PCB-Abschirmung erklärt: Ein Leitfaden zur effektiven PCB-Abschirmung

Was ist eine PCB-Abschirmung?

Gedruckte Leiterplatten werden in elektronischen Geräten verwendet, um eine Plattform für die Montage und Verbindung verschiedener elektronischer Komponenten zu bieten. Auf der Ebene der Leiterplatte erfolgt die Abschirmung der Leiterplatten in der Regel in Form von Metallgehäusen oder -dosen, die empfindliche Schaltungen umgeben und schützen sollen. Diese Gehäuse sind aus Materialien mit hoher elektrischer Leitfähigkeit gefertigt. Die Abschirmung wirkt wie eine physische Barriere, die elektromagnetische Wellen blockiert oder umlenkt und so die Auswirkungen von EMI und Hochfrequenzstörungen (RFI) reduziert.

Warum ist die Abschirmung von Leiterplatten wichtig?

Die Abschirmung von Leiterplatten spielt eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der Integrität und Funktionalität elektronischer Geräte, insbesondere da die elektronischen Komponenten immer empfindlicher auf elektromagnetische Störungen reagieren.

Von Smartphones bis hin zu kritischen medizinischen Geräten - EMI kann deren Betrieb stören und zu Fehlfunktionen führen. Eine wirksame Abschirmung ist von entscheidender Bedeutung, um potenzielle Risiken zu mindern und Unterbrechungen der Signalübertragung und Leistungseinbußen zu vermeiden.

Anwendungen der PCB-Abschirmung

Die Anwendungen für die Abschirmung von Leiterplatten sind vielfältig und in verschiedenen Branchen von entscheidender Bedeutung:

• Unterhaltungselektronik: Sorgt für optimale Leistung in Smartphones und Laptops.
• Medizinische Geräte: Unverzichtbar für genaue Messwerte und die Sicherheit der Patienten in MRT-Geräten und Herzschrittmachern.
• Kfz-Elektronik: Sorgt für einen zuverlässigen Betrieb von Steuergeräten und Infotainmentsystemen.
• Telekommunikation: Unerlässlich für die ununterbrochene Kommunikation in der Infrastruktur.
• Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Gewährleistet die Zuverlässigkeit von Luftfahrtelektronik und Verteidigungssystemen.
• Industrielle Automatisierung und Energiesysteme: Verhindert Störungen in kritischen industriellen Anwendungen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die EMI- und RFI-Abschirmung nach wie vor von grundlegender Bedeutung für die Wahrung der Datenintegrität, die Gewährleistung der Zuverlässigkeit der Geräte und die Förderung der Sicherheit ist.

Welche Materialien werden für die Abschirmung von Leiterplatten verwendet?

Bei der Auswahl von Metallen für die EMI- und RFI-Abschirmung auf Leiterplattenebene müssen die Ingenieure Faktoren wie elektrische Leitfähigkeit, thermische Stabilität, mechanische Eigenschaften, Abschirmwirkung und Kosten berücksichtigen.

Kupfer, Messing, Berylliumkupfer und Phosphorbronze

Kupfer und seine Legierungen werden aufgrund ihrer hohen elektrischen Leitfähigkeit für die Abschirmung von Leiterplatten verwendet. Sie leiten elektromagnetische Wellen effizient ab, minimieren elektromagnetische Störungen und bieten Flexibilität bei der Entwicklung von Abschirmungslösungen. Kupfer ist jedoch anfällig für Oxidation, die seine Abschirmungsleistung im Laufe der Zeit verringern kann, was zu einer Verzinnung führt, um die Langlebigkeit und Lötbarkeit zu verbessern.

Neusilber

Neusilber weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch elektromagnetische Störungen reduziert werden. Neusilber ist auch für seine Korrosionsbeständigkeit bekannt, die eine langfristige Leistung und Haltbarkeit in rauen Umgebungen gewährleistet. Außerdem hat es eine ausgezeichnete Festigkeit, kann gelötet werden und hat eine effektive magnetische Permeabilität.

Verzinnter Baustahl

Verzinnter Baustahl dient aufgrund seiner Festigkeit und Permeabilität sowie seiner Kosteneffizienz im Vergleich zu anderen Metallen als Material für Abschirmdosen. Zwar kann Stahl die elektrische Leitfähigkeit von Berylliumkupfer nicht erreichen, doch erfüllt die Verzinnung von Stahl einen doppelten Zweck. Sie bietet einen Korrosionsschutz, der Rost verhindert, und eine günstige lötbare Oberfläche für die Befestigung der Abschirmung an den Leiterbahnen auf der Platine während der Montage.

Fertigungsverfahren zur Herstellung von PCB-Abschirmungen

Zwei gängige Herstellungsverfahren für PCB-Abschirmdosen sind das Stanzen und das fotochemische Ätzen.

Stanzen der PCB-Abschirmung

Beim Stanzen wird ein flaches Metallblech mit Hilfe einer Matrize in die gewünschten Teilespezifikationen geschnitten oder geformt. Das Stanzen ist zwar vorteilhaft für die Wiederholbarkeit und Effizienz in der Großserienproduktion, hat aber auch Nachteile, wie z. B. höhere Werkzeugkosten und längere Vorlaufzeiten, insbesondere bei Sonderanfertigungen und kleineren Produktionsserien.

Photochemisches Ätzen PCB-Abschirmung

Das chemische Ätzen, ein subtraktives Fertigungsverfahren, bei dem chemische Ätzmittel zum selektiven Abtragen von Material von einem Metallblech verwendet werden, bietet zahlreiche Vorteile bei der Herstellung von PCB-Abschirmdosen. Im Vergleich zum Stanzen ist das fotochemische Ätzen äußerst vielseitig. Durch die digitale Herstellung von Werkzeugen entfällt der Bedarf an teuren harten Werkzeugen, was die Produktionszeiten und -kosten reduziert und gleichzeitig komplizierte Designs und wertsteigernde Merkmale wie Belüftung, Zugangslöcher, Falzlinien für die Handformung, Teilenummern und Logos ermöglicht, ohne dass zusätzliche Kosten anfallen.

Schlussfolgerung

In der sich ständig weiterentwickelnden Technologielandschaft ist eine wirksame Abschirmung von Leiterplatten von entscheidender Bedeutung für die Bewältigung von EMI-Risiken und die Gewährleistung der dauerhaften Zuverlässigkeit und optimalen Leistung elektronischer Geräte in verschiedenen Branchen. Ingenieure müssen bei der Materialauswahl sorgfältig vorgehen und bei der Entwicklung von Abschirmungslösungen auf Leiterplattenebene ein Gleichgewicht zwischen Leitfähigkeit und Haltbarkeit herstellen. Das chemische Ätzen erweist sich aufgrund seiner Flexibilität, Schnelligkeit und Kosteneffizienz als herausragende Fertigungsoption - besonders vorteilhaft für komplizierte oder kundenspezifische Designs in unserem dynamischen Technologiezeitalter. Umgekehrt erweist sich das Stanzen als vorteilhaft für die Großserienproduktion, da es Wiederholbarkeit und Effizienz bietet, wenn die hohen Vorlaufkosten für die Werkzeuge gerechtfertigt sind.