Tantangan Desain Utama PCB Tembal untuk Militer dan Penerbangan

Persyaratan PCB untuk Produk Elektronik Militer/Penerbangan

Saat insinyur elektronik mempersiapkan desain PCB untuk aplikasi militer/penerbangan (singkatnya "mil/aero"), beberapa detail dan persyaratan performa harus dipertimbangkan. Umumnya diketahui bahwa baik produk mil maupun aero memerlukan banyak kondisi operasi dan rentang suhu operasi yang luas. Mereka harus dapat menahan banyak lingkungan yang ketat dengan panas ekstrem, seperti gurun atau dingin luar biasa, seperti Kutub Selatan. Selain suhu ekstrem, kelembaban juga adalah pertimbangan utama. Akibatnya, dalam proses merancang PCB untuk aplikasi mil/aero, kondisi kerja khusus produk seperti suhu dan kelembaban harus dipertimbangkan dengan hati-hati.

Keandalan produk militer dan penerbangan telah menjadi perhatian utama yang harus difokuskan oleh insinyur desain PCB. Sebagai aspek kunci keandalan produk, umur simpan telah dianggap sebagai standar penilaian utama. Ambil roket sebagai contoh. Rozet tidak diizinkan meledak sampai mengenai target, yang berarti ia harus beroperasi normal dalam lingkungan yang baik dan memiliki umur simpan yang relatif pendek. Insinyur biasanya menyukai mengurangi kompleksitas papan sirkuit yang diterapkan untuk industri militer dan penerbangan hanya karena keandalan tinggi produk mil/aero. Departemen militer dan penerkungan akan ragu untuk mengetahui teknik baru dalam manufaktur produk elektronik sampai telah terbukti dapat diimplementasikan di industri yang sesuai. Namun saat ini, persyaratan fungsi produk elektronik mil/aero mencegah insinyur desain elektronik untuk tetap mengikuti ide desain sederhana dan pengalaman saja. Beberapa dari mereka telah mulai menerima teknik pembuatan PCB yang baru muncul.

Seiring dengan meningkatnya teknik dan kompleksitas PCB, insinyur elektronik harus fokus pada baik aturan desain PCB dan teknologi manufaktur PCB sehingga produk akan mencapai keseimbangan optimal antara keamanan, biaya dan persyaratan performa, yang mengakibatkan risiko manufaktur terendah.

Pembuatan PCB yang sukses bergantung pada komunikasi yang sering dan lancar antara insinyur desain elektronik dan insinyur manufaktur, yang harus diingat. Insinyur desain harus sepenuhnya sadar tentang kemampuan detail produsen seperti lebar garis, jarak, ukuran pad dan diameter via dll. Selain itu, mereka harus mempertimbangkan semua persyaratan dalam hal tipe PCB, material, struktur lubang bor dan daya.

Saat berbicara tentang desain produk mil/aero, insinyur harus mematuhi standar MIL. Standar kualitas lain juga dapat digunakan sebagai referensi. Misalnya, standar IPC dapat digunakan untuk item inspeksi dan standar kualitasnya.

Saat ini, orang cenderung menunjukkan preferensi untuk material substrat transmisi kecepatan tinggi, yang mencakup variasi parameter performa yang luas. Dalam struktur produk elektronik yang lebih kompleks, data sheet yang disediakan oleh pemasok substrat hanya dapat menunjukkan bahwa beberapa tipe material substrat berperforma lebih baik dari tipe lain. Namun, pengalaman produsen PCB tidak pernah dapat diabaikan karena hingga sejauh ini, mereka secara autentik sadar tentang performa material substrat, terutama sesuai dengan situasi praktis. Misalnya, meskipun desainer PCB dapat menghitung impedansi kabel, metode manufaktur yang berbeda mungkin menyebabkan impedansi tidak kompatibel dengan persyaratan desain.

Struktur juga memainkan peran penting dalam PCB mil/aero karena mampu membantu menghindari biaya yang tidak perlu atau mengurangi risiko yang timbul dari struktur kompleks. Dan untuk produk elektronik mil/aero yang lebih kompleks, struktur mereka juga mempengaruhi kemanufakturan produk.

Secara historis, masalah biaya jarang dipertimbangkan dalam produk elektronik militer dan penerbangan. Namun harus diakui bahwa peningkatan biaya manufaktur produk sebenarnya akan bermanfaat untuk pengurangan risiko dalam proses manufaktur, yang bagaimanapun layak. Dalam prosedur pengenalan PCB, risiko dapat diturunkan melalui peningkatan periode penelitian dan pengembangan serta meninjau integritas data sebelum pengaturan manufaktur.

PCB Tembal untuk Aplikasi Mil/Aero

• Definisi

Produk elektronik mil/aero dengan daya tinggi menimbulkan persyaratan baru untuk PCB, yang mengakibatkan penciptaan PCB tembal atau bahkan PCB tembal ekstrem. PCB tembal merujuk pada papan sirkuit yang konduktor memiliki ketebalan tembaga dalam rentang 137.2μm hingga 686μm sedangkan papan sirkuit yang ketebalan tembaganya lebih dari 686μm atau mencapai 6860μm disebut PCB tembal ekstrem.

Keuntungan struktur PCB tembal meliputi:
a. Mampu menahan tekanan panas dengan kemampuan anti-tekanan PCB yang ditingkatkan;
b. Meningkatkan kapasitas pembawa arus PCB;
c. Meningkatkan kemampuan dissipasi panas PCB tanpa perlu memasang alet pendingin;
d. Meningkatkan kekuatan mekanis penumpukan antar lapis dan lubang bor plating-through;
e. Berlaku untuk transformator datar dengan daya tinggi yang ditempatkan pada papan.

Setiap koin memiliki dua sisi. Selain keuntungan tersebut, PCB tembal juga memiliki beberapa kekurangan. Sangat penting untuk menyadari kedua aspek yang terkait dengan struktur PCB tembal sehingga bagaimana memanfaatkan fungsi dan aplikasi potensial dapat dipahami dengan jelas.

• Konstruksi PCB Tembal

Serupa dengan PCB FR4 Standar, PCB tembal memiliki metode pembuatan yang sama dengan teknologi etch dan plating khusus yang diterapkan, seperti plating kecepatan tinggi dan deviasi etch. Beberapa waktu yang lalu, orang pernah mencoba membuat PCB tembal hanya dengan etch. Beberapa papan sirkuit yang diproduksi dengan metode ini mengalami sisa akibat garis tepi yang tidak rata dan etch berlebihan margin. Untuk menghindari itu, teknik plating dan etch canggih kemudian diterapkan sehingga tepi lurus dan etch margin optimal dapat dicapai.

Plating pada PCB tembal memungkinkan pembuat PCB untuk menebalkan dinding plated through-hole dan dinding thru-hole, keuntungannya meliputi:
a. Penurunan jumlah lapis;
b. Pengurangan distribusi impedansi;
c. Pemaketan minimum;
d. Pengurangan biaya manufaktur.

PCB tembal dapat dengan lancar ditempel pada papan biasa. Saat berkaitan dengan tracing dan jarak terkecil pada papan sirkuit dan rentang dalam toleransi dan kapasitas manufaktur, mereka perlu ditentukan melalui diskusi antara insinyur desain dan produsen sebelum pembuatan aktual.

• Kapasitas Pembawa Arus dan Kenaikan Suhu

Berapa banyak arus yang dapat ditahan PCB tembal? Pertanyaan ini biasanya bergantung pada insinyur desain elektronik. Ini mencakup ketebalan tembaga dan lebar serta kenaikan suhu maksimum yang dapat ditahan PCB tembal. Pertanyaan ini muncul karena panas yang dihasilkan oleh PCB tembal dalam proses operasi berkaitan erat dengan arus.

Saat arus melewati kabel, tingkat konsumsi daya selama operasi adalah 12% dari daya asli sehingga daya yang hilang menghasilkan panas transisi lokal yang akan disipasi ke sekitar dengan cara konduksi termal. Arus maksimum yang dapat ditahan kabel pada PCB tembal harus ditemukan dan metode untuk menilai kenaikan suhu dan arus yang diberikan harus diungkap. Menurut pedoman IPC-2221A, terdapat formula yang menunjukkan kapasitas pembawa arus oleh kabel eksternal: I = 0.048 x DT^0.44 x W x Th^0.725.

Dalam formula ini, I merujuk pada arus (unit: A); DT merujuk pada kenaikan suhu (unit: °C); W merujuk pada lebar garis (unit: μin); Th merujuk pada ketebalan trace (unit: μin). Kapasitas pembawa arus trace internal adalah 50% dari trace eksternal.

Sesuai dengan formula, Tabel 1 meringkas kapasitas pembawa arus yang menunjukkan arus yang ditahan pada suhu 30°C untuk berbagai luas penampang.

Tabel 1 Arus yang Ditahan (A) pada Lebar Trace Tetap (kenaikan suhu 30°C)

Material substrat dengan performa yang berbeda tersedia untuk produsen dan desain PCB, mulai dari substrat epoksi FR-4 biasa dengan suhu operasi 130°C hingga material substrat Tg tinggi. Sampai saat ini, serangkaian metode telah dikembangkan untuk menguji kualitas tahan panas produk PCB jadi. Karena perbedaan dalam hal ekspansi termal antara tembaga dan material substrat, sebuah "daya dorong" diciptakan di antara mereka, yaitu sebenarnya stres termal yang mungkin menyebabkan retakan, pengumpalan dan pertumbuhan, yang pada akhirnya menyebabkan kegagalan PCB.

Dalam tes sirkulasi pada kemampuan lubang bor untuk melawan syok termal, serangkaian 32 plated through hole beruntun dirancang sebagai sampel pada papan dan situasinya akan diperiksa setelah tes syok termal. Plated through hole yang gagal pertama akan ditetapkan sebagai stres termal yang dapat ditahan papan sirkuit. Penerapan PCB tembal dalam sirkulasi syok termal akan mengurangi atau menghilangkan kegagalan.

• Analisis Dissipasi Panas

Dalam proses operasi komponen elektronik, kehilangan daya tinggi terjadi dalam bentuk pemanasan yang harus dihasilkan oleh sumber panas (komponen) dan dipancarkan ke sekitar. Jika tidak, komponen akan menderita pemanasan berlebihan atau bahkan kegagalan. Namun, PCB tembal mampu mendissipasi panas secara lebih efektif daripada tipe papan sirkuit lainnya sehingga tingkat kegagalan papan akan secara dramatis berkurang.

Untuk membuat panas dengan mudah terdisipasi, jenis alet pendingin diminta untuk mendorong panas disipasi ke udara melalui konduksi termal, radiasi atau konveksi. Biasanya, sisi lain dari sumber panas alet pendingin terhubung ke area tembaga melalui plating lubang bor tembaga.

Secara umum, alet pendingin biasa terhubung dengan area coating tembaga pada PCB melalui konduksi termal. Ada juga situasi di mana baut atau sekrup digunakan untuk koneksi. Sebagian besar alet pendingin terbuat dari tembaga atau aluminium.

Oleh karena itu, sangat penting untuk memasang alet pendingin selama pembuatan PCB, yang dapat dicapai pada PCB tembal. Lapisan tembaga pada permukaan papan sirkuit dapat ditebalkan melalui elektro plating, yang meningkatkan properti konduksi permukaan papan. Keuntungan lain dari metode ini adalah lapisan plating lubang bor termal dapat ditebalkan dan resistansi termal PCB tembal dapat dikurangi.

Sekitar sejak PCB tembal telah digunakan untuk membawa komponen daya besar di industri militer dan penerbangan sehingga tipe PCB tembal ini akan banyak diterapkan di berbagai industri di masa mendatang.

Sumber Manfaat:
• PCB Tembal Dan Layanan Fabrikasinya
• Hubungan antara Berat Tembaga, Lebar Trace dan Kapasitas Pembawa Arus
• Aturan Desain PCB Kunci yang Harus Anda Ketahui
• Layanan Manufaktur PCB Fitur Penuh dari PCBCart - Pilihan Tambahan Nilai Banyak
• Layanan Assembly PCB Lanjutan dari PCBCart - Mulai dari 1 potong