PCB Kepadatan Tinggi

Tantangan utama yang dihadapi PCB untuk lingkungan yang keras dapat diringkas sebagai berikut:
Kelembaban, debu dan kotoran:Untuk mengatasi faktor lingkungan ini, PCB sering kali perlu diperlakukan dengan proses khusus yang disebut pelapisan konformal. Dengan itu, PCB setelah proses perakitan ditutup dengan lapisan tipis bahan pelindung non-konduktif seperti silikon, akrilik, uretan, atau p-xilena. Lapisan ini memungkinkan untuk memperpanjang umur sirkuit elektronik dengan melindunginya dari kontaminan eksternal.

Suhu tinggi:Jika PCB harus beroperasi terus menerus pada suhu di atas standar, sebaiknya menggunakan lapisan dengan tembaga yang lebih tebal (heavy copper). Ketebalan tembaga yang lebih besar dari 3 ons per kaki persegi biasanya dikombinasikan dengan penerapan lapisan yang sesuai untuk memberikan papan perlindungan tingkat tinggi jika pengoperasian terus-menerus pada suhu tinggi. Penggunaan lapisan dengan suhu transisi kaca (Tg) yang lebih tinggi, seperti FR-4 TG140 atau TG170), memberikan perlindungan tambahan pada PCB dari suhu

Radiasi pengion:PCB untuk aplikasi luar angkasa dibombardir dengan berbagai jenis partikel, selain radiasi elektromagnetik yang dihasilkan oleh matahari dan benda langit lainnya. Radiasi ini dapat menyebabkan gangguan sementara (seperti bit flip atau penghapusan memori) atau kerusakan komponen permanen, guncangan dan getaran, terutama pada aplikasi otomotif dan luar angkasa.

Korosi:Ini adalah salah satu kendala utama pada bagian logam mana pun. Korosi terjadi ketika oksigen dan logam berikatan satu sama lain melalui proses yang disebut oksidasi. Hal ini menghasilkan karat dan menyebabkan logam kehilangan sifat kimianya, sehingga terurai seiring waktu. Karena PCB mengandung logam dalam jumlah tinggi, jika terkena oksigen maka PCB akan mengalami korosi.

Untuk mencegah kerusakan yang disebabkan oleh zat atmosferik, lapisan pelindung non-konduktif yang dikenal sebagai lapisan konformal diterapkan pada PCB setelah perakitan (Gambar 1). Hal ini biasanya diterapkan pada PCB untuk konsumen, peralatan, dan perangkat seluler, yang biasanya dioperasikan di lingkungan yang lembab, berdebu, atau faktor lingkungan keras lainnya. Lapisan pelindung yang diterapkan pada PCB memungkinkan kelembapan yang ada di lapisan PCB mengalir keluar, sekaligus mencegah agen eksternal mencapai papan dan komponennya, sehingga mengganggu pengoperasiannya. Selain meningkatkan keandalan, lapisan konformal memperpanjang umur sirkuit.

Jenis pelapis konformal yang paling umum adalah silikon, resin akrilik, poliuretan, dan p-xilena, masing-masing mampu memberikan tingkat perlindungan tertentu. Silikon, misalnya, dapat mencakup rentang suhu terluas dan oleh karena itu merupakan pilihan terbaik untuk aplikasi dengan suhu ekstrem. Di sisi lain, silikon memiliki daya rekat yang buruk pada beberapa jenis substrat dan ketahanan kimia yang lebih rendah dibandingkan resin akrilik. Yang terakhir, karena strukturnya yang kaku, tidak terlalu cocok jika ada guncangan dan getaran. Poliuretan menawarkan ketahanan tinggi terhadap kelembapan, abrasi dan getaran, tahan terhadap suhu rendah dengan baik tetapi tidak pada suhu tinggi. Oleh karena itu, bahan ini terutama digunakan dalam aplikasi dengan suhu mulai dari -40 derajat hingga +120 derajat . P-xylene adalah bahan konsisten yang menawarkan perlindungan tinggi namun mahal dan sensitif terhadap kontaminan sehingga harus diaplikasikan dalam ruang hampa.

Mengenai penerapan pelapisan konformal PCB, empat teknik dapat digunakan: pencelupan, pelapisan selektif otomatis, penyemprotan, dan penyikatan. Masing-masing alternatif ini memiliki tujuan yang sama: menutupi seluruh PCB termasuk tepi tajam dan seluruh tepi papan. Setelah aplikasi, lapisan konformal disembuhkan dengan pengeringan udara, pengeringan oven atau dengan sinar UV.

Meningkatnya kepadatan komponen pada PCB menyebabkan peningkatan suhu pengoperasian yang tidak dapat dihindari, suatu kondisi yang dalam jangka panjang dapat membahayakan integritas lasan atau lapisan itu sendiri karena pemuaian dan penyusutan material dengan sifat fisik yang berbeda. Oleh karena itu, PCB bersuhu tinggi harus menggunakan dielektrik dengan suhu transisi gelas (Tg) minimal 170 derajat. Aturan yang biasanya diterapkan adalah membiarkan suhu pengoperasian hingga sekitar 25 derajat lebih rendah dari nilai Tg bahan yang digunakan. Selain pemilihan material, suhu tinggi pada PCB dapat diatur dengan menghilangkan panas yang dihasilkan dan memindahkannya ke area lain pada PCB. Jika komponen panas dipasang di sisi atas PCB dan memiliki permukaan yang cukup besar, maka dapat dipasang heat sink di atasnya yang dapat menghilangkan panas terlebih dahulu secara konduksi (dari komponen ke heatsink) dan kemudian secara konveksi (dari permukaan heatsink ke udara sekitar yang lebih dingin).

Jika komponen panas dipasang di bagian bawah PCB dan heat sink tidak dapat dipasang, teknik yang biasanya digunakan oleh desainer adalah dengan memasukkan sejumlah besar jalur termal pada PCB untuk memindahkan panas dari komponen panas ke sebuah lapisan. tembaga di bagian atas PCB, yang kemudian dapat dipindahkan lebih lanjut ke unit pendingin yang sesuai. Biasanya, heat sink yang dipasang pada PCB berukuran besar, dengan permukaan bersirip atau bergelombang untuk meningkatkan area pembuangan. Kipas dapat ditambahkan untuk meningkatkan pendinginan konveksi paksa, dibandingkan dengan pendinginan konveksi alami.

Untuk misi luar angkasa jangka panjang, satu-satunya pilihan yang tersedia adalah menggunakan komponen "rad-hard". Komponen ini jauh lebih langka dan akibatnya lebih mahal dibandingkan komponen standar. Untuk misi luar angkasa jangka pendek (hingga satu tahun), penggunaan komponen komersial standar mungkin diperbolehkan, tergantung pada analisis dan verifikasi kemampuannya dalam menahan radiasi. Hal ini memungkinkan Anda mengurangi biaya desain peralatan ruang angkasa dan memperluas pilihan komponen yang tersedia untuk desain. Dengan menerapkan teknik desain perangkat keras yang berbeda, efek yang dihasilkan oleh radiasi dapat diatasi. Pada tingkat desain PCB, misalnya, penting untuk memastikan grounding yang memadai pada semua bagian logam.

Untuk memberikan perlindungan terhadap guncangan dan getaran, PCB dapat dipasang dalam wadah tempat resin dituangkan untuk merangkumnya sepenuhnya. Semakin tinggi lapisan resin, semakin baik tingkat perlindungannya. Kecuali jika semua komponen pada PCB memiliki ketinggian yang seragam, ketebalan lapisan resin akan bervariasi di seluruh papan, sehingga memberikan tingkat perlindungan yang sedikit berbeda untuk setiap komponen. Oleh karena itu, lapisan resin tertipis, dalam kasus terburuk, sesuai dengan tingkat perlindungan yang ditawarkan pada seluruh papan. Bahkan sebelum mempertimbangkan enkapsulasi resin, PCB harus dibersihkan secara menyeluruh. Kontaminasi permukaan dapat berdampak negatif pada tingkat perlindungan yang diberikan oleh enkapsulasi, khususnya dalam kasus resistensi bahan kimia (karena memberikan jalur yang lebih mudah bagi bahan kimia untuk masuk).