Pengantar Sistem Mekanik Mikro Elektro MEMS

Sistem mikroelektromekanis (MEMS) adalah perangkat yang memiliki bagian bergerak yang terbuat dari komponen mikroskopis. Sistem ini juga disebut mikromekatronik dan sistem mikro. Pada skala nano, mereka bergabung menjadi sistem nanoelektromekanis atau teknologi nano.
Nanotube adalah proses unit fundamental untuk pembuatan sistem mikro elektro mekanik mems

Para peneliti di University of Illinois telah membuat terobosan besar dalam sistem mikroelektromekanis, dan penemuan ini memiliki berbagai macam aplikasi. Nanotube adalah unit proses mendasar dalam pembuatan sistem mikro elektro mekanik, dan hasil kerja mereka berimplikasi pada desain berbagai jenis mems yang baru. Mereka telah menunjukkan bahwa tabung nano dapat dipola menggunakan dua elektroda emas, dan dapat dipola menggunakan litografi berkas elektron dan lepas landas.

Tabung nano dapat diproduksi dengan menggunakan teknik yang berbeda, termasuk elektroforming dan nanomachining. Proses ini juga memungkinkan untuk berbagai aplikasi, mulai dari diagnostik titik perawatan sekali pakai hingga perangkat multi guna untuk analisis darah dan analisis jumlah sel. Proses ini juga digunakan dalam perangkat duplikasi DNA, seperti sistem Polymerase Chain Reaction (PCR) yang mengamplifikasi DNA yang sangat kecil dan menghasilkan duplikasi yang tepat. Aplikasi lain untuk tabung nano termasuk jaringan pengalihan optik dan tampilan definisi tinggi.

Pembuatan tabung nano adalah proses lanjutan yang melibatkan perakitan berbagai bahan fungsional dan kelompok fungsional. Proses ini memungkinkan pembuatan sejumlah besar perangkat nano secara simultan. Proses ini sangat kompleks dan memakan waktu, dengan proses rata-rata memakan waktu sekitar enam bulan untuk fitur lima nanometer.

Silikon adalah bahan yang menarik untuk perangkat MEMS

Silikon adalah bahan yang sangat menarik untuk perangkat MEMS karena sifat mekanik dan listriknya yang tinggi. Selain itu, bahan ini kompatibel dengan sebagian besar teknologi sirkuit terpadu yang diproses secara batch, yang membuatnya menjadi bahan yang ideal untuk berbagai jenis sistem miniatur. Namun, silikon bukannya tanpa kekurangan.

Meskipun SiC lebih mahal daripada silikon, ia memiliki beberapa keunggulan. Sifat listrik dan mekaniknya dapat disesuaikan dengan kebutuhan perangkat MEMS. Namun, SiC belum tersedia secara luas bagi para desainer. Penelitian lebih lanjut diperlukan untuk mengembangkan teknologi proses yang paling efisien untuk perangkat MEMS SiC.

Keunggulan utama SiC dibandingkan silikon adalah konduktivitas termalnya yang tinggi, medan penguraian yang tinggi, dan kecepatan saturasi yang tinggi. Semua fitur ini membuatnya menjadi bahan yang sangat baik untuk perangkat elektronik di lingkungan yang ekstrem. Selain itu, SiC juga memiliki kekerasan dan ketahanan aus yang tinggi. Yang terakhir ini penting untuk sensor yang harus bekerja dalam kondisi yang keras.

Masalah pengemasan dalam perangkat MEMS

Masalah pengemasan sangat penting untuk keandalan dan kinerja perangkat MEMS. Perangkat ini memiliki ukuran fitur berskala mikron dan rentan terhadap goresan, keausan, dan ketidaksejajaran. Mereka juga rentan terhadap mekanisme kegagalan keandalan seperti guncangan mekanis, pelepasan muatan listrik statis, dan gesekan. Selain itu, kelembapan, getaran, dan komponen mekanis dapat merusak MEMS. Karena alasan ini, pengemasan dan proses perangkat ini harus dipertimbangkan dengan cermat sebelum proyek dimulai.

Mempertimbangkan efek paket di awal proses desain sangat penting untuk perangkat MEMS yang sukses. Jika tidak, pengembang berisiko mengalami siklus desain dan fabrikasi yang mahal. Solusinya adalah menggabungkan efek ini ke dalam model perilaku yang ringkas, yang mengurangi waktu simulasi dan memungkinkan simulasi yang lebih kompleks. Selain itu, ini dapat membantu mencegah jebakan mahal yang terkait dengan pengemasan yang buruk.

Masalah pengemasan juga dapat mempengaruhi kualitas dan hasil perangkat MEMS. Dalam beberapa kasus, perangkat memerlukan kemasan khusus yang dapat melindunginya dari lingkungan yang keras. Akibatnya, teknik sedang dikembangkan untuk menangani dan memproses perangkat ini. Namun, banyak dari proses ini yang berbahaya bagi perangkat MEMS dan menurunkan hasilnya. Makalah ini bertujuan untuk menjelaskan tantangan-tantangan ini dan memberikan solusi untuk mengatasinya.

Aplikasi perangkat MEMS

Perangkat mikromekanis (MEMS) adalah perangkat kecil yang dapat melakukan banyak tugas. Perangkat ini dapat merasakan tekanan, mendeteksi gerakan, dan mengukur gaya. Perangkat ini juga dapat digunakan untuk memantau dan mengontrol cairan. Perangkat ini sangat berguna untuk aplikasi medis dan dijuluki BioMEMS. Perangkat ini dapat melakukan berbagai tugas di dalam tubuh, termasuk bertindak sebagai penganalisis kimia, pompa mikro, dan komponen alat bantu dengar. Pada akhirnya, perangkat ini bahkan dapat menjadi penghuni permanen tubuh manusia.

Perangkat ini terdiri atas berbagai komponen yang berukuran antara seratus mikrometer. Luas permukaan perangkat cermin mikro digital bisa lebih dari 1000 mm2. Perangkat ini biasanya terdiri atas unit pusat yang memproses data dan beberapa komponen yang berinteraksi dengan sekelilingnya.

Beberapa perangkat MEMS saat ini tersedia di pasar, mulai dari sensor fungsi tunggal hingga perangkat system-on-chip. Perangkat yang terakhir ini menggabungkan penggunaan beberapa perangkat MEMS dengan elektronik pengkondisian sinyal dan prosesor tertanam. Beberapa industri telah menerapkan teknologi MEMS untuk berbagai pengukuran.

Perbandingan Antara Blind Via dan Buried Via dalam Pembuatan Papan Sirkuit Cetak

Ada beberapa keuntungan menggunakan vias yang terkubur dibandingkan dengan vias buta untuk fabrikasi papan sirkuit tercetak. Vias yang terkubur dapat dibuat dengan kepadatan yang lebih rendah tanpa memengaruhi ukuran papan secara keseluruhan atau jumlah lapisan. Hal ini menguntungkan bagi para desainer yang perlu menghemat ruang sambil tetap memenuhi toleransi desain yang ketat. Vias yang terkubur juga mengurangi risiko breakout.

Kekurangan

Blind melalui fabrikasi melibatkan serangkaian proses yang dimulai dengan mengikat film resin fotosensitif ke inti. Film resin fotosensitif kemudian dilapiskan dengan sebuah pola. Pola ini terpapar radiasi. Kemudian mengeras. Proses etsa berikutnya menciptakan lubang pada lapisan konduktif. Proses ini kemudian diulangi pada lapisan lain dan lapisan permukaan. Proses ini memiliki biaya tetap.

Vias buta lebih mahal daripada vias yang terkubur karena harus memotong sejumlah lapisan tembaga. Mereka juga harus dibungkus dalam titik terminal, yang meningkatkan biaya secara signifikan. Namun, pendekatan ini memiliki banyak manfaat, terutama ketika membuat PCB dengan komponen dengan kepadatan tinggi. Ini meningkatkan pertimbangan ukuran dan kepadatan dan juga memungkinkan kecepatan transmisi sinyal yang tinggi.

Metode yang paling murah dari kedua metode tersebut adalah melalui blind via kedalaman terkendali. Metode ini biasanya dilakukan dengan menggunakan laser. Lubang harus cukup besar untuk bor mekanis. Selain itu, lubang tersebut harus bebas dari sirkuit di bawahnya.

Biaya

Vias buta dan vias terkubur adalah dua jenis vias yang berbeda yang digunakan dalam pembuatan papan sirkuit tercetak. Keduanya serupa, karena keduanya terhubung ke bagian yang berbeda dari lapisan dalam papan. Perbedaannya terletak pada kedalaman lubang. Vias buta lebih kecil daripada vias yang terkubur, yang membantu mengurangi ruang di antara keduanya.

Blind vias menghemat ruang dan memenuhi toleransi desain yang tinggi. Mereka juga mengurangi kemungkinan breakout. Namun, mereka juga meningkatkan biaya produksi papan, karena membutuhkan lebih banyak langkah dan pemeriksaan presisi. Vias yang terkubur lebih terjangkau daripada vias buta, tetapi penting untuk memilih mitra manufaktur kontrak elektronik yang tepat untuk proyek Anda.

Baik vias buta maupun vias yang terkubur adalah komponen penting dari PCB multilayer. Namun, vias yang terkubur jauh lebih murah untuk diproduksi daripada vias buta, karena kurang terlihat. Terlepas dari perbedaan ini, blind vias dan buried vias serupa dalam hal jumlah ruang yang digunakan pada PCB. Dalam proses pembuatannya, kedua jenis ini memerlukan pengeboran melalui lubang, yang dapat mencapai 30 hingga 40% dari total biaya produksi.

Konstruksi PCB

Through-hole via dan blind via adalah dua jenis sambungan listrik yang berbeda. Yang pertama digunakan untuk koneksi antara lapisan internal dan eksternal PCB, dan yang kedua digunakan untuk tujuan yang sama tetapi tanpa menghubungkan kedua lapisan. Vias melalui lubang lebih umum untuk papan dua lapis, sementara papan dengan lebih banyak lapisan dapat ditentukan dengan vias buta. Namun, kedua jenis koneksi ini lebih mahal, jadi penting untuk mempertimbangkan biaya ketika memilih satu jenis daripada yang lain.

Kerugian dari blind via adalah bahwa mereka lebih sulit untuk mengebor setelah laminasi, yang mungkin menyulitkan untuk melapisi papan. Selain itu, mengontrol kedalaman blind via setelah laminasi membutuhkan kalibrasi yang sangat tepat. Kendala ini berarti bahwa vias buta dan vias yang terkubur tidak praktis untuk banyak konfigurasi papan yang membutuhkan tiga siklus laminasi atau lebih.

Kerugian utama lainnya dari blind vias adalah, bahwa mereka sulit dibersihkan. Karena ini adalah rongga terbuka, udara, dan partikel asing lainnya akan masuk ke dalamnya. Oleh karena itu, penting untuk menjaga lingkungan yang terkendali untuk menghindari masalah.

3 Bahan Dasar Untuk PCB Inti Logam

The basic idea behind a metal core PCB is to eliminate plated through holes, which can cause short circuits. Surface mount components that use THTs are also not allowed on this type of PCB. Instead, copper layers are interconnected via blind vias and buried vias.

Multilayer MCPCB

If you are developing a product that is going to be exposed to a lot of heat, then a metal core PCB is a great way to keep that heat at bay. However, this type of PCB also requires careful thermal management. To make a MCPCB that is perfectly suited for your application, you need to make sure that you have a solid understanding of the process of PCB design and manufacturing. This article will help you understand the basics of designing a MCPCB and how to produce the perfect multilayer PCB.

The first step in the manufacturing process involves creating a multilayer PCB design and output from an electronic design automation software. Once you’ve created your design, you can go to the next step – printing a copy of the MCPCB. Make sure to print your MCPCB on a clean surface. Once you have printed your board, you can use a chemical to remove excess copper from the surface. Make sure to punch a line with a neat alignment.

Aluminum MCPCB

Aluminum MCPCB is a popular choice for PCB base material. This material has excellent thermal conductivity and excellent heat dissipation. It is also relatively cheaper than copper. However, it is important to choose the right material for your needs. You can find aluminum MCPCB at most electronics stores.

Aluminum is often used to produce flat MCPCBs. This material is also very versatile and can be used for bendable MCPCBs. It is also used for a variety of applications, from automotive to audio equipment. In addition, it has a great thermal conductivity, making it an excellent choice for high-power applications.

Another advantage of aluminum MCPCBs is that they are more resilient to high temperatures. This material can withstand heat of up to 140 degrees Celsius. This material can withstand temperatures as high as 140°C, but its dimensions will expand by about 2.5-3%. While copper-based MCPCBs are more expensive than copper-based ones, they are more reliable and durable. Copper-based MCPCBs also offer the best thermal conductivity among all MCPCB base materials.

Copper MCPCB

Copper MCPCB is an electrical circuit board that has multiple layers of copper. It is often used in high-temperature applications where thermal conductivity and electricity need to be separated. This type of board is also used in automobiles, audio equipment, and power supply equipment. Copper MCPCBs are manufactured using thermoelectric separation technology.

The metal layer on the MCPCB is thermally conductive, requiring the drilling of large mounting holes. This helps to speed up the manufacturing process. Single-layered MCPCBs can be made in a shorter amount of time than double or triple-layer boards, since electroless copper deposition is not required. Single-layer MCPCBs can be made using the same process as FR4 PCB. In contrast, two-layer PTH boards with aluminum on the inside require pre-drilling and filling with insulating material. In addition, a re-drilling step is required to form plated through-holes.

Copper MCPCBs are generally more expensive than aluminum-based PCBs. However, they offer many advantages over aluminum-based boards, including improved thermal conductivity and durability.

Aluminum Dielectric MCPCB

Aluminum PCBs are flat and have a thin layer of conductive dielectric material between them. Also known as aluminum clad or aluminum base PCBs, these PCBs were developed in the 1970s and have since been used widely in electronic devices. These boards have many advantages over standard FR-4 constructions, including improved thermal conductivity, low cost, and flexibility.

MCPCBs are usually used in high-temperature electrical applications that need heat dissipation. For example, they are commonly used in audio equipment, power supply equipment, and automobiles.

Copper Dielectric MCPCB

The dielectric layer separates the copper and metal layers. This layer helps in the dissipation of heat. Its thickness ranges from 35um to 350um and is one to ten oz/ft2. The board is also coated with a solder mask, which covers the entire board.

This type of PCB has a copper layer between two conductor layers. In addition, it has a thin dielectric layer between the two layers. It is similar to FR-4 type PCB materials. However, the dielectric layer is kept thin, thus reducing the distance from the metal plate.

This type of PCB is often used in applications that produce a large amount of heat. It is particularly suited for power electronic devices, as it has a conductive core that dissipates the heat. Its thickness also makes it difficult to cut into smaller pieces. The material is very sturdy, making it a better choice for applications where the circuit board is subjected to high temperatures.

Cara Merencanakan Penumpukan PCB Multilayer

When designing a multilayer PCB, you should take the following factors into consideration. Reference planes for layer 3 signals are usually located on layers 2 and 5. The signals routed on layer 4 use these reference planes. If the reference planes are located on layers far from the signal layers, it’s necessary to use wide traces. This type of tracing is only possible when the common impedance of the layers is equal to 50O or higher.

Using a layer stack manager

Before creating your multilayer pcb stackup, you should first determine what type of technology you intend to use. This will allow you to determine how many layers you’ll need and the layout of each one. Then you should create a schematic using software or computer-aided designs. This will help you test the layout and ensure that it will be functional. The next step is to determine how to place each component, including the types of connections.

The more layers you have on a PCB, the better. This is because more layers increase the flow of energy and reduce electromagnetic interference. More layers also allow you to place more electronics on one board.

Using multiple ground planes

The first step in PCB stackup design is to determine the number of layers. Then, it’s time to decide where to place the inner layer and how to distribute signals between the layers. By following the correct plan, you can minimize wiring and production costs.

The signal layer must be adjacent to the ground planes. This helps to reduce radiation and ground impedance. The power and mass planes must also be coupled together. To achieve this goal, the best mode of multilayer pcb stackup is an 8-layer stackup. However, the configuration can be adjusted based on the needs of the application.

A critical factor in multilayer pcb stackup design is the arrangement of the power and signal layers. The order of the layers is very important, as it can affect radiation from the loops on the board. Therefore, it’s important to avoid arranging the layers in an arbitrary order.

Bow and twist

When planning a multilayer PCB stackup, it is important to consider bow and twist as well as symmetrical copper weights. It is also important to consider core thickness and prepreg. These design elements can help avoid bow and twist, which can cause the PCB to shift during assembly. In addition, using symmetrical layer stackups is an excellent way to prevent the occurrence of this problem.

The layout of a multilayer PCB is a complex undertaking, and a careful approach is necessary to ensure that the final design is safe. Multilayer PCBs can get extremely hot and can affect the performance of nearby circuits. Therefore, it is important to use a material that is designed for a specific temperature range. In addition, asymmetrical designs with different thicknesses are prone to bowing and twisting. The best approach is to plan your multilayer PCB stackup based on your design’s functionality, manufacturing process, and deployment.

Calculating differential impedance

When planning multilayer PCB stackups, it is necessary to calculate the differential impedance of the tracks on each layer of the PCB. This is a crucial step in the process because the wrong calculation can lead to inaccurate results. The IPC-A-600G standard defines the etch factor as the ratio of the thickness (t) to half the difference between W1 and W2. After determining the desired impedance of the circuit boards, the next step is to calculate the etch factor of each layer.

The first step is to determine the reference plane. This plane must be connected to the ground plane. The bottom layer should have a reference power plane and a ground plane. The top layer should contain a primary high-speed routing layer.

Managing a good stackup

The process of multilayer PCB design is both an art and a science. It involves layer placement and spacing, as well as the routing of vias between layers. It also involves the arrangement of power/ground plane pairs. The stackup must be able to support the design requirements of the manufacturer.

A good multilayer PCB design software should have features that can help you manage a multilayer stackup. It should have tools for defining board size, capturing schematics, placing components, routing traces, and managing component data. It should also support a large variety of material types and include customizable via options.

A good multilayer PCB stackup should also include a balanced ground plane after every signal layer. Managing a good multilayer PCB stackup can help you achieve excellent signal integrity and EMC performance. However, it is important to remember that every additional layer will raise the manufacturing cost and design requirements. However, if you’re working with an experienced PCB manufacturer, this trade-off can be worth it.

Diskusi Singkat tentang Beberapa Performa Teknis Penting Tinta PCB

Tinta PCB adalah komponen penting dalam proses fabrikasi. Kinerjanya bergantung pada beberapa karakteristik, termasuk viskositas, plastisitas, daya rekat, kekerasan, dan ketahanan terhadap air dan pelarut. Tinta ini juga memiliki sifat yang membantunya tahan terhadap suhu dan asam serta alkali. Selain itu, ini dapat larut, yang membantunya bertindak sebagai bahan pengikat.

Viskositas

Viskositas tinta PCB merupakan faktor penting dalam sablon, salah satu proses manufaktur PCB yang paling penting. Tinta harus memiliki viskositas tinggi dan thixotropy yang baik untuk memastikan reproduksi gambar yang akurat. Viskositas adalah gesekan internal yang dihadapi cairan saat diaduk atau diaduk. Cairan yang lebih kental memiliki resistensi yang lebih besar sementara cairan yang lebih encer memiliki resistensi yang lebih kecil. Viskositas tinta PCB diukur dalam poise. Ini dapat sangat bervariasi berdasarkan suhu.

Kekentalan tinta papan sirkuit PCB tergantung pada jenis papan PCB dan proses pencetakan. Viskositas yang tinggi dapat menyebabkan kebocoran dan kerusakan pada tepi grafis. Untuk menghindari masalah ini, penting untuk mengurangi viskositas tinta PCB. Hal ini dapat dicapai melalui penggunaan pengencer.

Plastisitas

Plastisitas tinta PCB bisa menjadi masalah besar bagi printer layar, tetapi ini bisa diatasi melalui pengencer. Menggunakan pengencer akan mengurangi viskositas tinta PCB, sehingga memberikan resolusi yang lebih tinggi pada printer. Selain itu, ini juga akan memungkinkan printer mencapai tingkat resolusi yang lebih tinggi tanpa risiko noda atau masalah lain yang disebabkan oleh tinta dengan viskositas tinggi.

Tinta PCB digunakan dalam sablon dan proses pencetakan lainnya. Tinta ini memiliki beberapa sifat, termasuk daya sembunyi yang tinggi, viskositas tinggi, dan opasitas. Tinta ini biasanya berwarna putih, tetapi juga dapat diwarnai, atau memiliki teks, simbol, atau jenis informasi lain yang tercetak di atasnya. Dengan cara ini, tinta ini dapat menyoroti informasi penting atau memperingatkan bahaya.

Kandungan resin

Langkah pertama dalam membersihkan tinta PCB yaitu, menghilangkan resin yang berlebih. Untuk melakukan ini, Anda bisa menggunakan selembar film transparansi dan menekannya secara lembut pada PCB. Kemudian, gunakan tisu untuk menyeka kelebihan resin. Pastikan Anda tidak mengekspos bantalan tembaga atau karya seni tambahan, karena mungkin tertutup oleh resin.

Biasanya, tinta penahan solder akan mengandung resin epoksi fotosensitif. Jenis resin ini mengandung senyawa yang mengandung gugus kalkon dan bahan pengawet. Bahan-bahan lain dalam tinta PCB termasuk pelarut organik dan pengisi. Kandungan resin pada tinta PCB dapat menyebabkan berkurangnya resistansi dielektrik dan dapat menyebabkan korsleting atau melepuh pada PCB.

Adhesi

Daya rekat tinta PCB merupakan aspek penting dalam proses manufaktur. Daya rekat tinta PCB bergantung pada jenis dan substratnya. Beberapa jenis yang umum digunakan adalah UV, termal, dan fotosensitif. Jenis-jenis tinta ini sangat baik dalam daya rekatnya pada berbagai jenis substrat.

PCB tinta karbon memiliki daya rekat yang sangat baik dan ketahanan terhadap pengelupasan. Tingkat perubahan resistansinya sekitar 10%. Resistansi kuadratnya sekitar 20 ohm, yang membuatnya sangat baik dalam pengemasan komponen elektronik. Akibatnya, sering digunakan sebagai alternatif untuk kunci emas dan logam mahal lainnya.

Resistivitas

Resistivitas adalah properti material. Ada banyak jenis resistensi yang berbeda, termasuk Resistivitas Listrik, Resistensi Spesifik, Resistivitas Curah, dan Resistivitas Volume. Beberapa bahan memiliki resistivitas yang lebih tinggi daripada yang lain, dan beberapa memiliki resistivitas yang lebih rendah daripada yang lain. Tahanan juga dapat bergantung pada suhu. Sebagai contoh, tembaga dapat bervariasi dalam hal resistivitas, tergantung pada persiapan dan formulasinya.

Dalam fabrikasi papan sirkuit cetak, penting untuk mengukur resistivitas tinta. Secara umum, resistansi diukur sebagai rasio impedansi awal terhadap resistansi yang diawetkan. Pengukuran ini memberikan referensi yang berguna apabila mengoptimalkan konduktivitas perangkat cetak.