vous présenterai les aspects du blindage au niveau de la carte, du blindage au niveau des fils, du blindage de niveau et du blindage au niveau de l'appareil.

1. Blindage au niveau de la carte

Le blindage au niveau de la carte est l'une des méthodes de protection contre les interférences électromagnétiques les plus répandues. Il consiste à recouvrir les zones sensibles de la carte avec des boîtiers de blindage, des capots métalliques ou des boîtiers de blindage. Ces barrières isolent physiquement les zones haute fréquence, empêchant ainsi efficacement les interférences électromagnétiques de rayonner vers l'extérieur ou de se coupler au circuit environnant.

Les méthodes courantes incluent :

•     Le blindage PCB peut être monté sur le module RF

•     couvercles de blindage (à clipser ou à souder)

•     Module entièrement fermé, largement utilisé dans les scénarios de blindage PCB RF

Cette approche permet un blindage EMI PCB robuste, largement utilisé dans les communications sans fil, l'IoT et les systèmes radar.

2. Blindage au niveau des traces

Tracer Le blindage de niveau est principalement utilisé pour protéger le signal à grande vitesse tracers, assurant une isolation EMI par l'ajout de pistes de blindage, de pistes de garde ou de couches de masse autour des réseaux critiques. Dans la conception du blindage EMI des circuits imprimés, Le microruban et le stripline sont également couramment utilisés pour contrôler l'impédance et réduire le rayonnement.

En ajoutant des fils de blindage mis à la terre à côté du signal de données, la diaphonie peut être considérablement réduite et la qualité du signal peut être améliorée pour les circuits numériques à grande vitesse et les systèmes de blindage PCB RF.

3. Blindage au niveau des couches

Le blindage par couches permet d'intégrer des blindages de circuits imprimés en incorporant des plans de masse ou des blindages dans la structure de l'empilement. Ces blindages internes offrent un chemin de retour à faible impédance qui inhibe efficacement la propagation des interférences électromagnétiques.

Ce type de blindage au niveau PCB est particulièrement adapté aux conceptions de circuits imprimés multicouches et peut améliorer considérablement l'effet global de blindage EMI du PCB en prenant en sandwich la couche des deux côtés du signal critique.

4. Blindage au niveau des composants

Lorsqu'une protection EMI locale est requise, cLe blindage au niveau des composants est appliqué à des composants spécifiques, tels que ICs, puces RF, modules d'alimentation, etc. Ces méthodes comprennent :

•     Petit blindage RF PCB (PCB RF shield) ou couvercle métallique monté directement sur la puce

•     Des filtres EMI, des billes magnétiques, des condensateurs de dérivation et d'autres dispositifs sont utilisés pour l'absorption des interférences

•     Boîtiers de blindage personnalisés de petite taille pour une intégration de niveau modulaire

Ces technologies de blindage PCB sont particulièrement importantes dans les configurations à haute densité et peuvent isoler efficacement les problèmes d'interférence causés par la coexistence de plusieurs sources de bruit.

PCB Matériaux de blindage

Lors de la conception du blindage des circuits imprimés, nous devons choisir le bon matériau de blindage.. Oseulement le bon matériau de blindage PCB Vous pouvez Les matériaux jouent un rôle important dans la suppression des interférences électromagnétiques. Leur conductivité, leur résistance à la corrosion, leur poids, leur coût et leur fabricabilité varient. La compréhension de ces propriétés permet de concevoir une solution de blindage EMI pour circuits imprimés plus efficace et plus économique.

Considérations de conception pour une efficacité PCB Blindage

La conception d'un blindage de circuit imprimé efficace nécessite la prise en compte de plusieurs facteurs :

1. Disposition judicieuse des capots de blindage : les boîtiers de blindage des circuits imprimés ou les capots de blindage sont directement recouverts sur les composants clés (tels que les modules RF, les oscillateurs à quartz, les circuits intégrés haute vitesse, etc.), ce qui doit laisser suffisamment d'espace pour la dissipation thermique et la maintenance ultérieure. Sauf besoin particulier, il est nécessaire d'éviter une proximité excessive du blindage avec le composant passif.

2. Toutes les structures de blindage de circuits imprimés doivent disposer d'un chemin de mise à la terre à faible impédance. Il est recommandé d'utiliser des coutures autour du blindage du circuit imprimé pour améliorer la continuité de la mise à la terre. Évitez d'utiliser des câbles longs et fins pour connecter le blindage du circuit imprimé à la terre, car ce type de structure peut facilement se transformer en antenne, mais amplifiera les interférences.

3. S'il y a un espace ou une zone discontinue dans le blindage au niveau du PCB, cela deviendra un point de fuite EMI, assurez-vous donc de ne pas laisser d'espaces ni de boucles dans la structure de blindage.

4. Il est recommandé d'organiser une trace de blindage ou une trace de garde autour des signaux à grande vitesse pour faire converger efficacement les interférences et fournir un chemin de retour stable.

5. Isolez physiquement les circuits à fort bruit, tels que les alimentations à découpage et les émetteurs radiofréquence, des circuits analogiques ou numériques à haut débit. Parallèlement, utilisez des méthodes de protection contre les interférences électromagnétiques (EMI), telles que des filtres, des billes magnétiques et d'autres composants, pour renforcer l'effet de blindage global.

6. Assurez-vous que les techniques de blindage du circuit imprimé choisies n'affectent pas les performances thermiques et ne créent pas de contraintes mécaniques. Si nécessaire, un capot de blindage avec évent peut être utilisé pour assurer une circulation d'air fluide.

Applications de PCB Blindage

Les applications du blindage des circuits imprimés sont également très variées. Je me concentrerai ci-dessous sur son application dans les communications RF, l'électronique automobile, les dispositifs médicaux et le contrôle industriel.

1. Systèmes de communication RF

Dans les communications RF, telles que les stations de base sans fil, les modules Wi-Fi, les appareils GPS, les antennes 5G, etc., la fréquence du signal est élevée, la distance de transmission est longue et les interférences électromagnétiques (EMI) sont extrêmement sensibles.

En communication RF, le blindage des circuits imprimés utilise principalement des boîtiers de blindage pour protéger les modules RF (tels que les amplificateurs à faible bruit, les amplificateurs de puissance et les oscillateurs commandés en tension). La diaphonie du signal est supprimée par la structure du blindage (trace et bande). La couche de masse est ajoutée à la carte multicouche pour assurer le blindage du signal RF. Des boîtiers métalliques ou des cages de Faraday sont souvent utilisés sur l'ensemble du module pour assurer un blindage RF complet.

2. Électronique automobiles

Dans les automobiles modernes, les unités de contrôle électronique (ECU), les radars, les modules de communication, les systèmes ADAS et autres équipements sont largement utilisés dans des environnements de travail complexes, soumis à des courants forts et à des champs électromagnétiques. Afin de garantir une excellente résistance aux interférences du système électronique principal et d'assurer la sécurité de conduite et la fiabilité du système du véhicule, le blindage des circuits imprimés est essentiel.

Les points clés du blindage des circuits imprimés dans l'électronique automobiles sont:

•     Utiliser une structure PCB blindée EMI pour les modules radar, les systèmes de gestion de batterie (BMS) et les contrôleurs

•     Les lignes à haute fréquence et à haute tension isolent les signaux de commande par un blindage de route et de niveau

•     Installez des couvercles de blindage métalliques pour protéger les capteurs vulnérables ou les circuits d'amplification de signal

•     Atteindre la conformité en matière de compatibilité électromagnétique (CEM) des véhicules, répondre aux normes ISO 11452, CISPR 25 et autres normes

3. Dispositifs médicaux

Les exigences de précision et de stabilité du signal des dispositifs médicaux, tels que l'électrocardiogramme (ECG), l'IRM, l'échographie et les dispositifs médicaux portables, sont extrêmement élevées. Une fois reçues, les interférences électromagnétiques affectent les résultats du diagnostic. Par conséquent, afin de garantir la précision du diagnostic, la sécurité de la transmission des données et la certification CEM de qualité médicale (telle que la norme CEI 60601-1-2), un blindage du circuit imprimé est nécessaire.

Par exemple, la structure de blindage PCB est utilisée pour protéger le signal frontal du capteur ; utilisez un matériau conducteur flexible ou un tissu conducteur pour l'isolation des interférences externes ; la conception de blindage PCB RF est adoptée pour l'unité de traitement du signal haute fréquence pour protéger le bruit haute fréquence ; un blindage de séparation de couvercle métallique indépendant est utilisé entre les modules pour éviter les interférences internes.

4. Systèmes de contrôle industriels

Le blindage des circuits imprimés est également nécessaire pour les systèmes de contrôle industriel. Les automates programmables industriels, les cartes mères de contrôle industriel, les convertisseurs de fréquence, les servomoteurs et autres équipements sont souvent déployés dans des environnements industriels soumis à de fortes interférences électromagnétiques (salles informatiques haute tension, sous-stations, lignes de production automatisées à grande échelle, etc.). Dans ces environnements, le blindage des circuits imprimés est indispensable pour garantir la stabilité de fonctionnement des équipements.

Dans les systèmes de contrôle industriel, les équipements haute fréquence et haute puissance sont équipés de boîtiers de blindage métalliques et de structures de mise à la terre multipoints. L'unité de contrôle de précision utilise un blindage EMI PCB pour réduire les interférences inductives. Une structure PCB multicouche assure l'isolation des signaux et de la couche d'alimentation. Des bandes d'isolation et des lignes de blindage sont installées entre les circuits analogiques et numériques. Ces solutions permettent d'améliorer la résistance aux interférences du système, de réduire le taux de défaillance et d'améliorer la stabilité et la durabilité du système de contrôle industriel.

Conclusion

Qu'il s'agisse de développer un blindage RF PCB, électronique automobiles PCB, dispositifs médicaux ou autres, la conception du blindage doit être un élément clé du processus de développement. Le blindage des circuits imprimés sert non seulement à garantir la conformité, mais aussi à améliorer les performances et la fiabilité de vos équipements. La conception du blindage des circuits imprimés doit être prise en compte dès les premières étapes du développement du produit. Intégrer les considérations relatives à la conception du blindage dès le début de la conception garantit une meilleure coordination de l'ensemble du système et réduit le besoin de corrections ultérieures, contribuant ainsi à la maîtrise des coûts tout au long du processus de développement.