介紹使用屏蔽夾來取代屏蔽框(SMT shielding can clip)

屏蔽夾(SMT shielding clip)屏蔽夾(SMT shielding clip)

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),這麼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後,再直接把屏蔽罩安裝在這些夾子中間夾住就可以了,等於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後組裝。

▼屏蔽夾(SMT shielding clip)焊接於電路板上的樣子。屏蔽夾(SMT shielding clip)焊接於電路板上的樣子。

▼將屏蔽罩(shielding can)安裝於屏蔽夾(SMT shielding clip)之後的樣子。
將屏蔽罩(shielding can)安裝於屏蔽夾(SMT shielding clip)之後的樣子。

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釐清:

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。然後在其他沒有屏蔽夾的地方也設計了一些接地的佈線,一來可以稍微提昇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。然後在其他沒有屏蔽夾的地方也設計了一些接地的佈線,一來可以稍微提昇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。SMT_clip11


延伸閱讀:
迴流焊的溫度曲線 Reflow Profile
屏蔽框(Shielding frame)設計與生產注意事項

step-up & step-down stencil 階梯式鋼板局部加厚/打薄

訪客留言內容(Comments)

雖然是很久的文章,還是分享個人遇到的經驗,
Shielding Clip是很方便的概念!
使用Clip的設計優點:
1.Rework/Debug不用解焊shielding
2.Shielding可以使用不需上錫的材質
3.可以輕鬆對shielding加工不耐SMT高溫的材料
而試驗後,使用上的不方便有:
1.SMT位置要確實放得準,才容易放shielding.
譬如多個clip,雖夾持力好,但更不容易對齊組裝.
2.高度限制,如果要壓低Shielding高度到1.2mm以下,就不適合使用.
另外PCB assembly整體高度有嚴格標準時,Clip因(1)就容易over spec.
3.成本v.s.夾持力 :只能看各公司的決定
4.Clip對應的銲墊形狀有限制,可能與trace不相合

曜;
謝謝您的經驗分享。
站在製造、維修及材料成本考量場,個人相當推薦clip,但是如果clip無法解決時,還是得回到屏蔽框。
有時候還是得看Layout的功力。
另外,屏蔽框要打得正沒有問題,因為現在的機器連01005都可以打了,何況是這種Clip,重點還是Layout,pad的要Layout的好才不會漂移。


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