Условия эксплуатации аэрокосмического оборудования можно охарактеризовать как «экстремальные» -: от сильных вибраций во время запусков ракет, аэродинамического нагрева в атмосфере до экстремальных перепадов температур (от -270 до более 120 градусов) и сильной радиации в космосе. Выход из строя любого электронного компонента может привести к провалу миссии. Будучи «скелетом» электронных систем, печатная плата должна поддерживать стабильность соединений и надежность передачи сигналов в такой среде, среди которых устойчивость к высоким температурам является одним из основных показателей, а ее технические требования намного превосходят требования обычных печатных плат промышленного класса.
Основные технические требования к печатным платам, устойчивым к высоким-температурам в аэрокосмической отрасли
Печатные платы, устойчивые к высоким-температурам в аэрокосмической отрасли, не просто стремятся к «значениям термостойкости», но и должны соответствовать нескольким показателям производительности одновременно в средах с высокими-температурами, и их технические трудности заключаются в трех аспектах:
Специальный выбор системы материалов является основой устойчивости к высоким температурам. Температура стеклования обычных материалов FR4 трудно выдержать при длительно высоких температурах, поэтому необходимо использовать специальные подложки, такие как полиимид и керамические наполнители. Эти материалы не только могут стабильно работать при температуре выше 200 градусов в течение длительного времени, но также должны иметь низкое влагопоглощение, радиационную стойкость и другие характеристики, чтобы избежать разложения подложки и ухудшения диэлектрических характеристик при высоких температурах. В то же время за счет сочетания бескислородной меди высокой-чистоты в качестве проводящего слоя обеспечивается проводимость и антиоксидантная способность при высоких температурах.
Повышение надежности конструкции является ключом к работе в сложных условиях. Тенденция миниатюризации в аэрокосмическом оборудовании требует, чтобы печатные платы использовали многослойную структуру со смешанным давлением, интегрируя больше функциональных модулей с помощью таких конструкций, как заглубленные глухие отверстия и ступенчатые канавки. Однако много-слойные структуры склонны к межслоевому напряжению из-за различий в коэффициентах теплового расширения разных материалов во время циклического воздействия высоких-температур. Следовательно, необходимо оптимизировать конструкцию укладки (например, добавить буферные слои) и улучшить процесс сжатия, чтобы обеспечить прочность межслойного соединения и избежать таких проблем, как расслоение и растрескивание. Например, в печатной плате модулей спутниковой связи многослойная структура должна одновременно содержать радиочастотные цепи и схемы управления питанием, а сопротивление межслойной изоляции должно оставаться стабильным при высоких температурах, чтобы предотвратить помехи сигнала, вызванные утечкой.
Точный контроль прецизионных производственных процессов определяет конечную производительность. При обработке печатных плат, устойчивых к высоким-температурам, необходимо сбалансировать требования к высокой точности и устойчивости к высоким температурам: для обеспечения стабильности пути передачи сигнала в схемной графике необходимо обеспечить тонкую ширину и расстояние между линиями с помощью высокоточной-технологии травления; Металлизированные отверстия требуют специальных процессов гальванического покрытия, чтобы обеспечить равномерную толщину меди и адгезию покрытия, избегая разрушения меди при высоких температурах. Кроме того, при обработке поверхности часто используются процессы химического никель-золотого или золотого покрытия, чтобы повысить-стойкость паяльных площадок к высокотемпературному окислению и обеспечить долгосрочную-надежность пайки компонентов.
Ключ к производству печатных плат, устойчивых к высоким температурам в аэрокосмической отрасли
Для достижения вышеуказанных технических требований в производственном процессе необходимо установить строгие стандарты контроля материалов, параметров процесса, контроля качества и других аспектов:
В процессе контроля материалов необходимо проводить комплексные испытания подложек, полуотвержденных листов, медной фольги и т. д., включая испытания на устойчивость к высоким температурам (например, изменение внешнего вида и характеристик после длительной-высоко-температурной сушки), испытания на стабильность диэлектрической проницаемости и т. д., чтобы гарантировать однородность каждой партии материалов. Квалификация поставщика должна контролироваться с самого начала, особенно в случае специальных материалов, устойчивых к высоким-температурам, чтобы избежать колебаний производительности, вызванных различиями в партиях материалов.
Оптимизация процесса должна целенаправленно решать проблемы, связанные с высокими температурами. Например, в процессе ламинирования температурную кривую и параметры давления необходимо регулировать в соответствии с характеристиками подложки, чтобы обеспечить достаточное соединение между различными слоями материала; Процесс травления требует контроля скорости и однородности травления, чтобы избежать повреждения поверхности-подложек при высоких температурах, вызванного коррозией травильного раствора. В то же время весь производственный процесс должен осуществляться в чистой среде, чтобы уменьшить влияние пыли и примесей на характеристики изоляции при высоких температурах.
Тестирование качества должно выходить за рамки обычных стандартов и уделять особое внимание стабильности производительности в условиях высоких-температур. Помимо базовых испытаний проводимости и испытаний изоляции, для проверки надежности печатных плат в экстремальных условиях также требуются испытания термоимпеданса (имитация характеристик передачи сигнала при высоких температурах) и испытания при хранении при высоких-температурах (оценка снижения производительности после длительных-высоких температур). Однако следует отметить, что этот тип испытаний фокусируется на стабильности материала и конструкции самой печатной платы.