압력을 처리할 수 있는 전자 장치 설계

Jan 28, 2024

수레시 파텔 | 2023년 2월 22일

전자 제품은 특히 열악한 환경에서 작동하도록 설계된 경우 신뢰성과 내구성이 있어야 합니다. 광범위한 온도, 습기, 진동 및 압력과 같은 극한 환경 조건에서 효율적으로 작동하도록 인쇄 회로 기판(PCB)을 구축하는 것은 매우 어렵습니다. 자동차, 군사, 항공우주 및 해저 전자 장치와 같은 중요한 응용 분야에 대한 PCB 설계 및 배포를 검증하기 위해 확립된 여러 산업 표준이 있습니다.

극한의 온도는 PCB 재료뿐만 아니라 PCB 어셈블리의 형상에도 영향을 미칩니다. 압력 차이는 전자 제품에 물리적인 스트레스를 유발할 수 있습니다. 작업 환경의 습기는 PCB 어셈블리를 부식시키고 전체 전자 장치를 파손시킬 수 있습니다. 자동차 애플리케이션의 진동 피로는 PCB 제조업체의 심각한 관심사입니다.

내압성 전자 장치의 경우 인클로저는 매우 높거나 낮은 온도, 연속 동작, 진동 및 압력을 견딜 수 있도록 설계되어야 합니다. PCB 설계에는 극한 조건에서 작동하도록 정격된 구성 요소와 재료를 사용해야 합니다. 견고한 전자 장치의 요구 사항 및 허용 표준을 충족하면 제품 성능의 일관성이 보장됩니다. 열악한 환경을 견딜 수 있는 전자 장치를 제작하려면 PCB 설계, 조립 및 테스트 프로세스의 최적의 융합이 필요합니다.

제품의 작동 환경에 대한 자세한 이해는 견고한 전자 장치를 구축하는 첫 번째 단계입니다. PCB는 다양한 유형의 환경에 노출될 수 있습니다.

특정 작업 환경을 기반으로 PCB 설계자는 제품 배치 위치 및 다음과 같은 관련 환경 매개변수와 같은 필요한 정보를 캡처해야 합니다.

극한 환경은 전자 장치의 성능과 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다. 제품이 혹독한 조건에 맞게 설계되지 않은 한 극한의 온도로 인해 구리 트레이스와 함께 PCB 레이어가 무작위로 확장될 수 있습니다. 다양한 온도는 솔더 조인트와 신호 연결에도 영향을 미칩니다. 트랜지스터, IC 및 개별 부품(저항기, 커패시터, 인덕터 등)과 같은 PCB 조립 부품에는 작동 온도에 따라 달라지는 매개변수가 있으며, 이는 회로 기능에 영향을 미칠 수 있습니다. 온도가 높으면 PCB 재료가 인클로저 안으로 가스를 방출하여 부식이 발생할 수 있습니다.

압력과 진동으로 인해 외부 캐비닛이 폭발하여 전자 회로가 외부 환경에 노출될 수 있습니다. 압력 차이는 PCB와 해당 구성 요소에 영향을 미칠 수 있습니다. PCB 재료를 환경으로 신속하게 확산시킬 수 있습니다. 칩 제조 과정에서 부품 내부에 공극이 생기고 공기가 채워질 수 있습니다. PCB에 장착된 이러한 구성 요소는 압력 차이로 인해 파열되어 구성 요소 및 제품 고장을 유발할 수 있습니다.

PCB에 습기나 먼지가 있으면 신호 감쇠와 같은 전기적 오작동이 발생할 수 있습니다. 과도한 습도는 PCB를 부식시킬 수 있습니다. 극단적인 경우에는 단락이 발생하여 화재 위험이 발생할 수 있습니다. 천둥번개나 정전기 방전(ESD)으로 인한 전력 서지는 전자 제품을 완전히 손상시킬 수 있습니다. 주변 장비나 작업 설정으로 인한 과도한 전자기 간섭은 보드 성능을 저하시킬 수 있습니다.

기판재질과 동박은 전자제품의 작업환경에 따라 선택되어야 합니다.

폴리이미드 및 Rogers 소재(탄화수소 세라믹 라미네이트)는 매우 높은 온도에 적합합니다. 극저온용 알루미늄과 저온용 FR4(난연성 PCB 소재)를 권장합니다. 습도가 높은 환경에서는 FR4 또는 저온 동시소성 세라믹(LTCC) 재료가 더 나은 선택입니다. 폴리이미드와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 내부식성 PCB 재료의 예이며 습한 환경에 적합합니다.

PCB 스택업에서는 다양한 기판과 코어의 유전 상수(DK)를 일치시켜야 합니다. 또한 열악한 조건에서 PCB 레이어의 균일한 팽창 또는 수축을 위해서는 인접한 기판의 열팽창 계수(CTE)가 일치해야 합니다.