PCB med høy tetthet

Hovedutfordringene PCB står overfor for tøffe miljøer kan oppsummeres som følger:
Fuktighet, støv og skitt:For å motvirke disse miljøfaktorene er det ofte nødvendig å behandle PCB med en spesiell prosess kjent som konform belegg. Med den dekkes PCB etter monteringsprosessen med et tynt lag av ikke-ledende beskyttelsesmateriale som silisium, akryl, uretan eller p-xylen. Belegget gjør det mulig å forlenge levetiden til den elektroniske kretsen ved å beskytte den mot eksterne forurensninger.

Høye temperaturer:Hvis PCB-en må operere kontinuerlig ved temperaturer over standarden, er det bedre å bruke lag med et tykkere kobber (tungt kobber). Kobbertykkelser større enn 3 gram per kvadratfot kombineres vanligvis med påføring av det ettergivende belegget for å gi brettet et høyt beskyttelsesnivå i tilfelle uavbrutt drift ved høye temperaturer. Bruken av lag med høyere glassovergangstemperatur (Tg), slik som FR-4 TG140 eller TG170, gir PCB-en ekstra beskyttelse mot temperatur

Ioniserende stråling:PCB for romfartsapplikasjoner bombarderes med partikler av ulike typer, i tillegg til elektromagnetisk stråling generert av sola og andre himmellegemer. Denne strålingen kan forårsake midlertidige forstyrrelser (som f.eks. bitflip eller sletting av minne) eller permanente komponentskader støt og vibrasjoner, spesielt i bil- og romfartsapplikasjoner.

Korrosjon:Det er en av de viktigste fallgruvene for enhver metalldel. Korrosjon oppstår når oksygen og metall binder seg til hverandre via en prosess kjent som oksidasjon. Dette produserer rust og fører til at metallet mister sine kjemiske egenskaper, og brytes ned over tid. Siden PCB inneholder en høy mengde metall, er de utsatt for korrosjon hvis de utsettes for oksygen.

For å forhindre skade forårsaket av atmosfæriske stoffer, påføres et ikke-ledende beskyttende belegg kjent som konformt belegg på PCB etter montering (Figur 1). Dette brukes ofte på PCB for forbruker-, apparater og mobile enheter, der det er vanlig å operere i nærvær av fuktighet, støv eller andre harde miljøfaktorer. Det beskyttende laget påført PCB-en lar fuktigheten som er tilstede i PCB-lagene strømme utover, samtidig som det hindrer eksterne agenter i å nå kortet og dets komponenter, og kompromittere deres drift. I tillegg til å øke påliteligheten, forlenger det konforme belegget kretsens levetid.

De vanligste typene konformt belegg er silikon, akrylharpiks, polyuretan og p-xylen, hver i stand til å gi et visst nivå av beskyttelse. Silikon, for eksempel, kan dekke det bredeste spekteret av temperaturer og er derfor det beste valget for applikasjoner med ekstreme temperaturer. På den annen side har silikon dårlig klebeevne på enkelte typer underlag og lavere kjemikaliebestandighet enn akrylharpiks. Sistnevnte, på grunn av sin stive struktur, er ikke spesielt egnet i nærvær av støt og vibrasjoner. Polyuretaner gir høy motstand mot fuktighet, slitasje og vibrasjoner, tåler lave temperaturer godt, men ikke høye temperaturer. Det følger at de hovedsakelig brukes i applikasjoner med temperaturer fra -40 grader til +120 grader. P-xylen er et konsistent materiale som gir høy beskyttelse, men som er dyrt og som er følsomt for forurensninger, må påføres i et vakuum.

Når det gjelder påføring av det konforme PCB-belegget, kan fire teknikker brukes: dypping, automatisert selektiv belegging, sprøyting og børsting. Hvert av disse alternativene oppnår det samme målet: å dekke kretskortet fullstendig, inkludert de skarpe kantene og alle kantene på brettet. Etter påføring herdes det konforme belegget ved lufttørking, ovnstørking eller med UV-lys.

Den økende tettheten av komponentene på PCB fører til en uunngåelig økning i driftstemperaturer, en tilstand som i det lange løp kan kompromittere integriteten til sveisene eller av lagene selv på grunn av utvidelse og sammentrekning av materialer med forskjellige fysiske egenskaper. Et høytemperatur-PCB bør derfor bruke et dielektrikum med en glassovergangstemperatur (Tg) på minst 170 grader. En regel som normalt brukes er å tillate driftstemperaturer opptil ca. 25 grader lavere enn Tg-verdien til materialet som brukes. I tillegg til valg av materiale kan den høye temperaturen på PCB håndteres ved å fjerne varmen som produseres og overføre den til andre områder av PCB. Hvis den varme komponenten er montert på oversiden av kretskortet og har en tilstrekkelig stor overflate, kan det installeres en kjøleribbe som kan fjerne varmen først ved ledning (fra komponenten til kjøleribben) og deretter ved konveksjon (fra overflatene på kjøleribben til den omkringliggende, kaldere luften).

Hvis den varme komponenten er montert på undersiden av kretskortet og det ikke er mulig å montere en kjøleribbe, er teknikken som vanligvis brukes av designere å sette inn et stort antall termiske baner på kretskortet for å overføre varme fra den varme komponenten til et lag. av kobber på toppen av PCB, hvorfra det kan overføres videre til en passende kjøleribbe. Vanligvis er PCB-monterte kjøleribber store, med ribbede eller korrugerte overflater for å øke spredningsområdet. Vifter kan legges til for å forbedre tvungen konveksjonskjøling, sammenlignet med naturlig konveksjonskjøling.

For langsiktige romoppdrag er det eneste tilgjengelige alternativet å bruke "radharde" komponenter. Disse komponentene er mye sjeldnere og følgelig dyrere enn standardkomponenter. For kortsiktige romfart (inntil ett år) kan bruk av standard kommersielle komponenter tillates, med forbehold om analyse og verifisering av deres evne til å motstå stråling. Dette lar deg redusere designkostnadene til romutstyr og utvide utvalget av komponenter tilgjengelig for design. Ved å bruke forskjellige maskinvaredesignteknikker kan effektene som produseres av stråling motvirkes. På PCB-designnivå er det for eksempel viktig å sikre tilstrekkelig jording av alle metalldeler.

For å gi beskyttelse mot støt og vibrasjoner, kan PCB-en installeres i en beholder som harpiks helles i for å kapsle den fullstendig inn. Jo høyere harpikslag, jo bedre beskyttelsesgrad. Med mindre alle komponentene på PCB har en jevn høyde, vil tykkelsen på harpikslaget imidlertid variere over hele linja, noe som gir litt forskjellige beskyttelsesnivåer for hver komponent. Det tynneste harpikslaget tilsvarer derfor i verste fall beskyttelsesnivået som tilbys på hele brettet. Før man i det hele tatt vurderer harpiksinnkapsling, må PCB rengjøres grundig. Overflateforurensning kan ha en negativ innvirkning på beskyttelsesnivåene som tilbys av innkapsling, spesielt i tilfeller av kjemisk motstand (da det gir en lettere vei for kjemikalier å komme inn).