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PCBA大讲堂:SMT加工使用屏蔽夹来取代屏蔽框

time : 2019-08-16 09:13       作者:凡亿pcb

SMT加工使用屏蔽夹来取代屏蔽框SMT加工使用屏蔽夹来取代屏蔽框
一般有使用到无线通讯(RF)的产品,通常都会在电路板上设计屏蔽框(shielding frame)及屏蔽罩(shielding can)来隔绝所谓的电磁干扰(EMI),但要使屏蔽框罩发挥功能,一般都需要用到两个零件,一个是使用SMT打件的屏蔽框(shielding frame),另一个是屏蔽罩(Shielding can),这么一来就必须要开两套以上的Press模具。
姑且不论开模具的费用,就我使用屏蔽框的经验,它必须要经过好几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机器打件,所以其平面度(Flatness)一般都被要求要作到0.10mm以下,因为大部分的钢板厚度都开在0.10-0.12mm,假设使用阶梯式钢板(step-up stencil),钢板的厚度最多也只能有0.15mm,所以低良率,重工需求高的情况下,让这种屏蔽框的费用一直居高不下。而且大部分的SMT打件还得另外准备卷带(tape-on-reel),这又是另外一笔费用。
 
现在有些脑筋动得快的PCBA厂商想出了使用夹子(clip)来取代屏蔽框的方法,这种夹子不但可以使用SMT打件,而且体积小所以不怕变形,其实较早期的管状保险丝(fuse)就有类似的设计产品了。
屏蔽夹(SMT shielding clip)
这种夹子可以直接取代屏蔽框,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,等于少了一个屏蔽框的费用。我们大概比较了一下屏蔽框(Shielding frame)与屏蔽夹(shielding clip)之间的优缺点如下:
  屏蔽框(Shielding frame) 屏蔽夹(Shielding clip) 零件成本 开模费用约USD3000-4000
一个屏蔽框的费用约USD0.25-0.45之间,视大小而定。  无须开模费用。
一个屏蔽夹的费用约USD0.014,假设一个屏蔽框需要4-8个屏蔽夹,则费用约在USD0.056-0.112。 SMT打件成本 1.屏蔽框的平整度问题影响打件良率。
2.屏蔽框会影响AOI的检出率。
3.必须使用泛用机来打件,速度慢。   1.无平整度的问题。
2.不会影响AOI。
3.可使用快速机打件。  维修费用 1.屏蔽框会遮蔽元件,不利维修,经常需要减除中间的十字肋或部份边框。
2.高温维修会造成退色问题,更换麻烦。  1. 不会影响维修。
2.有外观问题时容易更换。 测试 屏蔽框的十字肋及框边经常影响测试点的摆放,造成测试点摆放不易,甚至降低测试涵盖率。 测试点不需要做特别的让位。 组装 组装屏蔽罩时容易对位。 组装屏蔽罩时需要对位,容易有偏差,建议要训练作业员从一个角落的两端先对位后组装。
▼屏蔽夹(SMT shielding clip)焊接于电路板上的样子。
屏蔽夹(SMT shielding clip)焊接于电路板上的样子。
▼将屏蔽罩(shielding can)安装于屏蔽夹(SMT shielding clip)之后的样子。 
将屏蔽罩(shielding can)安装于屏蔽夹(SMT shielding clip)之后的样子。
虽然屏蔽夹有非常多的有点与成本优势,但仍然有许多的工程问题需要理清:
? 它的夹持力如何,如何计算摔落实验时不会掉下来?根据厂商的回答,每个夹子的对屏蔽框的夹持力约为 1 kgf,所以计算摔落实验时的G值之后就可以知道一个屏蔽框需要几个夹子。一般来说一个屏蔽框通常最少需要4个夹子来固定其位置。
? 它焊接在板子上的附着力为何?根据厂商的回答,每个夹子所能承受的推力为 5kgf 以上,应该足够应付目前的消费电子产品需求。
? 有否建议多远的距离应该摆放一个夹子?根据厂商的回答,以手机为例,大约 25mm 摆放一个夹子就可以了。
? 吃锡厚度有无建议?根据厂商的回答,吃锡厚度最好在0.1mm,太厚的话怕屏蔽框与电路板的中间会出现较大的空隙,影响EMI的效果。
另外一点需要设计者别注意的,就是使用屏蔽夹 (shielding clip)会在屏蔽罩(shielding can)与电路板之间形成一缝隙,这道缝隙可能会高达0.2mm,必须请 RF 工程师特别留意这样会不会影响到RF的性能,其实也可以考虑特别将屏蔽罩设计成有凹槽形状来避开屏蔽夹的地方,不过下图的凹槽宽度与深度都有待改进就是了。
使用屏蔽夹 (shielding clip)会在屏蔽罩(shielding can)与电路板之间形成一缝隙,这道缝隙可能会高达1.0mm
也可以考虑特别将屏蔽罩(SMT shielding clip)设计成有凹槽形状来避开屏蔽夹的地方,不过图中的凹槽宽度与深度都有待改进就是了。
▼下图是一块电路板使用这种屏蔽夹(shielding clip)的实例。基本上我们在每个弯角的地方都设计摆放了一个屏蔽夹,这样可以让作业员比较方便安装屏蔽罩(shielding can)时的对位准确。然后在其他没有屏蔽夹的地方也设计了一些接地的布线,一来可以稍微提升屏蔽罩的电磁隔绝能力,另一方面也可以为屏蔽夹无效时,马上可以更改为屏蔽框,而无需要重新设计电路板。 
图中显示一块电路板使用这种屏蔽夹(shielding clip)的实例。基本上我们在弯角的地方都设计摆放了一个屏蔽夹,这样可以让作业员比较方便安装屏蔽罩(shielding can)时的对位准确。然后在其他没有屏蔽夹的地方也设计了一些接地的布线,一来可以稍微提升屏蔽罩的电磁隔绝能力,另一方面也可以为屏蔽夹无效时,马上可以更改为屏蔽框,而无需要重新设计电路板。
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