인쇄 회로 기판(PCB) 설계자들은 기판 배치 시 전자파 간섭 문제로 어려움을 겪는 경우가 많습니다. 시스템 사양을 충족하려면 전자파 적합성(EMC)을 고려해야 합니다. 배치 과정에서 사소한 실수라도 단락이나 EMI/RFI 노이즈와 같은 전자파 문제를 야기할 수 있습니다. 바로 이 부분에서 PCB 차폐가 매우 유용합니다!
PCB 실드란 무엇인가?
PCB 실드는 PCB를 감싸 보호하고 전기적 간섭을 줄이는 인클로저입니다. 일반적으로 전자기 차폐 역할을 하는 전도성 금속 재질로 제작됩니다. 가장 일반적으로 사용되는 재질은 알루미늄, 강철, 주석입니다.
차폐는 PCB가 다른 부품이나 표면과 접촉하지 않도록 보호하여 단락을 방지합니다. 또한 단락을 유발할 수 있는 먼지와 이물질로부터도 보호합니다. 또한, 민감한 회로를 방해할 수 있는 라디오, 모터 및 기타 전자기 간섭(EMI)을 차단합니다.
PCB 실드 사용의 이점
PCB 차폐를 사용하면 얻을 수 있는 주요 이점은 다음과 같습니다.
- 단락 방지 - 실드는 우발적인 단락을 방지합니다. 납땜하다 패드 또는 전자 장치를 분리하여 PCB의 구성 요소를 분리합니다.
- EMI/RFI 간섭 감소 – 전자기 차폐는 회로 작동을 방해할 수 있는 유입 및 유출 EMI/RFI 노이즈를 차단합니다.
- 충격으로부터 보호 - PCB 주변의 견고한 실드는 물리적 충격, 진동 및 기타 기계적 스트레스로부터 보호하는 데 도움이 됩니다.
- 방출 방지 – PCB에서 생성된 전자파 에너지가 방출되어 주변 전자기기에 영향을 미치는 것을 차단합니다.
- 안전성 향상 – 차폐는 전기 부품 및 회로와의 접촉을 방지하여 감전 위험을 줄일 수 있습니다.
- 프로토타입 제작 가능 – 실드를 사용하면 맞춤형 인클로저를 만들기 전에 PCB 설계를 보다 쉽게 안전하게 테스트하고 수정할 수 있습니다.
PCB 차폐 유형
널리 사용되는 차폐 방법으로는 RF(무선 주파수) 차폐와 Arduino 차폐가 있습니다.
PCB RF 차폐
RF 차폐는 전자기장, 정전기 및 전파를 차단합니다. 일반적인 RF 차폐 솔루션에는 금속 캔, 엘라스토머 소재, 페라이트 비드 및 플레이트, 전도성 메시, 그리고 절연 접지면이 포함됩니다. 이러한 솔루션은 다음과 같은 역할을 합니다. 패러데이 케이지외부 간섭으로 인해 민감한 구성 요소가 손상되는 것을 방지합니다.
아두이노 차폐
아두이노 쉴드는 아두이노 보드에 부착하여 기능을 추가하는 모듈식 PCB입니다. 예를 들어 무선, 이더넷, GSM, 프로토타입 쉴드는 아두이노의 기능을 확장합니다. 쉴드 핀은 I2C 및 SPI 버스에 사용되는 예비 핀을 사용하지 않고도 적층형 보드를 연결합니다. 미리 제작된 회로와 코드 라이브러리를 통해 아두이노 쉴드는 맞춤 설계보다 빠른 구현이 가능합니다.
RF 차폐와 아두이노 차폐는 모두 장단점을 가지고 있습니다. RF 차폐는 강력한 EMI 보호 기능을 제공하지만 비용이 많이 들고 구현이 복잡할 수 있습니다. 아두이노 차폐는 저렴하고 간단하지만 차폐 기능이 덜 전문적입니다. 주어진 애플리케이션에서 보호, 비용, 그리고 복잡성의 균형을 맞추려면 신중한 차폐 설계가 중요합니다.
PCB 실드는 어떻게 작동하나요?
PCB 차폐는 PCB에서 발생하는 전자기장을 억제하고 다른 소스에서 발생하는 외부 EMI를 차단하는 역할을 합니다. 전도성 인클로저는 전자 장치 주변에 패러데이 케이지를 형성하여 EMI가 차폐 영역 바깥쪽으로 흐르도록 합니다. 이는 차폐 영역 내부의 부품과의 간섭을 방지합니다.
차폐막을 적절히 접지하면 방사되는 전자파를 흡수하여 접지로 보내는 데 도움이 됩니다. 일반적으로 테스트 지점, 디스플레이, 제어 장치에 접근할 수 있도록 작은 개구부가 있습니다. 틈은 가능한 한 최소화합니다.
PCB 레이아웃에서 EMI 차폐 설계를 위한 6가지 팁
인쇄 회로 기판 설계에서 전자파 간섭을 완화하려면 신중한 레이아웃 기술이 필요합니다. 다음 6가지 핵심 전략을 따르면 전자파 간섭을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다.
- 인덕턴스가 낮은 접지면을 사용하세요.
전체 레이어를 다음에 할당합니다. 다층 보드 접지면으로 사용합니다. 유도 루프 면적을 줄이려면 접지면 면적을 최대화하십시오. 이렇게 하면 전류 귀환 경로의 임피던스가 낮아져 공통 모드 노이즈와 방사 방출이 감소합니다. 귀환 경로 안테나를 사용하지 않으려면 모든 신호를 비아를 사용하여 접지면에 직접 연결하십시오.
- 민감한 구성 요소를 보호하세요.
간섭에 취약한 부품 주변에는 접지된 전도성 인클로저를 사용하십시오. 전자기장은 차폐막에 전류를 유도하며, 이는 반사와 흡수를 통해 충돌하는 전자기장을 상쇄합니다. 필요한 감쇠량에 따라 캔, 개스킷 또는 스크린과 같은 적절한 차폐막을 선택하십시오.
- 일치하는 전송선로로 임피던스를 제어합니다.
폭/공간 비율 규칙을 사용하여 트레이스 임피던스를 소스 및 부하 임피던스에 맞추세요. 이렇게 하면 링잉과 EMI를 유발하는 반사와 공진을 방지할 수 있습니다. 제어된 임피던스 고속 트레이스에 설계하십시오. 필요에 따라 임피던스 튜닝 스터브와 종단 저항을 사용하십시오.
- 디커플링 커패시터를 사용하여 전원 레일을 우회합니다.
각 IC 전원 핀에 인덕턴스가 낮은 세라믹 디커플링 커패시터를 배치하세요. 이렇게 하면 빠른 스위칭 노이즈를 처리할 수 있는 전하 저장 공간이 생겨 전원 레일을 깨끗하게 유지할 수 있습니다. 넓은 주파수 범위를 목표로 하려면 서로 다른 값의 커패시터를 여러 개 사용하세요.
- 보드 섹션을 분리하고 걸러냅니다.
보드를 아날로그, 디지털, 고속 등으로 분할하고 신호를 로컬로 유지합니다. 신호가 도메인을 교차해야 하는 경우, 페라이트, 공통 모드 초크, 커패시터를 사용하여 필터링합니다. 이를 통해 각 섹션의 노이즈를 억제할 수 있습니다.
- 구성 요소의 배치를 구성합니다.
그룹은 구성 요소들을 서로 연결하고 동일한 방향으로 배치합니다. 잡음이 많은 디지털 회로는 민감한 아날로그 회로와 멀리 배치합니다. 길이와 교차를 최소화하기 위해 트레이스를 효율적으로 배선합니다. 접지에 주기적인 비아를 연결하여 안테나 영향을 줄입니다.
테이크 아웃
프로젝트에 적절한 PCB 차폐를 추가하면 단락, EMI/RFI 노이즈, 정전기 충격으로 인한 문제를 방지하는 데 도움이 됩니다. 원치 않는 전자기 간섭을 완전히 차단하려면 신중한 차폐 설계가 필요합니다. PCB 레이아웃과 인클로저에 통합된 견고한 차폐를 통해 전자 제품의 안정적인 작동을 보장할 수 있습니다.
