Dalam beberapa tahun terakhir, kami telah melihat perkembangan aplikasi elektronik baru yang membutuhkan paket yang lebih kecil, faktor bentuk baru, konsumsi daya yang lebih rendah, dan peningkatan fungsionalitas termasuk pemrosesan sinyal yang disematkan, sensor, antarmuka pencitraan, dan komponen manajemen daya – semuanya terintegrasi dalam dimensi yang sempit dan terkadang bahkan substrat fleksibel. Tren ini menimbulkan banyak tantangan bagi teknologi PCB konvensional. Di mana sebelumnya permukaan datar, PCB kaku adalah andalan, munculnya jam tangan pintar, perangkat IoT dan sistem kompak lainnya telah mendorong pengembangan PCB miniatur baru yang dirancang agar sesuai dengan kontur ukuran paket yang terus menyusut. Generasi baru PCB ini hampir tidak menyerupai generasi sebelumnya, dan para desainer telah berjuang untuk beradaptasi.
Tren ini telah memengaruhi desainer untuk menekankan teknologi produksi ke jalur konduksi yang lebih tipis, jalur transmisi sinyal berkecepatan tinggi, kontrol impedansi yang sulit dan praktik penempatan via, serta substrat yang dimodifikasi dan peningkatan ketergantungan pada perangkat tertanam. Hal ini menimbulkan banyak kendala yang terkait dengan desain PCB, dengan implikasi signifikan terhadap keandalan sistem, fungsionalitas, manajemen daya, dan keberhasilan keseluruhan proyek desain.
Segudang tantangan desain
Masa pakai baterai tentu saja merupakan pertimbangan penting untuk perangkat elektronik ringkas generasi baru, dan ini memengaruhi desain PCB dalam banyak cara. Desainer harus memperhatikan kehilangan sinyal dan masalah propagasi yang akan menghasilkan masa pakai baterai yang lebih pendek, dan memusatkan perhatian yang meningkat pada integritas sinyal, manajemen daya, dan masalah EMI. Masalah integritas sinyal dapat sangat menonjol untuk PCB fleksibel, di mana kontrol impedansi mungkin tegang dalam kasus di mana sinyal kecepatan tinggi miring karena pelenturan PCB.
Perangkat pasif tambahan seperti resistor, kapasitor, dan induktor akan diperlukan untuk mengatasi tantangan sinyal dan interferensi yang disebutkan di atas, dan kurangnya ruang paket yang tersedia biasanya mengharuskan perangkat ini disematkan di PCB. Namun, menyematkan perangkat pasif di PCB bukanlah kemampuan yang matang dan dikembangkan, dan dapat menyebabkan masalah fungsionalitas – mungkin perangkat tidak dapat menahan daya, atau keandalan tidak seperti yang diharapkan – dan banyak pembatasan diterapkan pada alur desain.
Meningkatkan fungsionalitas perangkat elektronik kompak sering kali memerlukan penggunaan komunikasi RF jarak dekat – fungsi lain yang perlu disematkan dalam desain PCB. Dalam elektronik konvensional, komponen RF ditempatkan di bahan yang kokoh, kaku, dan berbiaya lebih tinggi, dengan ruang yang cukup untuk ditempatkan. Perangkat kompak memerlukan penggunaan bahan yang lebih tipis dan lebih fleksibel, namun, menekan desainer untuk menyimpang di luar prinsip desain PCB arus utama. Jejak tembaga perlu dibentuk dengan presisi yang jauh lebih tinggi, dan jarak antar garis jauh lebih sempit. Penempatan vias antara lapisan PCB juga terpengaruh, mempengaruhi ukuran dan posisi interkoneksi ini, dan bahan alternatif mungkin perlu diganti untuk memperkuat vias ini dalam kasus di mana lapisan PCB di sekitarnya tidak menggunakan komposisi serat kaca konvensional. PCB kaku.
Inovasi dalam pembuatan PCB mini
Untuk memenuhi tantangan utama yang melekat pada generasi baru perangkat elektronik kompak, sistem laser direct imaging (DI) semakin banyak digunakan oleh produsen PCB untuk membentuk konduktor yang sangat tipis dengan ukuran fitur 10 mikron. Solusi DI yang ideal harus memberikan keseimbangan antara akurasi registrasi yang tinggi dan kualitas yang optimal bahkan pada kecepatan produksi yang tinggi. Kedalaman fokus tinggi yang sesuai harus memastikan hasil yang menguntungkan pada perubahan topografi PCB, dengan keseragaman garis presisi. Sistem ini memberikan alternatif murah untuk litografi front-end, dan dengan inovasi berkelanjutan dalam teknologi penentuan posisi topeng solder, industri elektronik tertanam akan segera siap untuk mencapai garis sub-10 mikron.
Gambar. Pencitraan Langsung sekarang memungkinkan mSAP dan HDI PCB canggih dengan ukuran fitur 10µm. (Sumber:Orbotech)
Secara paralel, sistem pengeboran laser UV canggih dapat digunakan untuk mengebor vias kecil melalui berbagai bahan dengan berbagai ketipisan dan kekuatan, termasuk ABF, polimida, keramik, resin, senyawa cetakan, logam dan penahan solder, tanpa residu atau kerusakan pada bagian bawah via dan tanpa undercut, dengan akurasi registrasi hingga 6 mikron.
Dirancang untuk merampingkan proses manufaktur untuk perangkat elektronik saat ini karena menjadi lebih tipis, lebih kecil, fleksibel, dan dengan fungsionalitas yang lebih tinggi, sistem ini memungkinkan produsen PCB mini untuk meningkatkan presisi dan kualitas manufaktur mereka, sekaligus meningkatkan hasil produksi mereka.
Di sisi bisnis, investasi dalam sistem produksi ini pada akhirnya harus meningkatkan hasil agregat pemasok PCB dan karenanya meningkatkan keuntungan mereka. Banyak toko produksi menghindari memproduksi perangkat yang berfungsi tinggi dengan PCB mini karena masalah manajemen hasil. Sistem inspeksi, pencitraan, dan pengeboran laser generasi baru sangat mengurangi risiko hasil. Pada saat yang sama, sistem ini mengakomodasi dimensi yang lebih kecil dan material PCB yang lebih baru dengan kemampuan perbaikan yang akan menjaga hasil pada tingkat yang dapat diterima bahkan di bawah batasan ketat yang diberlakukan oleh miniaturisasi PCB yang berkelanjutan.
Gil Tidhar adalah Co-head Orbotech's Global Product Organization (GPO), di mana dia bertanggung jawab untuk mengelola keseluruhan aktivitas unit serta pengembangan produk manufaktur aditif. Gil memiliki pengalaman lebih dari 25 tahun sebagai pemimpin teknis dan manajer di berbagai bidang elektro-optik, fisika, dan rekayasa sistem, di mana ia memiliki rekam jejak yang terbukti dalam mengambil pengembangan ilmiah dasar dan terapan mulai dari konsep hingga sistem yang diterapkan, baik di industri maupun perusahaan pemula. Gil memegang sejumlah paten di bidang keahliannya dan telah menerbitkan beberapa makalah. Dia juga menjabat sebagai anggota komite konferensi dan ketua sesi untuk simposium tahunan internasional SPIE DSS.
