外壳屏蔽的方式及原理分析

外壳屏蔽的⽅式及原理分析
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1、屏蔽的商业必要性
笔者提出的⼀个重要概念：
⼀个项⽬在计划阶段就要考虑屏蔽问题，这样花费在屏蔽措施上的成本才会最低。

若等到问题暴露出来再去查漏补缺，往往需要付出相当⼤的代价。

屏蔽措施往往带来费⽤和仪器重量的增加，若能以其他EMC⽅式加以解决，就尽量减少屏蔽。

（⾔下之意屏蔽是最后⼀招）
对于PCB应注意以下两点：
1、使导线及元器件尽量靠近⼀块⼤的⾦属板（这个⾦属板不是指屏蔽体）
2、使电⽓部件及线路尽量靠近地层（减少层间信号的电磁⼲扰、地层可以吸收部分⼲扰）这样，即使是需要加屏蔽，也可以降低对屏蔽效能（SE shiedling effectiveness）的需求。

2、屏蔽的概念
屏蔽相当于⼀个滤波器，放置于电磁波的传播路径上，对其中的⼀部分频段形成⾼阻抗。

阻抗⽐越⼤，屏蔽效能越好。

对于⼀般⾦属，0.5mm的厚度就能对1MHz的电磁波产⽣较好的屏蔽效果，对100MHz能有⾮常好的屏蔽效果，问题在于薄层⾦属屏蔽对1MHz以下或孔隙来说，屏蔽效果就不⾏了，本⽂重点介绍这⽅⾯。

3、⼤的间距、矩形屏蔽会更好
(1) 电路之间、屏蔽之间更⼤的间距能够减少相互⼲扰；
(2) 矩形（或不规则）的屏蔽外形，能够尽量避免频率共振；正⽅形的外壳往往容易引起共振；
但总的来说，电路板⼀般位于屏蔽体内，其元器件、线路等都会改变预期的共振频率点，所以不必太操⼼。

4、趋肤效应
趋肤深度
⼯程上定义从表⾯到电流密度下降到表⾯电流密度的0.368（即1/e）的厚度为趋肤深度或穿透深度Δ:
式中:
µ－导线材料的磁导率；
γ＝1/ρ－材料的电导率；
k－材料电导率（或电阻率）温度系数；
上图：不同频率下三种⾦属的趋肤效应深度（频率越⾼，深度越浅，越趋肤）；趋肤效应以传导的⾓度看，是希望趋肤深度深的，那表⽰导线的利⽤率⾼；但是对于屏蔽，是希望趋肤深度浅的，这样就能以较薄的⾦属屏蔽更多的电磁频段；50Hz的趋肤深度5～15mm，很难屏蔽……
⽤于屏蔽的⾦属应有良好的导电及导磁性能，厚度根据⼲扰的最低频率所产⽣的趋肤深度来定。

⼀般1mm的低碳钢板或者1µm的镀锌层就能满⾜⼀般的应⽤。

（这也是实际中常看到机箱壁上镀锌的原因）
5、孔隙
如果屏蔽体的整个壳体是⽆缝⽆孔的，那么对于30MHz的电磁波来说，要达到100dB的衰减效果不是难事。

问题就在于他们不是⽆缝⽆孔的：
在⼀个完美的屏蔽壳体上开⼀个洞，相当于构成⼀个半波共振缝隙天线，屏蔽效能SE与孔的最⼤尺⼨d、电磁波波长λ关系如下：
那么对于之前提到的30MHz，波长10m，假设有⼀个USB⼝（孔径对⾓线尺⼨10mm），换算下来SE为54dB，d越⼤，SE越⼩。

我们常⽤到的电磁波频段：
我们在常规应⽤中制造出的⼲扰及谐波频段：
孔隙、平率与屏蔽效能的⼤致关系：
要达到40dB的SE，通常需要⽤导体垫圈、弹簧夹指来进⾏密封，注意内部元件与屏蔽罩的间距、数据总线与开孔和缝隙之间的距离。

还要注意，当屏蔽体中有电流，且电流的前进⽅向上有孔缝挡路，迫使电流绕⾏时，将引起孔缝类似天线⽽发射磁场，通过孔缝变化的电压产⽣磁场。

6、低频磁场的屏蔽
采⽤⾼磁导率的合⾦材料（如⾮晶合⾦、坡莫合⾦），按⼀定规格制成屏蔽罩，可⼤幅度减⼩磁场影响。

7、截⾄波导
8、垫圈
采⽤良导体，⽤于填缝，能承受⼀定的挤压变形，抗腐蚀、经久耐⽤.
9、可视组件的屏蔽
10、通风孔的屏蔽
将通风孔做成两种形式：
(1)⾦属⽹格（类似蜂窝铝板）
(2) (截⾄)波导
11、⽤喷漆或电镀的塑料
因为开模塑料美观轻便，所以时常使⽤，对这种情况，⼀般在塑料杯⾯喷涂导电材料，因为导电层厚度不可能太厚（微⽶级），实际效果不怎么样。

对于⼆类电器(class II)，还可能增加静电放电（ESD）的可能性。

⼆类电器：这类电器采⽤双重绝缘或加强绝缘，没有接地要求。

12、⾮⾦属屏蔽
如碳纤维或导电聚合物（导电塑料），但是⽆论如何其SE都不及⾦属的好。

13、屏蔽罩的安装
14、板级屏蔽。