摘要：金属基PCB（如铝基板、铜基板）凭借其独特的结构，在电磁屏蔽（EMI Shielding）方面展现出与传统FR4截然不同的特性。其核心优势在于金属层的低阻抗接地路径和高热导率的双重作用，但实际屏蔽效果受材料选择、叠层设计和工艺处理的影响显著。以下是关键分析：

金属基PCB（如铝基板、铜基板）凭借其独特的结构，在电磁屏蔽（EMI Shielding）方面展现出与传统FR4截然不同的特性。其核心优势在于金属层的低阻抗接地路径和高热导率的双重作用，但实际屏蔽效果受材料选择、叠层设计和工艺处理的影响显著。以下是关键分析：

1. 金属基板的屏蔽机制

(1) 反射损耗主导

金属基板（如铝基、铜基）的高电导率（铝：3.5×10⁷ S/m；铜：5.8×10⁷ S/m）使其对高频电磁波（＞100MHz）的反射效率超过90%，远优于非金属基材。

典型表现：

在Wi-Fi/蓝牙频段（2.4GHz/5GHz），铝基板可降低辐射噪声15~20dB；

铜基板因更高的电导率，屏蔽效果再提升3~5dB。

(2) 吸收损耗辅助

金属基板的热导层（通常1~3mm厚）对低频磁场（＜30MHz）有一定涡流吸收作用，但效果有限，需配合磁性材料（如铁氧体贴片）增强。

对比实验：
在开关电源模块中，铝基板比FR4降低传导EMI 6~8dB（实测CISPR 25标准）。

2. 影响屏蔽效能的关键因素

(1) 金属层厚度

铝基板：屏蔽效能（SE）与厚度近似线性关系（1mm铝层SE≈35dB@1GHz）；

铜基板：0.5mm厚度即可达到同等效果，但成本翻倍。

设计取舍：
消费电子常用1mm铝基板（成本与性能平衡），军工级产品可能选用2mm铜基板。

(2) 介电层（绝缘层）特性

导热胶厚度：过厚（＞100μm）会降低高频屏蔽（电容耦合效应减弱）；

介电常数（Dk）：高Dk材料（如陶瓷填充环氧树脂）可提升边缘场约束，减少泄漏。

典型问题：
劣质绝缘层导致金属基板与信号层间容性耦合不足，屏蔽效能下降30%。

(3) 接地设计

多点接地：金属基板必须通过低阻抗路径（如阵列化接地孔）连接系统GND；

缝隙控制：金属层拼接或开槽处的缝隙长度应＜λ/20（例如2.4GHz对应≤6mm）。

失效案例：
未接地的金属基板反而成为辐射天线，EMI测试超标10dB。

3. 金属基板 vs 其他屏蔽方案

方案优势劣势金属基PCB集成散热与屏蔽，成本适中低频屏蔽弱，重量较大屏蔽罩（Can）高频屏蔽＞50dB，灵活可拆卸占用空间，增加组装成本导电涂层轻量化，适合复杂结构长期可靠性差（易剥落）

应用场景选择：

LED驱动电源 → 铝基板（兼顾散热与EMI）；

5G毫米波模块 → 铜基板+局部屏蔽罩；

柔性穿戴设备 → 聚酰亚胺基板+银浆涂层。

4. 设计优化建议

混合叠层设计：

高频电路采用“信号-地-金属基”结构（如ROGERS层压铝基板）；

低频模拟电路保留传统FR4区域，避免地环路干扰。

边缘处理：

金属基板四周做导电氧化或镀镍处理，提升接缝屏蔽；

开槽处填充导电胶（如银环氧树脂）。

仿真验证：

使用CST或HFSS模拟金属基板的SE（Shielding Effectiveness）；

重点检查谐振点（如金属腔体效应导致的特定频点恶化）。

5. 实测数据参考

某车载雷达模块测试结果（依据IEC 61000-4-3）：

铝基板（1.5mm）：

1GHz SE=42dB | 5GHz SE=38dB

铜基板（1mm）：

1GHz SE=48dB | 5GHz SE=45dB

来源：小安科技观