PCB med hög densitet

De största utmaningarna som PCB står inför för tuffa miljöer kan sammanfattas enligt följande:
Fukt, damm och smuts:För att motverka dessa miljöfaktorer är det ofta nödvändigt att behandla PCB med en speciell process som kallas konform beläggning. Med den täcks PCB efter monteringsprocessen med ett tunt lager av icke-ledande skyddsmaterial som kisel, akryl, uretan eller p-xylen. Beläggningen gör det möjligt att förlänga livslängden på den elektroniska kretsen genom att skydda den från externa föroreningar.

Höga temperaturer:Om PCB måste arbeta kontinuerligt vid temperaturer över standarden, är det bättre att använda lager med en tjockare koppar (tung koppar). Koppartjocklekar som är större än 3 ounces per kvadratfot kombineras vanligtvis med appliceringen av den följsamma beläggningen för att ge skivan en hög skyddsnivå i händelse av oavbruten drift vid höga temperaturer. Användningen av skikt med högre glastemperatur (Tg), såsom FR-4 TG140 eller TG170, ger PCB ytterligare skydd mot temperatur

Joniserande strålning:PCB för flygtillämpningar bombarderas med partiklar av olika slag, förutom elektromagnetisk strålning som genereras av solen och andra himlakroppar. Denna strålning kan orsaka tillfälliga störningar (som bitflip eller radering av minne) eller permanenta komponentskador, stötar och vibrationer, särskilt i fordons- och rymdtillämpningar.

Korrosion:Det är en av de största fallgroparna för alla metalldelar. Korrosion uppstår när syre och metall binder till varandra via en process som kallas oxidation. Detta ger rost och gör att metallen förlorar sina kemiska egenskaper och sönderfaller med tiden. Eftersom PCB innehåller en stor mängd metall, utsätts de för korrosion om de utsätts för syre.

För att förhindra skador orsakade av atmosfäriska ämnen appliceras en icke-ledande skyddande beläggning som kallas konform beläggning på PCB:n efter montering (Figur 1). Detta tillämpas vanligtvis på PCB för konsumenter, apparater och mobila enheter, där det är vanligt att arbeta i närvaro av fukt, damm eller andra hårda miljöfaktorer. Det skyddande skiktet som appliceras på kretskortet gör att fukten som finns i kretskortets skikt kan strömma utåt, samtidigt som externa medel förhindras från att nå kortet och dess komponenter, vilket äventyrar deras funktion. Förutom att öka tillförlitligheten förlänger den konforma beläggningen kretsens livslängd.

De vanligaste typerna av konform beläggning är silikon, akrylharts, polyuretan och p-xylen, som var och en kan ge en viss skyddsnivå. Silikon kan till exempel täcka det bredaste temperaturintervallet och är därför det bästa valet för applikationer med extrema temperaturer. Å andra sidan har silikon dålig vidhäftningsförmåga på vissa typer av underlag och lägre kemisk beständighet än akrylharts. Den senare är, på grund av sin stela struktur, inte särskilt lämplig i närvaro av stötar och vibrationer. Polyuretaner ger hög motståndskraft mot fukt, nötning och vibrationer, tål låga temperaturer bra men inte höga temperaturer. Det följer att de huvudsakligen används i applikationer med temperaturer från -40 grad till +120 grad. P-xylen är ett konsekvent material som ger högt skydd men är dyrt och som är känsligt för föroreningar måste appliceras i vakuum.

När det gäller appliceringen av den konforma PCB-beläggningen kan fyra tekniker användas: doppning, automatisk selektiv beläggning, sprutning och borstning. Vart och ett av dessa alternativ uppnår samma mål: att helt täcka kretskortet inklusive de vassa kanterna och alla kanter på kortet. Efter applicering härdas den konforma beläggningen genom lufttorkning, ugnstorkning eller med UV-ljus.

Den ökande tätheten av komponenterna på PCB leder till en oundviklig ökning av driftstemperaturerna, ett tillstånd som på lång sikt kan äventyra integriteten hos svetsarna eller själva skikten på grund av utvidgning och sammandragning av material med olika fysikaliska egenskaper. Ett högtemperatur-PCB bör därför använda ett dielektrikum med en glasövergångstemperatur (Tg) på minst 170 grader. En regel som normalt tillämpas är att tillåta driftstemperaturer upp till cirka 25 grader lägre än Tg-värdet för det använda materialet. Förutom valet av material kan den höga temperaturen på PCB:n hanteras genom att ta bort den producerade värmen och överföra den till andra delar av PCB:n. Om den varma komponenten är monterad på ovansidan av kretskortet och har en tillräckligt stor yta kan en kylfläns installeras på den som kan ta bort värmen först genom ledning (från komponenten till kylflänsen) och sedan genom konvektion (från kylflänsens ytor till den omgivande, kallare luften).

Om den heta komponenten är monterad på undersidan av kretskortet och det inte är möjligt att montera en kylfläns, är den teknik som vanligtvis används av konstruktörer att infoga ett stort antal termiska banor på kretskortet för att överföra värme från den varma komponenten till ett lager. av koppar på toppen av kretskortet, varifrån det kan överföras vidare till en lämplig kylfläns. Typiskt är PCB-monterade kylflänsar stora, med flänsförsedda eller korrugerade ytor för att öka spridningsytan. Fläktar kan läggas till för att förbättra forcerad konvektionskylning, jämfört med naturlig konvektionskylning.

För långvariga rymduppdrag är det enda tillgängliga alternativet att använda "radhårda" komponenter. Dessa komponenter är mycket sällsynta och följaktligen dyrare än standardkomponenter. För kortvariga rymduppdrag (upp till ett år) kan användning av kommersiella standardkomponenter tillåtas, med förbehåll för analys och verifiering av deras förmåga att motstå strålning. Detta gör att du kan minska designkostnaderna för rymdutrustning och utöka urvalet av komponenter som är tillgängliga för design. Genom att tillämpa olika hårdvarudesigntekniker kan effekterna av strålning motverkas. På mönsterkortsdesignnivå är det till exempel viktigt att säkerställa tillräcklig jordning av alla metalldelar.

För att ge skydd mot stötar och vibrationer kan kretskortet installeras i en behållare i vilken harts hälls för att helt kapsla in det. Ju högre hartslagret är, desto bättre skyddsgrad. Om inte alla komponenter på kretskortet har en enhetlig höjd, kommer dock tjockleken på hartsskiktet att variera över hela linjen, vilket ger något olika skyddsnivåer för varje komponent. Det tunnaste hartslagret motsvarar därför i värsta fall den skyddsnivå som erbjuds på hela skivan. Innan man ens överväger hartsinkapsling måste PCB:n rengöras noggrant. Ytkontamination kan negativt påverka skyddsnivåerna som inkapsling erbjuder, särskilt i fall av kemikalieresistens (eftersom det ger en enklare väg för kemikalier att komma in).