สภาพแวดล้อมการทำงานของอุปกรณ์การบินและอวกาศสามารถอธิบายได้ว่า "รุนแรง" - ตั้งแต่การสั่นสะเทือนที่รุนแรงในระหว่างการปล่อยจรวด ความร้อนตามหลักอากาศพลศาสตร์ในชั้นบรรยากาศ ไปจนถึงความแตกต่างของอุณหภูมิที่รุนแรง (-270 องศาถึงมากกว่า 120 องศา ) และการแผ่รังสีที่รุนแรงในอวกาศ ความล้มเหลวของส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ใดๆ สามารถนำไปสู่ความล้มเหลวของภารกิจได้ ในฐานะ "โครงกระดูก" ของระบบอิเล็กทรอนิกส์ แผงวงจรพิมพ์จำเป็นต้องรักษาเสถียรภาพของการเชื่อมต่อวงจรและความน่าเชื่อถือของการส่งสัญญาณในสภาพแวดล้อมดังกล่าว ซึ่งความต้านทานต่ออุณหภูมิสูงเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดหลัก และข้อกำหนดทางเทคนิคของบอร์ดนั้นเกินกว่าข้อกำหนดของแผงวงจรพิมพ์เกรดอุตสาหกรรมทั่วไปมาก
ข้อกำหนดทางเทคนิคหลักสำหรับแผงวงจรพิมพ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง-ในอวกาศ
แผงวงจรพิมพ์ที่ทนทานต่ออุณหภูมิสูง-ในสาขาการบินและอวกาศไม่เพียงแต่ตามหา "ค่าความต้านทานอุณหภูมิ" เท่านั้น แต่ยังต้องตรงตามตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพหลายตัวพร้อมกันในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง- และปัญหาทางเทคนิคของบอร์ดนั้นมุ่งเน้นไปที่สามด้าน:
ระบบวัสดุที่คัดสรรเป็นพิเศษเป็นรากฐานของประสิทธิภาพการต้านทานอุณหภูมิสูง อุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้วของวัสดุ FR4 ทั่วไปเป็นเรื่องยากที่จะรับมือกับอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง และจำเป็นต้องใช้ซับสเตรตพิเศษ เช่น โพลีอิไมด์และตัวเติมเซรามิก วัสดุเหล่านี้ไม่เพียงแต่สามารถทำงานได้อย่างเสถียรในสภาพแวดล้อมที่สูงกว่า 200 องศาเป็นเวลานานเท่านั้น แต่ยังต้องมีการดูดซับความชื้นต่ำ ความต้านทานต่อรังสี และคุณลักษณะอื่นๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวของสารตั้งต้นและการเสื่อมประสิทธิภาพไดอิเล็กทริกที่อุณหภูมิสูง ในเวลาเดียวกัน ด้วยการรวมทองแดงปราศจากออกซิเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง-เป็นชั้นนำไฟฟ้า จะทำให้มั่นใจได้ถึงสภาพการนำไฟฟ้าและความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระที่อุณหภูมิสูง
การเพิ่มความน่าเชื่อถือของการออกแบบโครงสร้างเป็นกุญแจสำคัญในการจัดการกับสภาพแวดล้อมที่ซับซ้อน แนวโน้มของการย่อขนาดในอุปกรณ์การบินและอวกาศต้องใช้แผงวงจรพิมพ์ที่ใช้โครงสร้างแรงดันผสมหลาย-ชั้นสูง โดยบูรณาการโมดูลที่ใช้งานได้มากขึ้นผ่านการออกแบบ เช่น รูตันที่ฝังไว้และร่องแบบขั้นบันได อย่างไรก็ตาม โครงสร้างหลาย-ชั้นมีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดระหว่างชั้นเนื่องจากความแตกต่างในค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนของวัสดุที่แตกต่างกันระหว่างการหมุนเวียนที่อุณหภูมิสูง- ดังนั้นจึงจำเป็นต้องปรับการออกแบบการซ้อนให้เหมาะสม (เช่น การเพิ่มชั้นบัฟเฟอร์) และปรับปรุงกระบวนการบีบอัดเพื่อให้แน่ใจว่ามีความแข็งแรงในการยึดเกาะระหว่างชั้น และหลีกเลี่ยงปัญหา เช่น การหลุดร่อนและการแตกร้าว ตัวอย่างเช่น ในแผงวงจรพิมพ์ของโมดูลการสื่อสารผ่านดาวเทียม โครงสร้างหลาย-ชั้นสูงจำเป็นต้องส่งวงจร RF และวงจรการจัดการพลังงานไปพร้อมๆ กัน และความต้านทานของฉนวนระหว่างชั้นจำเป็นต้องคงที่ที่อุณหภูมิสูงเพื่อป้องกันสัญญาณรบกวนที่เกิดจากการรั่วไหล
การควบคุมกระบวนการผลิตที่แม่นยำแม่นยำจะกำหนดประสิทธิภาพขั้นสุดท้าย การประมวลผลวงจรของแผงวงจรพิมพ์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง-จำเป็นต้องสร้างสมดุลระหว่างความต้องการที่มีความแม่นยำสูงและทนต่ออุณหภูมิสูง: กราฟิกวงจรจำเป็นต้องมีความกว้างของเส้นละเอียดและระยะห่างผ่านเทคโนโลยีการแกะสลักที่มีความแม่นยำสูง- เพื่อให้มั่นใจถึงความเสถียรของเส้นทางการส่งสัญญาณ รูที่เคลือบโลหะต้องใช้กระบวนการชุบโลหะแบบพิเศษเพื่อให้แน่ใจว่าทองแดงมีความหนาสม่ำเสมอและการยึดเกาะของสารเคลือบ ป้องกันการแตกหักของทองแดงที่อุณหภูมิสูง นอกจากนี้ การรักษาพื้นผิวมักใช้ทองนิกเกิลเคมีหรือกระบวนการชุบทองเพื่อเพิ่ม-ความต้านทานการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูงของแผ่นบัดกรี และรับประกันความน่าเชื่อถือ-ในระยะยาวของการบัดกรีส่วนประกอบ
กุญแจสำคัญในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ทนอุณหภูมิสูงด้านการบินและอวกาศ
เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดทางเทคนิคข้างต้น กระบวนการผลิตจำเป็นต้องสร้างมาตรฐานที่เข้มงวดในการควบคุมวัสดุ พารามิเตอร์ของกระบวนการ การตรวจสอบคุณภาพ และด้านอื่นๆ:
ในกระบวนการควบคุมวัสดุ จำเป็นต้องทำการทดสอบที่ครอบคลุมบนพื้นผิว แผ่นกึ่งแห้ง ฟอยล์ทองแดง ฯลฯ รวมถึงการทดสอบความต้านทานต่ออุณหภูมิสูง (เช่น รูปลักษณ์และการเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพหลังจากการอบด้วยอุณหภูมิสูง-ในระยะเวลานาน-) การทดสอบความเสถียรคงที่ของไดอิเล็กทริก ฯลฯ เพื่อให้มั่นใจถึงความสม่ำเสมอของวัสดุแต่ละชุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุทนอุณหภูมิสูงพิเศษ- คุณสมบัติของซัพพลายเออร์จำเป็นต้องได้รับการควบคุมจากแหล่งที่มา เพื่อหลีกเลี่ยงความผันผวนของประสิทธิภาพที่เกิดจากความแตกต่างในชุดวัสดุ
การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการจำเป็นต้องจัดการกับความท้าทายที่เกิดจากอุณหภูมิสูงในลักษณะที่เป็นเป้าหมาย ตัวอย่างเช่น ในระหว่างกระบวนการเคลือบ จะต้องปรับเส้นโค้งอุณหภูมิและพารามิเตอร์ความดันตามลักษณะของพื้นผิวเพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดเกาะที่เพียงพอระหว่างชั้นวัสดุที่แตกต่างกัน กระบวนการแกะสลักจำเป็นต้องควบคุมอัตราการแกะสลักและความสม่ำเสมอเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายที่พื้นผิวต่อพื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูง- ซึ่งเกิดจากการกัดกร่อนของสารละลายกัดกรด ในเวลาเดียวกัน กระบวนการผลิตทั้งหมดจะต้องดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่สะอาด เพื่อลดผลกระทบของฝุ่นและสิ่งสกปรกต่อประสิทธิภาพของฉนวนที่อุณหภูมิสูง
การทดสอบคุณภาพจำเป็นต้องเหนือกว่ามาตรฐานทั่วไป โดยเน้นที่ความเสถียรของประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง- นอกเหนือจากการทดสอบการนำไฟฟ้าพื้นฐานและการทดสอบฉนวนแล้ว การทดสอบความต้านทานความร้อน (การจำลองลักษณะการส่งสัญญาณที่อุณหภูมิสูง) และการทดสอบ-การเก็บรักษาที่อุณหภูมิสูง (การประเมินประสิทธิภาพการเสื่อมลงหลังจากอุณหภูมิสูง-ในระยะยาว) ยังเป็นสิ่งจำเป็นในการตรวจสอบความน่าเชื่อถือของแผงวงจรพิมพ์ภายใต้สภาวะที่รุนแรง อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าการทดสอบประเภทนี้มุ่งเน้นไปที่วัสดุและความเสถียรของโครงสร้างของแผงวงจรพิมพ์นั่นเอง