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屏蔽框(Shielding frame)在PCBA的設計與生產注意事項
回想工作熊第一次剛接觸屏蔽框(shielding-frame)、屏蔽罩(shielding-can)的時候,不論在設計或貼片生產上著實都吃了不少苦頭,因為我們找的配合廠商也是第一次製作屏蔽框及屏蔽罩的,所以品質上一直無法達到SMT的平整度要求,而且還常常發生屏蔽框變形而造成焊接不良等情形。
經過了一段時間的摸索與持續性的設計變更與改善後,才漸漸找到要如何設計、製作、及包裝屏蔽框/罩,使其不再有平整度(coplanarity)過大的問題,也可以順利使用SMT的吸嘴(nozzle)來打件貼片。
忘了說明這「屏蔽框」的作用是為了要屏蔽電磁干擾(EMI),它的目的有二:一是為了防止外來的雜訊干擾,一般用在無線通訊的印刷電路板上,尤其是大哥大手機的訊號;二是為了避免本身所產生的電磁干擾影響到別的電子設備(EMC)或造成人體負擔。
屏蔽框的材質選用
一開始我們選用的屏蔽框材質為 SPTE 0.3mm 的「馬口鐵」,也就是俗稱的「洋白鐵」,就是那種兩面都有鍍錫的鋼板,一般常用在罐頭上面,可是這種材質稍微偏硬,廠商說他們的製程能力很難達到0.1mm的平整度(coplanarity)要求,因為我們家SMT的鋼板(stencil)厚度大多開在0.10mm及0.127mm,甚至有開在0.8mm的,所以希望屏蔽框的平整度可以維持在0.1mm以內,當然SMT製程上我們也可以使用局部加厚鋼板來增加錫量,但還是希望屏蔽框本身的能力可以提昇,這樣才能達到生產良率提昇。
後來我們改用 C7521R 材料,俗稱「洋白銅」,是一種以銅鎳為主的合金,銅(66%)、錳(0.5%)、鎳(19.5%)、還有少量的鋅,其色澤呈銀白色、韌性高、具延展性,有一定的強度、穩定性也好,而且耐疲勞性、耐腐蝕性也非常良好,重要的是也適合沖壓加工。
因為銅比鐵來得軟,基本上 C7521R 比 SPTE 更容易被二次加工整平,所以廠商極力推薦這種材質,更重要的是這種材質也可以吃錫,只是價錢稍微貴了一點。
機械板金鋼板名詞小學堂:
SPHC: 熱軋鋼板 SPCC: 冷軋鋼板 SECC: 鍍鋅鋼板 SGCC: 熱浸鍍鋅板 SPTE: Tinplate、鍍錫板、馬口鐵、洋白鐵
屏蔽框的設計
屏蔽框的設計除了要考慮功能性之外,也得顧慮是否可以符合工廠生產,尤其是要讓它可以符合SMT的自動生產。所以設計上還得考慮沖壓成型整平後,如何讓屏蔽框不會因時間流逝所產生應力釋放而變形。
為了符合SMT的自動生產,屏蔽框上必須設計一個4mm直徑大小的區域位於整個屏蔽框的重心位置,讓SMT機器的吸嘴可以取放屏蔽框,如果這個重心的位置偏移太多,SMT機器在取放時屏蔽框時就容易偏斜,旋轉時也容易有甩件的風險,這些都會降低SMT機器的使用率。
另外,為了強化屏蔽框的結構,一般我們會加強屏蔽框轉角處的材料,因為應力容易殘留於轉角,時間久了就會釋放出來。
在情況允許的時候,也可以考慮在屏蔽框邊緣增加長條形的開口,以利二次加工時的整平作業,否則隨著屏蔽框的尺寸設計越大,二次加工時就越不容易整平,但這點必須要配合包裝,因為有缺口的地方結構就會比較脆弱,如果需要人工操作時,所有會因為不小心碰撞到這些地方,都有機會產生彎曲變形,還是得小心應對。
屏蔽框的捲料包裝
如果你給SMT工程師選擇,10個有11個會選擇「捲帶料(tape-on-reel」)包裝,而不選「托盤料(Tray)」包裝,就工作熊的瞭解是托盤料比較難管控打件的品質,而且還必須使用硬托盤,PVC的軟托盤因為容易扭曲屏蔽框,所以較不易控制控制取件時的精準度。
如果要把屏蔽框包裝成捲帶,必須注意到捲帶的半徑,尤其是內半徑,因為最內圈的地方,半徑越小,屏蔽框就越容易被彎而折造成平整度不良,而且越大的屏蔽框,所需要的內半徑就要越大。
另外還要留意,捲帶包裝是否由沖壓廠商自己包裝,如果是委外包裝,那麼產品有問題時,責任會很難釐清楚。
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訪客留言內容(Comments)
// Begin Comments & Trackbacks ?>工作熊大大, 我目前從事的工作是賣吸波材料,專門解EMI 電磁干擾的問題,通常應用在高頻,無線通訊,跟你本文談到的屏蔽框,功能幾乎相等。
但我很好奇,你們生產出來的公板,在一開始就有EMI的問題嗎? 還是是因為要達成客戶的要求,把多種功能擠在同個板子上才出現EMI的問題?
因為我接觸到的客群還沒遇到做PCB的廠商,通常都是網通系統廠。
工作熊大大您好
進公司後受你的文章啟發跟學習
想跟你請教,最近公司打完件後出貨前shielding cover都沒有問題,也用AOI檢驗過
但是客戶那邊上件鍋爐後就一直有cover或frame的彎翹情形,ppm不高不低
但一直分析不出原因,請問工作熊有什麼建議或可以指引的方向嗎
材質是SPTE
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请问屏蔽框卷带包后氧化 有小小黑点 什么原因