Trend PCB dan Tantangan Manufaktur PCB di Era IoT, dan AI

Inovasi teknologi terkini seperti konektivitas 5G, sensor internet-of-things, dan kecerdasan buatan telah membantu pembuatan papan sirkuit tercetak (PCB) mendapatkan dorongan yang signifikan, tetapi masih ada beberapa tantangan yang harus diatasi.

Di masa lalu, pembuatan papan sirkuit dilakukan dengan metode aditif atau subtraktif. Tetapi perancang produk dan produsen kontrak segera menyadari manfaat menggunakan kedua jenis tersebut dalam proses hibrid.

Perputaran cepat metode aditif bersama dengan proses subtraktif yang kuat dapat membangun produk elektronik yang andal dan dapat diulang. Langkah-langkah manufaktur telah berkembang dengan mantap dan dapat menghasilkan PCB yang canggih saat ini.

Multilayer PCB dengan interkoneksi kepadatan tinggi (HDI), sirkuit cetak fleksibel, komponen kecil, PCB frekuensi tinggi, dan PCB hijau adalah beberapa tren saat ini yang membentuk pasar PCB. Salah satu tren yang diamati secara luas adalah elektronik mini.

Produsen PCB dibatasi untuk merakit komponen kecil yang kuat seperti BGA mikro dan IC nano pada papan yang ringkas. Sebaliknya, meningkatnya permintaan akan sirkuit berdaya tinggi pada kendaraan listrik dan solusi energi alternatif seperti panel surya mendorong desain PCB yang lebih besar. Di sini, prioritasnya bukan pada ukuran dewan tetapi kinerjanya yang konsisten di lingkungan kerja yang keras.

Pada artikel ini, kita akan membahas beberapa tren manufaktur PCB dan tantangannya.

PCB HDI

PCB HDI banyak digunakan dalam penerbangan, mobil, dan gadget yang ditargetkan untuk aplikasi miniatur. Mereka banyak digunakan dalam perangkat medis seperti implan kecil dan alat diagnostik seperti mesin CT scan.

PCB HDI memiliki kepadatan kabel yang lebih tinggi per satuan luas. Mereka mengurangi ukuran dan berat produk secara signifikan. Kapasitansi dan induktansi liar diminimalkan karena integrasi vias buta dan terkubur. PCB HDI kompatibel dengan paket IC nada rendah. Mereka sangat andal dan mendukung transmisi sinyal berkecepatan tinggi.

Namun ada beberapa tantangan saat membuat dan merakit PCB HDI. Penempatan komponen membutuhkan ketelitian ekstra untuk ukuran pad yang kecil. Mungkin ada masalah crosstalk atau kebisingan karena kepadatan jejak yang lebih tinggi di sirkuit. Memilih bahan pre-preg yang tepat sangat penting dalam PCB HDI untuk mencapai pengeboran laser yang akurat. Jika tidak, lubang mungkin memiliki bentuk yang salah dan kualitas yang buruk.

PCB berdaya tinggi

Sumber energi tak terbarukan yang cepat habis dan dampak lingkungannya telah menyoroti pentingnya sumber energi bersih. Aplikasi seperti konverter energi surya dan EV menggunakan PCB berdaya tinggi.

Persyaratan voltase tipikal adalah sekitar 24 V atau 48 V untuk panel surya dan 280 V atau 360 V untuk motor listrik. Mereka juga digunakan dalam mesin berat, transformator, dan sirkuit daya lainnya.

Beberapa kekhawatiran saat mendesain PCB berdaya tinggi adalah pembuangan panas yang berlebihan, keamanan pengguna, dan daya tahan produk.

PCB ini lebih tebal dan menyertakan jejak tembaga berat untuk mendukung desain tegangan tinggi. Memperkirakan kebutuhan daya dan merancang aliran udara yang tepat adalah wajib untuk menghindari panas berlebih. Menambahkan sirkuit failsafe direkomendasikan. Untuk memastikan performa berkualitas, ikuti standar industri untuk desain berdaya tinggi.

IoT dalam PCB

Hari ini, IoT adalah salah satu tren percepatan di pasar elektronik. Desainnya mencakup tiga komponen utama: sensor, sirkuit daya, dan konektivitas nirkabel. Desain PCB yang mendukung fungsi IoT harus mempertimbangkan beberapa fitur utama. Sinyal analog yang ditangkap dari sensor IoT tidak boleh digabungkan dengan sinyal daya atau sinyal antarmuka nirkabel lainnya. PCB fleksibel dengan teknologi HDI lebih disukai untuk mendukung sensor modern di footprint yang lebih kecil.

Pemisahan sirkuit analog dan digital yang jelas dalam tata letak PCB diperlukan untuk meningkatkan integritas sinyal. Menerapkan skema manajemen termal dapat menghindari hot spot dan meningkatkan pembuangan panas. Karena konektivitas nirkabel umum di sirkuit IoT, desain PCB harus mendapatkan sertifikasi untuk persyaratan dan radiasi RF.

Perangkat IoT menggunakan baterai; karenanya, desain rangkaian daya sangat penting dalam PCB ini. Konsumsi daya di setiap blok harus diperkirakan dan dipertahankan untuk memperpanjang masa pakai baterai. Selain itu, konektivitas jaringan perangkat IoT memaparkannya pada kemungkinan pencurian data, sehingga menerapkan algoritme terenkripsi dan menambahkan fitur keamanan di tingkat PCB sangat penting.

PCB yang dapat didaur ulang

Desain PCB yang berkelanjutan telah mendapatkan daya tarik dengan dorongan global untuk manufaktur ramah lingkungan. PCB tradisional termasuk logam dan bahan kimia yang berbahaya bagi lingkungan.

Teknik daur ulang memiliki efisiensi rendah dan termasuk proses yang melelahkan. Para peneliti sedang mengeksplorasi material komposit baru yang dapat dengan mudah didaur ulang. Polimer biodegradable digunakan sebagai pengikat dalam pembuatan PCB.

Ini dapat menggantikan resin termoset beracun yang saat ini digunakan dalam pembuatan PCB. Tetapi bahan substrat biodegradable tidak dapat menahan proses subtraktif seperti etsa dan pencucian kimia.

Sebaliknya, metode pembuatan aditif lebih menjanjikan untuk PCB yang dapat didaur ulang. Elektronik cetak 3D dengan pencetakan inkjet dan laser dapat mengurangi jumlah langkah pembuatan, dibandingkan dengan metode subtraktif. Proses aditif dapat dengan mudah mencetak desain rumit pada media tipis.

PCB fleksibel

Munculnya elektronik mini dengan kemasan yang tidak konvensional telah memungkinkan sirkuit tercetak yang fleksibel untuk merebut pangsa pasar yang besar di industri PCB. Mereka dapat ditekuk dan muat dalam bentuk dan ukuran yang aneh. Flex PCB dapat bekerja secara konsisten di lingkungan bersuhu tinggi. Keandalan papan dan bobotnya yang ringan telah menjadikannya pilihan yang cocok dalam elektronik kedirgantaraan, medis, otomotif, dan komersial.

Flex PCB menggerakkan struktur yang lebih tipis dan ringan yang cocok untuk teknologi pencetakan menggunakan proses aditif. Ada banyak kemajuan pada bahan dan teknologi yang digunakan dalam pembuatan PCB fleksibel, tetapi biaya bahan yang meningkat dan prosedur perakitan yang kompleks merupakan tantangan utama. Mereka membutuhkan fasilitas penyimpanan yang sesuai atau mereka dapat dengan mudah rusak. Memperbaiki PCB fleksibel itu sulit dan mahal.
Kesimpulan

Penting untuk memahami tren dan tantangan saat ini di industri manufaktur PCB untuk meningkatkan hasil produksi dan menghasilkan pendapatan. Perancang dan produsen PCB harus membangun pengetahuan domain mereka dan melatih tenaga kerja mereka. Mengevaluasi konsumen berdasarkan teknologi yang sedang tren dapat memperkuat strategi dan peta jalan produk Anda. Selain itu, dengan mengetahui kemungkinan masalah, Anda dapat mempersiapkan kemungkinan dan mengurangi biaya dan waktu peluncuran produk Anda.