Prevádzkové prostredie leteckých zariadení možno opísať ako „extrémne“ - od prudkých vibrácií počas štartov rakiet, aerodynamického zahrievania v atmosfére až po extrémne teplotné rozdiely (-270 stupňov až viac ako 120 stupňov) a silné žiarenie vo vesmíre, pričom zlyhanie ktoréhokoľvek elektronického komponentu môže viesť k zlyhaniu misie. Ako „kostra“ elektronických systémov musí doska plošných spojov udržiavať stabilitu spojov obvodov a spoľahlivosť prenosu signálu v takom prostredí, medzi ktoré patrí odolnosť voči vysokej teplote a jej technické požiadavky ďaleko presahujú požiadavky bežných dosiek plošných spojov priemyselnej kvality.
Základné technické požiadavky na dosky plošných spojov odolné voči vysokým teplotám-v letectve
Doska plošných spojov odolná voči vysokým{0}}teplotám v oblasti letectva a kozmonautiky nielenže sleduje „hodnoty teplotnej odolnosti“, ale musí spĺňať viacero výkonnostných ukazovateľov súčasne v prostredí s vysokou-teplotou a jej technické ťažkosti sa zameriavajú na tri aspekty:
Špeciálny výber materiálového systému je základom odolnosti voči vysokej teplote. Teplota skleného prechodu bežných materiálov FR4 sa ťažko vyrovnáva s trvalo vysokými teplotami a je potrebné použiť špeciálne substráty, ako sú polyimidové a keramické plnivá. Tieto materiály nielenže môžu pracovať stabilne v prostrediach nad 200 stupňov po dlhú dobu, ale tiež musia mať nízku absorpciu vlhkosti, odolnosť voči žiareniu a ďalšie charakteristiky, aby sa zabránilo rozkladu substrátu a degradácii dielektrického výkonu pri vysokých teplotách. Kombináciou vysoko čistej -bezkyslíkatej medi ako vodivej vrstvy je zároveň zabezpečená vodivosť a antioxidačná kapacita pri vysokých teplotách.
Zvýšenie spoľahlivosti konštrukčného návrhu je kľúčom k riešeniu zložitých prostredí. Trend miniaturizácie leteckých zariadení vyžaduje, aby dosky s plošnými spojmi prijali vysoko viacvrstvovú štruktúru zmiešaného tlaku, ktorá integruje viac funkčných modulov prostredníctvom dizajnov, ako sú zapustené slepé otvory a stupňovité drážky. Viacvrstvové štruktúry sú však náchylné na medzivrstvové napätie v dôsledku rozdielov v koeficientoch tepelnej rozťažnosti rôznych materiálov počas vysokoteplotných cyklov. Preto je potrebné optimalizovať dizajn stohovania (ako je pridanie vyrovnávacích vrstiev) a zlepšiť proces lisovania, aby sa zabezpečila pevnosť spojenia medzi vrstvami a zabránilo sa problémom, ako je delaminácia a praskanie. Napríklad na doske s plošnými spojmi modulov satelitnej komunikácie musí vysoká viacvrstvová štruktúra súčasne niesť RF obvody a obvody na správu napájania a izolačný odpor medzivrstvy musí zostať stabilný pri vysokých teplotách, aby sa zabránilo rušeniu signálu spôsobenému únikom.
Presná kontrola presných výrobných procesov určuje konečný výkon. Spracovanie obvodov dosiek plošných spojov odolných voči vysokým{1}}teplotám musí vyvážiť požiadavky na vysokú presnosť a odolnosť voči vysokej teplote: grafika obvodov musí dosiahnuť jemnú šírku čiar a rozstupy pomocou technológie vysoko-precízneho leptania, aby sa zabezpečila stabilita prenosovej cesty signálu; Metalizované otvory vyžadujú špeciálne procesy galvanického pokovovania, aby sa zabezpečila rovnomerná hrúbka medi a priľnavosť povlaku, čím sa zabráni lomu medi pri vysokých teplotách. Okrem toho sa pri povrchovej úprave často používa chemické niklové zlato alebo procesy pokovovania zlatom, aby sa zvýšila-odolnosť spájkovacích plôšok proti oxidácii pri vysokej teplote a zabezpečila sa dlhodobá-spoľahlivosť spájkovania komponentov.
Kľúč k výrobe dosiek plošných spojov odolných voči vysokej teplote v letectve
Na dosiahnutie vyššie uvedených technických požiadaviek musí výrobný proces stanoviť prísne normy v oblasti kontroly materiálu, parametrov procesu, kontroly kvality a ďalších aspektov:
V procese kontroly materiálu je potrebné vykonať komplexné testovanie substrátov, polovytvrdených plechov, medených fólií atď., vrátane testov odolnosti voči vysokej teplote (ako sú zmeny vzhľadu a výkonu po dlhodobom -vysokom{2}}pečení pri vysokej teplote), testov stability dielektrickej konštanty atď., aby sa zabezpečila konzistencia každej šarže materiálov. Najmä v prípade špeciálnych materiálov odolných voči vysokým{5}}teplotám je potrebné kvalifikáciu dodávateľa kontrolovať od zdroja, aby sa predišlo výkyvom výkonu spôsobeným rozdielmi v sériách materiálov.
Optimalizácia procesov musí cielene riešiť výzvy, ktoré predstavujú vysoké teploty. Napríklad počas procesu laminácie je potrebné upraviť teplotnú krivku a parametre tlaku podľa charakteristík substrátu, aby sa zabezpečilo dostatočné spojenie medzi rôznymi vrstvami materiálu; Proces leptania vyžaduje kontrolu rýchlosti a rovnomernosti leptania, aby sa predišlo poškodeniu povrchu vysokoteplotných substrátov- spôsobenému koróziou leptacieho roztoku. Zároveň je potrebné, aby celý výrobný proces prebiehal v čistom prostredí, aby sa znížil vplyv prachu a nečistôt na výkon izolácie pri vysokých teplotách.
Testovanie kvality musí ísť nad rámec bežných štandardov so zameraním na stabilitu výkonu v-prostredí s vysokou teplotou. Na overenie spoľahlivosti dosiek plošných spojov v extrémnych podmienkach je okrem základného testovania vodivosti a testovania izolácie potrebné aj testovanie tepelnej impedancie (simulácia charakteristík prenosu signálu pri vysokých teplotách) a testovanie pri vysokej-teplote skladovania (hodnotenie degradácie výkonu po dlhodobo-vysokých teplotách). Treba si však uvedomiť, že tento typ testovania sa zameriava na materiálovú a konštrukčnú stabilitu samotnej dosky plošných spojov.