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PCBA大講堂:SMT加工使用屏蔽夾來取代屏蔽框

time : 2019-08-16 09:13       作者:凡億pcb

SMT加工使用屏蔽夾來取代屏蔽框SMT加工使用屏蔽夾來取代屏蔽框
一般有使用到無線通訊(RF)的產品,通常都會在電路板上設計屏蔽框(shielding frame)及屏蔽罩(shielding can)來隔絕所謂的電磁干擾(EMI),但要使屏蔽框罩發揮功能,一般都需要用到兩個零件,一個是使用SMT打件的屏蔽框(shielding frame),另一個是屏蔽罩(Shielding can),這么一來就必須要開兩套以上的Press模具。
姑且不論開模具的費用,就我使用屏蔽框的經驗,它必須要經過好幾道的板金加工才能成型,而且一般的屏蔽框都被要求要可以上SMT機器打件,所以其平面度(Flatness)一般都被要求要作到0.10mm以下,因為大部分的鋼板厚度都開在0.10-0.12mm,假設使用階梯式鋼板(step-up stencil),鋼板的厚度最多也只能有0.15mm,所以低良率,重工需求高的情況下,讓這種屏蔽框的費用一直居高不下。而且大部分的SMT打件還得另外準備卷帶(tape-on-reel),這又是另外一筆費用。
 
現在有些腦筋動得快的PCBA廠商想出了使用夾子(clip)來取代屏蔽框的方法,這種夾子不但可以使用SMT打件,而且體積小所以不怕變形,其實較早期的管狀保險絲(fuse)就有類似的設計產品了。
屏蔽夾(SMT shielding clip)
這種夾子可以直接取代屏蔽框,當夾子被焊接在電路板之后,再直接把屏蔽罩安裝在這些夾子中間夾住就可以了,等于少了一個屏蔽框的費用。我們大概比較了一下屏蔽框(Shielding frame)與屏蔽夾(shielding clip)之間的優缺點如下:
  屏蔽框(Shielding frame) 屏蔽夾(Shielding clip) 零件成本 開模費用約USD3000-4000
一個屏蔽框的費用約USD0.25-0.45之間,視大小而定。  無須開模費用。
一個屏蔽夾的費用約USD0.014,假設一個屏蔽框需要4-8個屏蔽夾,則費用約在USD0.056-0.112。 SMT打件成本 1.屏蔽框的平整度問題影響打件良率。
2.屏蔽框會影響AOI的檢出率。
3.必須使用泛用機來打件,速度慢。   1.無平整度的問題。
2.不會影響AOI。
3.可使用快速機打件。  維修費用 1.屏蔽框會遮蔽元件,不利維修,經常需要減除中間的十字肋或部份邊框。
2.高溫維修會造成退色問題,更換麻煩。  1. 不會影響維修。
2.有外觀問題時容易更換。 測試 屏蔽框的十字肋及框邊經常影響測試點的擺放,造成測試點擺放不易,甚至降低測試涵蓋率。 測試點不需要做特別的讓位。 組裝 組裝屏蔽罩時容易對位。 組裝屏蔽罩時需要對位,容易有偏差,建議要訓練作業員從一個角落的兩端先對位后組裝。
▼屏蔽夾(SMT shielding clip)焊接于電路板上的樣子。
屏蔽夾(SMT shielding clip)焊接于電路板上的樣子。
▼將屏蔽罩(shielding can)安裝于屏蔽夾(SMT shielding clip)之后的樣子。 
將屏蔽罩(shielding can)安裝于屏蔽夾(SMT shielding clip)之后的樣子。
雖然屏蔽夾有非常多的有點與成本優勢,但仍然有許多的工程問題需要理清:
? 它的夾持力如何,如何計算摔落實驗時不會掉下來?根據廠商的回答,每個夾子的對屏蔽框的夾持力約為 1 kgf,所以計算摔落實驗時的G值之后就可以知道一個屏蔽框需要幾個夾子。一般來說一個屏蔽框通常最少需要4個夾子來固定其位置。
? 它焊接在板子上的附著力為何?根據廠商的回答,每個夾子所能承受的推力為 5kgf 以上,應該足夠應付目前的消費電子產品需求。
? 有否建議多遠的距離應該擺放一個夾子?根據廠商的回答,以手機為例,大約 25mm 擺放一個夾子就可以了。
? 吃錫厚度有無建議?根據廠商的回答,吃錫厚度最好在0.1mm,太厚的話怕屏蔽框與電路板的中間會出現較大的空隙,影響EMI的效果。
另外一點需要設計者別注意的,就是使用屏蔽夾 (shielding clip)會在屏蔽罩(shielding can)與電路板之間形成一縫隙,這道縫隙可能會高達0.2mm,必須請 RF 工程師特別留意這樣會不會影響到RF的性能,其實也可以考慮特別將屏蔽罩設計成有凹槽形狀來避開屏蔽夾的地方,不過下圖的凹槽寬度與深度都有待改進就是了。
使用屏蔽夾 (shielding clip)會在屏蔽罩(shielding can)與電路板之間形成一縫隙,這道縫隙可能會高達1.0mm
也可以考慮特別將屏蔽罩(SMT shielding clip)設計成有凹槽形狀來避開屏蔽夾的地方,不過圖中的凹槽寬度與深度都有待改進就是了。
▼下圖是一塊電路板使用這種屏蔽夾(shielding clip)的實例。基本上我們在每個彎角的地方都設計擺放了一個屏蔽夾,這樣可以讓作業員比較方便安裝屏蔽罩(shielding can)時的對位準確。然后在其他沒有屏蔽夾的地方也設計了一些接地的布線,一來可以稍微提升屏蔽罩的電磁隔絕能力,另一方面也可以為屏蔽夾無效時,馬上可以更改為屏蔽框,而無需要重新設計電路板。 
圖中顯示一塊電路板使用這種屏蔽夾(shielding clip)的實例。基本上我們在彎角的地方都設計擺放了一個屏蔽夾,這樣可以讓作業員比較方便安裝屏蔽罩(shielding can)時的對位準確。然后在其他沒有屏蔽夾的地方也設計了一些接地的布線,一來可以稍微提升屏蔽罩的電磁隔絕能力,另一方面也可以為屏蔽夾無效時,馬上可以更改為屏蔽框,而無需要重新設計電路板。
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