PCB با چگالی بالا

چالش های اصلی پیش روی PCB ها برای محیط های خشن را می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
رطوبت، گرد و غبار و کثیفی:برای مقابله با این عوامل محیطی، اغلب لازم است که PCB را با یک فرآیند خاص که به عنوان پوشش هم شکل شناخته می شود، درمان کرد. با آن، PCB پس از فرآیند مونتاژ با یک لایه نازک از مواد محافظ غیر رسانا مانند سیلیکون، اکریلیک، اورتان یا p-xylene پوشانده می شود. این پوشش اجازه می دهد تا با محافظت از مدار الکترونیکی در برابر آلاینده های خارجی، عمر آن را افزایش دهد.

دمای بالا:اگر PCB باید به طور مداوم در دمای بالاتر از استاندارد کار کند، بهتر است از لایه هایی با مس ضخیم تر (مس سنگین) استفاده کنید. ضخامت مس بیش از 3 اونس در فوت مربع معمولاً با استفاده از پوشش سازگار ترکیب می شود تا سطح بالایی از محافظت را در صورت عملکرد بدون وقفه در دماهای بالا به برد ارائه دهد. استفاده از لایه‌هایی با دمای انتقال شیشه‌ای بالاتر (Tg)، مانند FR{1}} TG140 یا TG170، حفاظت بیشتری از PCB در برابر دما فراهم می‌کند.

اشعه یونیزان:PCB ها برای کاربردهای هوافضا با ذرات مختلف، علاوه بر تابش الکترومغناطیسی تولید شده توسط خورشید و دیگر اجرام آسمانی، بمباران می شوند. این تشعشع می‌تواند باعث اختلالات موقتی (مانند تغییر بیت یا حذف حافظه) یا ضربه‌ها و ارتعاشات آسیب دائمی به اجزا، به ویژه در کاربردهای خودرو و هوافضا شود.

خوردگی:این یکی از مشکلات اصلی برای هر قطعه فلزی است. خوردگی زمانی اتفاق می افتد که اکسیژن و فلز از طریق فرآیندی به نام اکسیداسیون به یکدیگر پیوند می خورند. این امر باعث ایجاد زنگ زدگی می شود و باعث می شود فلز خواص شیمیایی خود را از دست بدهد و به مرور زمان تجزیه شود. از آنجایی که PCB ها حاوی مقدار زیادی فلز هستند، در صورت قرار گرفتن در معرض اکسیژن در معرض خوردگی قرار می گیرند.

برای جلوگیری از آسیب ناشی از عوامل جوی، پس از مونتاژ، یک پوشش محافظ غیر رسانا که به عنوان پوشش conformal شناخته می شود، روی PCB اعمال می شود (شکل 1). این معمولاً برای PCB ها برای مصرف کننده، لوازم خانگی و دستگاه های تلفن همراه اعمال می شود، جایی که معمولاً در حضور رطوبت، گرد و غبار یا سایر عوامل محیطی خشن کار می کنند. لایه محافظ اعمال شده بر روی PCB اجازه می دهد تا رطوبت موجود در لایه های PCB به سمت بیرون جریان یابد، در حالی که از رسیدن عوامل خارجی به برد و اجزای آن جلوگیری می کند و عملکرد آنها را به خطر می اندازد. پوشش منسجم علاوه بر افزایش قابلیت اطمینان، عمر مدار را افزایش می دهد.

متداول ترین انواع پوشش های منسجم عبارتند از سیلیکون، رزین اکریلیک، پلی اورتان و p-xylene که هر کدام قادر به ارائه سطح خاصی از محافظت هستند. به عنوان مثال، سیلیکون می‌تواند وسیع‌ترین طیف دما را پوشش دهد و بنابراین بهترین انتخاب برای کاربردهایی با دماهای شدید است. از سوی دیگر، سیلیکون قدرت چسبندگی ضعیفی بر روی برخی از انواع بستر و مقاومت شیمیایی کمتری نسبت به رزین اکریلیک دارد. دومی به دلیل ساختار سفت و سختی که دارد، در صورت وجود ضربه و ارتعاش مناسب نیست. پلی یورتان ها در برابر رطوبت، سایش و ارتعاشات مقاومت بالایی دارند، دمای پایین را به خوبی تحمل می کنند اما در دمای بالا مقاومت نمی کنند. نتیجه این است که آنها عمدتاً در برنامه هایی با دمای -40 درجه تا +120 درجه استفاده می شوند. P-xylene ماده ای سازگار است که محافظت بالایی دارد اما گران است و حساس بودن به آلاینده ها باید در خلاء اعمال شود.

با توجه به کاربرد روکش منسجم PCB، می توان از چهار تکنیک استفاده کرد: غوطه وری، پوشش انتخابی خودکار، اسپری و برس زدن. هر یک از این گزینه‌ها به یک هدف می‌رسند: پوشاندن کامل PCB از جمله لبه‌های تیز و تمام لبه‌های برد. پس از اعمال، پوشش منسجم با خشک کردن هوا، خشک کردن در کوره یا نور UV خشک می شود.

افزایش تراکم قطعات روی PCB منجر به افزایش اجتناب ناپذیر دمای عملیاتی می شود، شرایطی که در دراز مدت می تواند به دلیل انبساط و انقباض مواد با خواص فیزیکی متفاوت، یکپارچگی جوش ها یا خود لایه ها را به خطر بیندازد. بنابراین یک PCB دمای بالا باید از دی الکتریک با دمای انتقال شیشه ای (Tg) حداقل 170 درجه استفاده کند. قاعده ای که معمولاً اعمال می شود این است که اجازه می دهد دمای کار تا حدود 25 درجه کمتر از مقدار Tg ماده مورد استفاده باشد. علاوه بر انتخاب مواد، دمای بالای PCB را می توان با حذف گرمای تولید شده و انتقال آن به مناطق دیگر PCB مدیریت کرد. اگر قطعه داغ در قسمت بالایی PCB نصب شده باشد و سطح به اندازه کافی بزرگ داشته باشد، می توان یک هیت سینک بر روی آن نصب کرد که می تواند گرما را ابتدا با رسانایی (از قطعه به هیت سینک) و سپس با همرفت (از هیت سینک) حذف کند. سطوح هیت سینک به اطراف و هوای سردتر).

اگر قطعه داغ در قسمت زیرین PCB نصب شده باشد و امکان نصب هیت سینک وجود نداشته باشد، روشی که معمولاً توسط طراحان استفاده می شود این است که تعداد زیادی از مسیرهای حرارتی را روی PCB قرار می دهند تا گرما را از قطعه داغ به آن منتقل کنند. یک لایه مس در بالای PCB، از جایی که می توان آن را بیشتر به یک هیت سینک مناسب منتقل کرد. به طور معمول، هیت سینک های PCB نصب شده بزرگ هستند، با سطوح پره ای یا موجدار برای افزایش سطح اتلاف. فن ها را می توان برای بهبود خنک کننده همرفت اجباری در مقایسه با خنک کننده همرفت طبیعی اضافه کرد.

برای ماموریت‌های فضایی طولانی‌مدت، تنها گزینه موجود استفاده از اجزای «راد سخت» است. این قطعات بسیار نادرتر و در نتیجه گرانتر از قطعات استاندارد هستند. برای مأموریت‌های فضایی کوتاه‌مدت (حداکثر یک سال)، ممکن است استفاده از اجزای تجاری استاندارد، مشروط به تجزیه و تحلیل و تأیید توانایی آنها در مقاومت در برابر تشعشعات مجاز باشد. این به شما امکان می دهد هزینه های طراحی تجهیزات فضایی را کاهش دهید و انتخاب اجزای موجود برای طراحی را گسترش دهید. با بکارگیری تکنیک های مختلف طراحی سخت افزاری، می توان با اثرات تولید شده توسط تشعشعات مقابله کرد. برای مثال، در سطح طراحی PCB، اطمینان از اتصال زمین کافی تمام قطعات فلزی مهم است.

برای محافظت در برابر ضربه و لرزش، PCB را می توان در ظرفی که رزین در آن ریخته می شود تا کاملاً محصور شود نصب کرد. هر چه لایه رزین بالاتر باشد، درجه حفاظت بهتر است. مگر اینکه تمام اجزای PCB دارای ارتفاع یکنواخت باشند، ضخامت لایه رزین در سراسر برد متفاوت خواهد بود و سطوح حفاظتی کمی متفاوت برای هر جزء فراهم می کند. بنابراین نازک ترین لایه رزین در بدترین حالت با سطح حفاظت ارائه شده در کل تخته مطابقت دارد. حتی قبل از در نظر گرفتن کپسولاسیون رزین، PCB باید کاملاً تمیز شود. آلودگی سطحی می تواند بر سطوح حفاظتی ارائه شده توسط کپسولاسیون تأثیر منفی بگذارد، به ویژه در موارد مقاومت شیمیایی (زیرا مسیر آسان تری برای ورود مواد شیمیایی فراهم می کند).