PCB Bolg - PCB在惡劣環境中的預防措施

有些電子設備必須在特別惡劣的條件下工作，如鹽霧、鹽、灰塵、沙子或極端溫度。 為確保電子電路繼續像在正常條件下一樣運行，PCB的設計必須能够承受這些事件而不被損壞。 例如，用於汽車、工業或航空航太領域的印刷電路板不斷受到振動、機械應力、衝擊、非常大的熱偏移等影響。

除了某些類別的電子醫療設備外，很少有電子設備在沒有灰塵、振動、濕度和嚴格控制溫度的環境中運行。

在現實中的電子設備有必要處理

1、振動和機械應力

2、壓力的極端變化（與海拔高度的變化有關）

3、溫度的極端變化

4、灰塵、油脂或其他化學製劑

5、濕度

6、電離輻射

7、電磁干擾，包括輻射和傳導

8、靜電放電和電壓/電流瞬變。

惡劣環境下的PCB所面臨的主要挑戰可歸納如下

1、潮濕、灰塵和污垢：為了抵禦這些環境因素，通常需要用一種稱為保形塗層的特殊工藝來處理PCB。 有了它，PCB在組裝過程後被覆蓋上一層薄薄的非導電性保護資料，如矽、丙烯酸、聚氨酯或對二甲苯。 該塗層通過保護電子電路不受外部污染物的影響而延長其壽命。

2、高溫：如果PCB必須在高於標準的溫度下連續工作，最好使用具有較厚銅（重銅）的層。 銅的厚度大於每平方英尺3盎司，通常與順應性塗層的應用相結合，在高溫下不間斷運行的情况下為電路板提供高水准的保護。 使用具有較高玻璃化溫度（Tg）的層，如FR-4 TG140或TG170），為PCB提供額外的溫度保護。

3、電離輻射：航空航太應用的PCB被各種類型的粒子轟擊，此外還有太陽和其他天體產生的電磁輻射。 這種輻射會造成暫時性的干擾（如比特翻轉或記憶體删除）或永久性的元件損壞。

4、衝擊和振動：特別是在汽車和航空航太應用中。

5、腐蝕：它是任何金屬部件的主要隱患之一。 當氧氣和金屬通過一個被稱為氧化的過程相互結合時就會發生腐蝕。 這就產生了鐵銹，導致金屬失去其化學特性，隨著時間的推移而分解。 由於多氯聯苯含有大量的金屬，如果暴露在氧氣中，它們會受到腐蝕。

ENIG PCB

PCB保形塗層（三防漆）

為了防止大氣介質造成的損害，在組裝後，在PCB上塗上一種被稱為保形塗層的非導電保護層。 這通常適用於消費、家電和移動設備的PCB，這些設備通常在潮濕、灰塵或其他惡劣的環境因素下運行。 應用在PCB上的保護層允許存在於PCB層中的濕氣向外流動，同時防止外部介質到達電路板及其元件，影響其運行。 除了提高可靠性之外，保形塗料還能延長電路的使用壽命。

最常見的保形塗料類型有矽膠、丙烯酸樹脂、聚氨酯和對二甲苯，每一種都能提供一定程度的保護。 例如，有機矽可以覆蓋最廣泛的溫度範圍，囙此是極端溫度應用的最佳選擇。 另一方面，矽膠在某些類型的基材上的粘合力較差，耐化學性比丙烯酸樹脂低。 後者由於其剛性結構，在有衝擊和振動的情况下不是特別合適。 聚氨酯具有較高的耐濕性、耐磨性和振動性，能很好地承受低溫，但不能承受高溫。

由此可見，它們主要用於溫度在-40℃至+120℃之間的應用。 P-二甲苯是一種穩定的資料，提供高保護，但價格昂貴，而且對污染物敏感，必須在真空中應用。

關於PCB保形塗料的應用，有四種科技可以使用：浸漬、自動選擇性塗層、噴塗和刷塗。 每種方法都能達到相同的目標：完全覆蓋PCB，包括尖銳的邊緣和電路板的所有邊緣。 塗裝完成後，保形塗料通過空氣乾燥、烘箱乾燥或紫外光固化。

高溫環境

PCB上元件密度的新增導致工作溫度不可避免地上升，這種情況從長遠來看，由於具有不同物理特性的資料的膨脹和收縮，會損害焊縫或層本身的完整性。 囙此，高溫PCB應該使用玻璃化溫度（Tg）至少為170℃的電介質。 通常適用的規則是允許使用溫度比所用資料的Tg值低25℃左右。 除了資料的選擇，PCB的高溫可以通過移除產生的熱量並將其轉移到PCB的其他區域來散熱。 如果熱元件安裝在PCB的頂部，並且有足够大的表面，可以在上面安裝一個散熱器，首先通過傳導（從元件到散熱器），然後通過對流（從散熱器的表面到周圍較冷的空氣）帶走熱量。

如果熱的元件安裝在PCB的底部，而且不可能安裝散熱器，設計者通常使用的科技是在PCB上插入大量的熱路徑，將熱量從熱元件轉移到PCB頂部的銅層，從那裡可以進一步轉移到合適的散熱器。 通常情况下，安裝在PCB上的散熱器很大，表面有翅片或波紋，以新增散熱面積。 與自然對流冷卻相比，可以添加風扇來改善強制對流冷卻。

傳統上用來對抗高溫產生的影響的方法之一是使用厚銅板。 這新增了PCB線路可承載的最大電流，由於電阻較低，减少了發熱。

防輻射措施

對於長期的空間任務，唯一的選擇是使用抗輻射組件。 這些部件要比標準部件稀少得多，囙此也更昂貴。 對於短期的空間任務，可以允許使用標準的商業組件，但要對其抗輻射的能力進行分析和驗證。 這樣就可以降低空間設備的設計成本，擴大可用於設計的部件的選擇範圍。 通過應用不同的硬體設計科技，可以抵制輻射產生的影響。 例如，在PCB設計層面，確保所有金屬部件的充分接地是很重要的。

機械保護和腐蝕

為了提供對衝擊和振動的保護，可將印刷電路板安裝在一個容器中，將樹脂倒入其中，將其完全封裝。 樹脂層越高，保護程度越好。 除非印刷電路板上的所有元件都有統一的高度，否則樹脂層的厚度在整個電路板上會有所不同，對每個元件的保護程度也會略有不同。 囙此，在最壞的情况下，最薄的樹脂層與整個板子的保護水准相對應。

在考慮樹脂封裝之前，必須對PCB進行徹底清洗。 表面污染會對封裝所提供的保護水准產生負面影響，特別是在耐化學性的情况下。

此外，污染物會對樹脂吸收物理和熱衝擊的能力產生負面影響，因為樹脂和PCB之間形成的層很薄弱，最終會導致分層。 保持PCB的清潔和乾燥還能確保防止生銹和離子污染。 腐蝕可以通過保形塗料的應用以及HASL和ENIG等表面處理來避免。