EMI (電磁干渉) と RFI (無線周波数干渉) は、プリント基板 (PCB) を設計する際の一般的な課題です。リジッドフレックス PCB 設計では、リジッド領域とフレキシブル領域が組み合わされているため、これらの問題には特別な考慮が必要です。この記事では、リジッド フレックス ボード設計で効果的な EMI/RFI シールドを確保し、干渉を最小限に抑え、パフォーマンスを最大化するためのさまざまな戦略とテクニックを検討します。

リジッドフレキシブルPCBにおけるEMIとRFIを理解する:

EMI と RFI とは:

EMIは電磁干渉の略で、RFIは無線周波数干渉の略です。 EMI と RFI はどちらも、不要な電磁信号が電子機器やシステムの通常の機能を妨害する現象を指します。これらの干渉信号は信号品質を低下させ、データ伝送を歪め、さらには完全なシステム障害を引き起こす可能性があります。

電子機器やシステムにどのような悪影響を及ぼす可能性があるか:

EMI と RFI は、さまざまな形で電子機器やシステムに悪影響を与える可能性があります。これらは敏感な回路の適切な動作を妨げ、エラーや誤動作を引き起こす可能性があります。デジタル システムでは、EMI と RFI によってデータ破損が引き起こされ、エラーや情報の損失が発生する可能性があります。アナログ システムでは、干渉信号によりノイズが発生し、元の信号が歪み、オーディオまたはビデオ出力の品質が低下します。 EMI と RFI は無線通信システムのパフォーマンスにも影響を及ぼし、通信範囲の短縮、通話の切断、または接続の喪失を引き起こす可能性があります。

EMI/RFI の発生源:

EMI/RFI の発生源はさまざまで、外部要因と内部要因によって引き起こされる可能性があります。外部ソースには、送電線、電気モーター、無線送信機、レーダー システム、落雷からの電磁場が含まれます。これらの外部ソースは強力な電磁信号を生成し、放射して近くの電子機器に結合し、干渉を引き起こす可能性があります。 EMI/RFI の内部発生源には、機器自体内のコンポーネントや回路が含まれる場合があります。スイッチング素子、高速デジタル信号、および不適切な接地により、デバイス内で電磁放射が発生し、近くの敏感な回路に干渉する可能性があります。

リジッドフレックス PCB 設計における EMI/RFI シールドの重要性:

リジッド PCB ボード設計における EMI/RFI シールドの重要性:

EMI/RFI シールドは、PCB 設計、特に医療機器、航空宇宙システム、通信機器などの敏感な電子機器において重要な役割を果たします。 EMI/RFI シールドを実装する主な理由は、これらのデバイスを電磁干渉および無線周波数干渉の悪影響から保護することです。

EMI/RFI の悪影響:

EMI/RFI に関する主な問題の 1 つは信号の減衰です。電子機器が電磁干渉を受けると、信号の品質と完全性に影響が出る可能性があります。これにより、データの破損、通信エラー、重要な情報の損失が発生する可能性があります。医療機器や航空宇宙システムなどの敏感な用途では、これらの信号の減衰は患者の安全に影響を与えたり、重要なシステムの性能を損なったりする重大な結果をもたらす可能性があります。

機器の故障も EMI/RFI によって引き起こされる重要な問題です。干渉信号は電子回路の通常の動作を妨害し、電子回路が誤動作したり、完全に故障したりする可能性があります。これは、機器のダウンタイム、高額な修理、潜在的な安全上の危険につながる可能性があります。たとえば医療機器では、EMI/RFI 干渉により、重要なプロセス中に誤った測定値、誤った投与、さらには機器の故障が発生する可能性があります。

データ損失は、EMI/RFI 干渉のもう 1 つの結果です。通信機器などのアプリケーションでは、干渉により通話の切断、接続の切断、またはデータ送信の破損が発生する可能性があります。これは通信システムに悪影響を及ぼし、生産性、業務運営、顧客満足度に影響を与える可能性があります。

これらの悪影響を軽減するために、EMI/RFI シールドが PCB のリジッド フレックス設計に組み込まれています。金属ケース、導電性コーティング、シールド缶などのシールド材は、敏感な電子部品と外部の干渉源との間に障壁を形成します。シールド層は、干渉信号を吸収または反射するシールドとして機能し、干渉信号がリジッドフレックスボードに浸透するのを防ぎ、それによって電子機器の完全性と信頼性を確保します。

リジッドフレックス PCB 製造における EMI/RFI シールドに関する主な考慮事項:

リジッドフレックス回路基板の設計において直面する特有の課題:

リジッドフレックス PCB 設計はリジッド領域とフレックス領域を組み合わせており、EMI/RFI シールドに特有の課題をもたらします。 PCB のフレキシブルな部分はアンテナとして機能し、電磁波を送受信します。これにより、敏感なコンポーネントが電磁干渉を受けやすくなります。したがって、クイック ターン リジッド フレックス PCB 設計に効果的な EMI/RFI シールド技術を実装することが重要です。

適切な接地技術とシールド戦略の必要性に対処します。

適切な接地技術は、敏感なコンポーネントを電磁干渉から隔離するために重要です。リジッドフレックス回路全体の効果的な接地を確保するために、グランドプレーンを戦略的に配置する必要があります。これらのグランド プレーンはシールドとして機能し、EMI/RFI を敏感なコンポーネントから遠ざけるための低インピーダンス パスを提供します。また、複数のグランド プレーンを使用すると、クロストークを最小限に抑え、EMI/RFI ノイズを低減できます。

シールド戦略も EMI/RFI 防止において重要な役割を果たします。敏感なコンポーネントや PCB の重要な部分を導電性シールドで覆うと、干渉を封じ込めてブロックすることができます。導電性フォイルやコーティングなどの EMI/RFI シールド材料をリジッドフレックス回路や特定の領域に適用して、外部干渉源からさらに保護することもできます。

レイアウトの最適化、コンポーネントの配置、信号ルーティングの重要性:

レイアウトの最適化、コンポーネントの配置、および信号配線は、リジッドフレックス PCB 設計における EMI/RFI 問題を最小限に抑えるために重要です。適切なレイアウト設計により、敏感なコンポーネントが高周波回路や電源配線などの潜在的な EMI/RFI 発生源から確実に遠ざけられます。信号トレースは、クロストークを低減し、高速信号パスの長さを最小限に抑えるために、制御され組織化された方法で配線する必要があります。トレース間の適切な間隔を維持し、潜在的な干渉源から遠ざけることも重要です。コンポーネントの配置も重要な考慮事項です。敏感なコンポーネントをグランドプレーンの近くに配置すると、EMI/RFI 結合を最小限に抑えることができます。放出量が多いコンポーネントや影響を受けやすいコンポーネントは、他のコンポーネントや影響を受けやすい領域からできるだけ隔離する必要があります。

一般的な EMI/RFI シールド技術:

各技術の利点と制限、およびリジッドフレキシブル PCB 設計への適用可能性 ガイドライン:

適切なエンクロージャ設計:適切に設計されたエンクロージャは、外部の EMI/RFI 源からのシールドとして機能します。アルミニウムやスチールなどの金属製の筐体は、優れたシールドを提供します。外部干渉を敏感なコンポーネントから遠ざけるために、エンクロージャは適切に接地する必要があります。ただし、フレックス リジッド PCB 設計では、フレックス領域により、適切なハウジング シールドを実現することが困難になります。

シールドコーティング:導電性ペイントやスプレーなどのシールド コーティングを PCB の表面に塗布すると、EMI/RFI の影響を最小限に抑えることができます。これらのコーティングは金属粒子またはカーボンなどの導電性材料で構成されており、電磁波を反射および吸収する導電層を形成します。シールド コーティングは、EMI/RFI の影響を受けやすい特定の領域に選択的に適用できます。ただし、柔軟性が限られているため、コーティングはリジッドフレックス ボードの柔軟な領域には適さない場合があります。

シールド缶:ファラデーケージとも呼ばれるシールド缶は、リジッドフレックス回路プロトタイプの特定のコンポーネントまたはセクションに局所的なシールドを提供する金属エンクロージャです。これらの缶は、EMI/RFI 干渉を防ぐために、敏感なコンポーネントに直接取り付けることができます。シールドされた缶は、高周波信号に対して特に効果的です。ただし、リジッドフレックス PCB 設計では柔軟性が限られているため、フレックスエリアでシールド缶を使用するのは困難な場合があります。

導電性ガスケット:導電性ガスケットは、ハウジング、カバー、コネクタ間の隙間をシールするために使用され、連続的な導電経路を確保します。 EMI/RFI シールドと環境シールを提供します。導電性ガスケットは通常、導電性エラストマー、金属化布地、または導電性フォームで作られています。圧縮して嵌合面間に良好な電気的接触を提供することができます。導電性スペーサーは、リジッドフレックスプリント基板の曲げに追従できるため、リジッドフレックスプリント基板の設計に適しています。

EMI/RFI の影響を最小限に抑えるために、導電性箔、フィルム、塗料などのシールド材を使用する方法:

EMI/RFI の影響を最小限に抑えるために、導電性ホイル、フィルム、塗料などのシールド材を使用してください。銅箔やアルミニウム箔などの導電箔をフレックスリジッド PCB の特定の領域に適用して、局所的なシールドを行うことができます。導電性フィルムは、多層リジッドフレックス基板の表面にラミネートしたり、リジッドフレックス PCB スタックアップに統合したりできる導電性材料の薄いシートです。導電性ペイントまたはスプレーは、EMI/RFI の影響を受けやすい領域に選択的に塗布できます。

これらのシールド材の利点は柔軟性にあり、リジッドフレックス PCB の輪郭に適合できることです。ただし、これらの材料は、特に高周波において、シールド効果に限界がある可能性があります。効果的なシールドを確保するには、慎重な配置や被覆などの適切な適用が重要です。

接地とシールドの戦略:

効果的な接地技術についての洞察を得る:

接地技術:スター接地: スター接地では、中心点が接地基準として使用され、すべての接地接続がこの点に直接接続されます。この技術は、さまざまなコンポーネント間の電位差を最小限に抑え、ノイズ干渉を低減することで、グランド ループの防止に役立ちます。オーディオシステムや精密な電子機器でよく使用されます。

グランドプレーンの設計:グランド プレーンは、多層リジッド/フレキシブル PCB 内の大きな導電層であり、グランド基準として機能します。グランドプレーンはリターン電流に低インピーダンス経路を提供し、EMI/RFI の制御に役立ちます。適切に設計されたグランド プレーンは、リジッド フレックス プリント回路全体をカバーし、信頼性の高いグランド ポイントに接続する必要があります。グランドインピーダンスを最小限に抑え、信号に対するノイズの影響を軽減します。

シールドの重要性とその設計方法:

シールドの重要性: シールドは、電磁場の侵入を防ぐために、敏感なコンポーネントまたは回路を導電性材料で囲むプロセスです。 EMI/RFIを最小限に抑え、信号の完全性を維持するには重要です。シールドは、金属エンクロージャ、導電性コーティング、シールド缶、または導電性ガスケットを使用することで実現できます。

シールドのデザイン:

エンクロージャーのシールド:金属製の筐体は、電子機器をシールドするためによく使用されます。効果的なシールド経路を提供し、外部 EMI/RFI の影響を軽減するには、エンクロージャを適切に接地する必要があります。

シールドコーティング:導電性塗料や導電性スプレーなどの導電性コーティングをリジッドフレックスプリント基板やハウジングの表面に塗布して、電磁波を反射または吸収する導電層を形成できます。
シールド カン: ファラデー ケージとも呼ばれるシールド カンは、特定のコンポーネントに部分的なシールドを提供する金属製の筐体です。 EMI/RFI 干渉を防ぐために、敏感なコンポーネントに直接取り付けることができます。

導電性ガスケット:導電性ガスケットは、筐体、カバー、またはコネクタ間の隙間をシールするために使用されます。 EMI/RFI シールドと環境シールを提供します。

シールド効果の概念と適切なシールド材料の選択:

シールド効果と材料の選択:シールド効果は、電磁波を減衰および反射する材料の能力を測定します。通常、デシベル (dB) で表され、シールド材によって達成される信号減衰の量を示します。シールド材料を選択するときは、そのシールド効果、導電性、柔軟性、システム要件との互換性を考慮することが重要です。

EMC 設計ガイドライン:

EMC (電磁両立性) 設計ガイドラインのベスト プラクティスと EMC 業界に準拠することの重要性

規格と規制:

ループ領域を最小限に抑える:ループ面積を小さくすると、ループのインダクタンスが最小限に抑えられるため、EMI の可能性が低くなります。これは、トレースを短く保ち、しっかりとしたグランド プレーンを使用し、回路レイアウトで大きなループを回避することで実現できます。

高速信号ルーティングを削減します。高速信号はより多くの電磁放射を生成し、干渉の可能性が高くなります。これを軽減するには、制御されたインピーダンス トレースの実装、適切に設計された信号リターン パスの使用、および差動信号やインピーダンス マッチングなどのシールド技術の使用を検討してください。

並列ルーティングを避けます。信号トレースを並列配線すると、意図しないカップリングやクロストークが発生し、干渉の問題が発生する可能性があります。代わりに、垂直または斜めの配線配線を使用して、重要な信号間の近接を最小限に抑えます。

EMC 規格および規制への準拠:FCC によって確立された規格など、業界固有の EMC 規格に準拠することは、機器の信頼性を確保し、他の機器との干渉を防ぐために重要です。これらの規制に準拠するには、機器の電磁放射と感受性について徹底的なテストと検証が必要です。

接地およびシールド技術を実装します。適切な接地およびシールド技術は、電磁放射と感受性を制御するために重要です。常に単一の接地点を参照し、スター接地を実装し、接地面を使用し、導電性の筐体やコーティングなどのシールド材を使用してください。

シミュレーションとテストを実行します。シミュレーション ツールは、設計段階の早い段階で潜在的な EMC 問題を特定するのに役立ちます。機器の性能を検証し、必要な EMC 規格への準拠を確認するには、徹底的なテストも実行する必要があります。

これらのガイドラインに従うことで、設計者は電子機器の EMC 性能を強化し、電磁干渉のリスクを最小限に抑え、電子機器の信頼性の高い動作と電磁環境における他の機器との互換性を確保できます。

テストと検証:

リジッドフレックス PCB 設計における効果的な EMI/RFI シールドを確保するためのテストと検証の重要性:

テストと検証は、リジッドフレックス PCB 設計における EMI/RFI シールドの有効性を確保する上で重要な役割を果たします。電磁干渉を防止し、デバイスの性能と信頼性を維持するには、効果的なシールドが不可欠です。

試験方法:

近接場スキャン:近接場スキャンは、リジッドフレックス回路の放射を測定し、電磁放射の発生源を特定するために使用されます。追加のシールドが必要な領域を特定するのに役立ち、設計段階でシールドの配置を最適化するために使用できます。

全波解析:電磁界シミュレーションなどの全波解析は、フレキシリジッド PCB 設計の電磁的挙動を計算するために使用されます。結合や共振などの潜在的な EMI/RFI 問題に対する洞察を提供し、シールド技術の最適化に役立ちます。

感受性試験:感受性テストは、外部の電磁妨害に対するデバイスの能力を評価します。これには、デバイスを制御された電磁場にさらし、その性能を評価することが含まれます。このテストは、シールド設計の弱点を特定し、必要な改善を行うのに役立ちます。

EMI/RFI 準拠テスト:適合性テストにより、機器が必要な電磁適合性規格および規制を満たしていることが確認されます。これらのテストには、放射および伝導エミッション、および外部妨害に対する感受性の評価が含まれます。適合性テストは、シールド対策の有効性を検証し、機器と他の電子システムとの互換性を保証するのに役立ちます。

EMI/RFI シールドの今後の展開:

EMI/RFI シールドの分野で進行中の研究と新しい技術は、パフォーマンスと効率の向上に重点を置いています。導電性ポリマーやカーボン ナノチューブなどのナノマテリアルは、導電性と柔軟性を強化し、シールド材をより薄く、より軽くすることを可能にします。最適化された形状を備えた多層構造などの高度なシールド設計により、シールド効率が向上します。また、シールド材に無線通信機能を組み込むことで、シールド性能をリアルタイムに監視し、シールド性能を自動調整することが可能になります。これらの開発は、EMI/RFI 干渉に対する信頼性の高い保護を確保しながら、電子機器の複雑さと密度の増大に対処することを目的としています。

結論：

電子機器の最適なパフォーマンスと信頼性を確保するには、リジッド フレックス ボード設計における効果的な EMI/RFI シールドが重要です。関連する課題を理解し、適切なシールド技術、レイアウトの最適化、接地戦略を実装し、業界標準を順守することで、設計者は EMI/RFI の問題を軽減し、干渉のリスクを最小限に抑えることができます。 EMI/RFI シールドの将来の開発を定期的にテスト、検証、理解することは、今日のテクノロジー主導の世界の要求を満たす PCB 設計の成功に貢献します。
Shenzhen Capel Technology Co., Ltd.は、2009 年に独自のリジッド フレックス PCB 工場を設立し、プロのフレックス リジッド PCB メーカーです。 15年の豊富なプロジェクト経験、厳格なプロセスフロー、優れた技術力、高度な自動化機器、包括的な品質管理システムを備えたCapelは、世界中の顧客に高精度、高品質のリジッドフレックスリジッドPCB、リジッドPCBを提供する専門専門家チームを擁しています。フレックス PCB 製造、高速ターン リジッド フレックス PCB。当社の販売前および販売後の技術サービスとタイムリーな納品により、お客様はプロジェクトの市場機会を迅速に掴むことができます。