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英伟达带火，关于“电磁屏蔽”你要知道的

面包板社区 · 公众号 · · 2024-05-24 20:00

正文

5月23日，电磁屏蔽概念大爆发。众多概念股涨超10%，其背后的上涨原因还是英伟达。

5月22日，英伟达CEO黄仁勋在业绩交流会上表示，Blackwell架构芯片将于今年二季度发货、三季度增产，有望在四季度安装进客户的数据中心，预计今年Blackwell架构芯片将带来大量收入。今年3月，Blackwell架构及GB200在英伟达GTC大会首次现身，二级市场迅速爆发“铜缆高速连接热”。相较于光通信，铜缆高速连接具有成本低、功耗低、易于布线和维护等优势，但也存在一个薄弱点——铜缆很容易受到电磁干扰影响。

中邮证券表示，英伟达GB200需求超预期，核心增量铜高速互联AI PC面临电磁干扰破题。因此，铜互联导入AI服务器的浪潮之下，电磁屏蔽材料是核心预期差。过往市场对电磁屏蔽材料的讨论多集中于AI PC对需求的拉动，AI服务器对电磁屏蔽材料的拉动将带来巨大增量，是GB200赛道与铜互联相伴而生的核心预期差。

民生证券表示，在AI服务器的激烈竞争中，如果不能有效抵抗电磁干扰，将导致产品使用寿命缩短、额外成本增加，甚至影响研发进度和企业竞争力。因此，电磁屏蔽材料在铜互联AI服务器中的应用变得至关重要。

电磁屏蔽是电子设备应对系统噪声的一大对策

用金属覆盖，并让辐射噪声通过稳定电位面（框架、底板等）。或者通过电波吸收体或电磁屏蔽材料吸收并转化为热能。对策元件：金属板、铁氧体板、电波吸收体、Flexield等。图片源自：TDK。

电磁屏蔽产业链分布

上游基础原料：包括各种用于制造电磁屏蔽材料的基础材料。

电磁屏蔽材料：即直接用于实现电磁屏蔽功能的产品，如金属合金型电磁屏蔽膜等。

电磁屏蔽器件：即将电磁屏蔽材料进一步加工，形成可用于电子产品中的具体部件。

下游终端：包括智能手机、平板电脑等等，这类产品的制造商需要电磁屏蔽来阻断电磁干扰。

此外，电信、汽车、航空航天和医疗保健等行业不断将更多电子元件集成到产品中，或也将催生电磁屏蔽膜需求将大幅增长。

据QYResearch调研团队最新发布的《全球EMI电磁屏蔽膜市场报告2023-2029》，预计2029年全球EMI电磁屏蔽膜市场规模将达到2.3亿美元，未来几年年复合增长率CAGR为5.3%。

常见的EMI电磁屏蔽材料及原理

电磁屏蔽即利用屏蔽材料阻隔或衰减被屏蔽区域与外界的电磁能量传播。电磁屏蔽的作用原理是利用屏蔽体对电磁能流的反射、吸收和引导作用，其与屏蔽结构表面和屏蔽体内部感生的电荷、电流与极化现象密切相关。屏蔽按其原理分为电场屏蔽(静电屏蔽和交变电场屏蔽)、磁场屏蔽(低频磁场和高频磁场屏蔽)和电磁场屏蔽(电磁波的屏蔽)。通常所说的电磁屏蔽是指后一种，即对电场和磁场同时加以屏蔽。

按照屏蔽作用原理，屏蔽体对屏蔽效能的贡献分为三部分：

(1)屏蔽体表面因阻抗失配引起的反射损耗；

(2)电磁波在屏蔽材料内部传输时，电磁能量被吸收引起传输损耗或吸收损耗；

(3)电磁波在屏蔽材料内壁面之间多次反射引起的多次反射损耗。由此可以得到影响材料屏蔽效能的三个基本因素，即材料的电导率、磁导率及材料厚度。这也是屏蔽材料研究本身所必须关注的问题和突破口。当然，对于电磁屏蔽体结构，其屏蔽效能还与结构、形状、气密性等有关，对于具体问题，还需要考虑被屏蔽的电磁波频率、场源性质等。

常见的EMI电磁屏蔽材料

一、导电弹性体衬料（导电橡胶)

每种导电橡胶都是由硅酮、硅酮氟化物、EPDM或者碳氟化物－硅氟化物等粘合剂及纯银、镀银铜、镀银铝、镀银镍、镀银玻璃、镀银铅或炭颗粒等导电填料组成。

由于这些材料含有银，包装和存储条件应与其他含银元件相似，它们应当存储在塑料板中，例如聚酯或者聚乙烯，远离含硫材料。标准形状有：实体O形条、空心O形条、实体D形条、空心D形条、U行条、矩形条、中空矩形条、中空P形条、通道条以及模制导电橡胶成形件、模制的D-形圈/O-形圈、各种法兰、I/O衬垫。

特点：在20M－20GHz的范围内可达90 dB－120dB,纯银颗粒的甚至可达到120dB以上。能起到屏蔽和环境密封的作用，安装方便，适用于通讯、医疗、军品、航空等场合。

二、EMI导电泡棉衬料

导电泡棉是把导电编制套缠绕在采用聚氨基甲酸乙脂或EPDM构成的泡绵芯上，导电编制套通常是由镀银镍尼龙、铝泊或者Monel丝（镍铜合金）Ferrex（镀锡包铜钢丝）组成，有良好的导电性。符合阻燃等级（UL94-V0），具有好的弹性和柔韧性等机械性能。导电泡棉衬垫具有良好的屏蔽性能，遇到电波时，则会根据其物体的性质而进行反射、吸收、提供极佳的屏蔽效果。并且具有极高的性价比，是目前最新的、也是应用最广的屏蔽材料。

技术指标：

平均屏蔽性能 90dB 表面电阻 0.07?/m2以上使用温度－40～70°C 永久压缩形变 3％～10％，比较好的可以做到0％变形，一万次耐磨试验防火 UL认证特点：低压力、非常好的屏蔽效果，屏蔽性能超过90dB，有弹性，重量轻，低表面接触电阻，截面选择众多，UL级防火，可以采用导电PSA固定。

三、金属EMI衬料，夹卡衬料和钩爪料铍铜簧片

这些品种包括编制丝网、弹性体芯上缠绕丝网、在弹性体中的定向金属丝和金属丝屏，它们通常在20MHz－1GHz的范围内提供60dB－100dB的衰减。可以通过导电粘合剂或者机械固定在箱体的槽中。

还可以由Monel或铝丝定向嵌在硅酮中，不但可以提供EMI屏蔽，还可以用做雨水、漏水、灰尘和通气密封，温度范围－55°C－＋260°C 。夹式EMI衬料则是由填充炭的硅酮条或者由硅酮带上的Monel丝、氯丁橡胶上的Ferrex丝提供EMI屏蔽，将衬料固定在防腐的不锈钢弹簧夹上，安装起来方便。不需要孔或紧固件。

铍铜簧片是用特殊合金铍铜制成的指形簧片，使高等级EMI屏蔽效果和弹性钩爪擦与小封闭力特性相结合。铍铜的高性能参数：拉伸强度高、防腐性能好和导电性能佳，使得它成为一种用在宽频段的理想EMI屏蔽材料，可用在存在EMI/RFI或者ESD问题的范围很广的电子设备中。有亮铜、亮镍、亮锡不同成品，安装在不同的金属表面，减少不同金属间的电化噪声和电腐蚀。Spira金属螺旋管，可以选用槽式安装，金属管内也可以填有橡胶或硅酮芯体。

四、导电复合剂

包括导电粘合剂和导电涂料。导电粘合剂一般是将银微粒或银镀铜微粒等金属填料通过特殊工艺掺杂在环氧树脂或硅酮、柔性聚异乙烯中。具有剪切强度高、热膨胀系数小、离子纯净、导热和导电性能好这些独特的综合性能，典型应用包括把EMI屏蔽通道、窗口或透光导电丝网膜粘合在屏蔽的永久性接缝上。

导电涂料一般喷涂在ABS、Noryl、PVC等各种塑料机壳上，可以提供EMI屏蔽、防静电保护、电晕屏蔽和表面接地，填料分为银、包银铜、铜、镍等，粘合剂通常为环氧树脂、聚氨脂等，导电率可以达到0.015 ohm/sq，可以为机壳在30MHz－1GHz范围内提供60－80dB的屏蔽。

五、吸波材料

吸波材料一般是将合金粉通过各种工艺与高分子树脂混合，压延成柔性的片状材料，通过磁滞损耗，介电损耗，电阻损耗等机理转变为热能，势能等其他形式的能量，达到屏蔽吸收电磁波的效果。

另外，其他常用的电磁屏蔽材料还有金属导电屏蔽胶带、屏蔽通风口板、VIP屏蔽空气过滤器、EMI屏蔽玻璃视窗、用于LED视频窗口的屏蔽透光丝网膜、专业的扁平电缆EMI屏蔽套、用于普通线缆的屏蔽编制丝网带等。

实例：屏蔽方法

以射频电路为例。

射频信号可以在空气介质中辐射。空间距离越大，工作频率越低，输入输出端的寄生耦合就越小，隔离度则越大。PCB 典型的空间隔离度约为 50dB。

敏感电路和强烈辐射源电路要加屏蔽，但如果设计加工有难度时（如空间或成本限制等），可不加，但要做试验最终决定。这些电路有：

a) 接收电路前端是敏感电路，信号很小，要采用屏蔽。

b) 对射频单元和中频单元须加屏蔽。接收通道中频信号会对射频信号产生较大干扰，反之，发射通道的射频信号对中频信号也会造成辐射干扰。

c) 振荡电路：强烈辐射源，对本振源要单独屏蔽，由于本振电平较高，对其他单元形成较大的辐射干扰。

d) 功放及天馈电路：强烈辐射源，信号很强，要屏蔽。

e) 数字信号处理电路：强烈辐射源，高速数字信号的陡峭的上下沿会对模拟的射频信号产生干扰。

f) 级联放大电路：总增益可能会超过输出到输入端的空间隔离度，这样就满足了振荡条件之一，电路可能自激。如果腔体内的电路同频增益超过 30－50dB，必须在 PCB 板上焊接或安装金属屏蔽板，增加隔离度。实际设计时要综合考虑频率、功率、增益情况决定是否加屏蔽板。

g) 级联的滤波、开关、衰减电路：在同一个屏蔽腔内，级联滤波电路的带外衰减、级联开关电路的隔离度、级联衰减电路的衰减量必须小于 30－50dB。如果超过这个值，必须在 PCB 板上焊接或安装金属屏蔽板，增加隔离度。实际设计时要综合考虑频率、功率、增益情况决定是否加屏蔽板。

h) 收发单元混排时应屏蔽。

i) 数模混排时，对时钟线要包地铜皮隔离或屏蔽。

屏蔽方法

常用的屏蔽材料均为高导电性能材料，如铜板、铜箔、铝板、铝箔。钢板或金属镀层、导电涂层等。

静电屏蔽主要用于防止静电场和恒定磁场的影响。应注意两个基本要点，即完善的屏蔽体和良好的接地性。

电磁屏蔽主要用于防止交变磁场或交变电磁场的影响，要求屏蔽体具有良好的导电连续性，屏蔽体必须与电路接在共同的地参考平面上，要求 PCB 中屏蔽地与被屏蔽电路地要尽量的接近。

对某些敏感电路，有强烈辐射源的电路可以设计一个在 PCB 上焊接的屏蔽腔，PCB 在设计时要加上“过孔屏蔽墙”，就是在 PCB 上与屏蔽腔壁紧贴的部位加上接地的过孔。要求如下：

a) 有两排以上的过孔；

b) 两排过孔相互错开；

c) 同一排的过孔间距要小于λ/20；

d) 接地的 PCB 铜箔与屏蔽腔壁压接的部位禁止有阻焊。

射频信号线在顶层穿过屏蔽壁时，要在屏蔽腔相应位置开一个槽门，门高大于 0.5mm, 门宽要保证安装屏蔽壁后信号线与屏蔽体间的距离大于 1mm。

屏蔽罩设计

金属屏蔽腔的基本结构

此类屏蔽罩被广泛使用，如图。材料一般为薄的铝合金，制造工艺一般采用冲压折弯或压力铸造工艺，这种屏蔽罩有较多的螺钉孔，便于螺钉固定。部分需铝合金盖子和吸波材料增强屏蔽性能。射频 PCB 需装在屏蔽腔内，要选择合适的屏蔽腔尺寸，使其最低谐振频率远高于工作频率，最好 10 倍以上，详见附录 G“金属屏蔽腔的尺寸设计”。

屏蔽腔的高度一般为第一层介质厚度 15－20 倍或以上，在屏蔽腔面积一定时，要提高屏蔽腔的最低谐振频率，需增加长宽比，避免正方形的腔体，如图。

金属屏蔽腔对 PCB 布局的工艺要求

屏蔽罩与 PCB 板接触的罩体设计时应考虑 PCB bottom 面的器件高度，特别是插件器件引脚伸出的高度。

需考虑螺丝禁布区的大小，防止组装时损坏表层线路或器件。射频功放板由于结构尺寸的限制，其单板尺寸相对较小，故一般要求螺钉安装空间（禁布区）至少在安装孔焊盘外侧。螺钉安装空间见表

金属屏蔽罩自身成本和装配成本很贵，并且外形不规则的金属屏蔽罩在制造时很难保证高精度和高平整性，又使元器件布局受到一些限制；金属屏蔽罩不利于元器件更换和故障定位。

尽可能保证屏蔽罩的完整非常重要，进入金属屏蔽罩的数字信号线应该尽可能走内层，RF信号线可以从金属屏蔽罩底部的小缺口和地缺口处的布线层上走出去，不过缺口处周围要尽可能地多布一些地，不同层上的地可通过多个过孔连在一起。

为保证装配和返修，金属屏蔽罩周围５ｍｍ范围内不能有超过其高度的器件，Chip 小器件到屏蔽罩的距离应该２ｍｍ以上，其它器件距离要求３ｍｍ以上，并且放置朝向最好符合方便维修方向。

金属屏蔽罩内部不能有超过其高度的器件，并且器件顶部到屏蔽罩面的距离要符合安全规范要求。

需考虑 SMA 微带插座与 PCB 板接触时的高度匹配，否则焊接可靠性存在影响。如图29所示，设计时须考虑PCB板厚的公差（±10%），金属屏蔽腔的加工误差(±0.05mm)。建议 SMA 微带插座与 PCB 板的高度间隙不超过 0.5mm，插座与焊盘不允许有明显偏差。

由于功放板设计的特殊情况，容许 2 块单板之间信号穿过屏蔽罩，并用飞线连接，如图

综合：上观新闻、vsi-tech.com、TDK官网、《射频电路板的设计布线》

END

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