PCB-Neuigkeiten - Wie wählt man Leiterplattenmaterialien für Satellitenkommunikationssysteme aus?

Wie wählt man Leiterplattenmaterialien für Satellitenkommunikationssysteme aus?

LeiterplattenherstellerDer Weltraum ist die Domäne der menschlichen Erforschung, but the orbiting satellites that provide satellite communications (satcom) to the earth and its affiliated infrastructure still seem so far out of reach. Für elektronische Geräte, Der Raum könnte eine seiner schlechtesten Arbeitsumgebungen sein, und die verschiedenen Komponenten des Satelliten dürfen nicht versagen. Satellitenkommunikationssysteme erfordern LeiterplatteMaterialien zur Aufrechterhaltung ausgezeichneter Leistung und hoher Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen und im Umlaufbetrieb. Nur wenige Leiterplattenmaterialien können die anspruchsvollen und anspruchsvollen Anforderungen von Satellitensystemen erfüllen, und nur diejenigen PCB-Materialien mit speziellen Eigenschaften können kompetent sein.

Welche Art von Leiterplattenmaterialien kann die Arbeitsumgebung im Raum treffen? Für Satelliten, die in einer Vakuumumgebung arbeiten, ist die geringe Ausgasungsrate von Leiterplattenmaterialien eine entscheidende Bedingung. Ausgasungsrate ist die Freisetzung von Gasen, die in Feststoffen eingeschlossen sind, z. B. in Leiterplattenmaterialien. Sobald das Gas freigesetzt wird, kann es auf den Oberflächen verschiedener Geräte im Satelliten kondensieren, was zu Störungen in Schaltungen und Systemen führen kann.

Normalerweise ist der Deflationsprozess sehr langsam, dauert eine lange Zeit und erfordert eine genaue Erkennung, um die Menge der Deflation des Leiterplattenmaterials zu bestimmen. Das American National Standards Institute (ANSI) entwickelte eine Testmethode für die Ausgasungsrate und definierte sie in der Norm ANSI/ASTM E595-84. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) verwendet diesen Standard in Verbindung mit ihrer internen Prüfmethode SP-R-022A, um die Massenänderung des Materials nach Deflation unter Vakuumbedingungen zu testen, um die Ausgasungsrate zu bewerten. Tests ergaben, dass Materialien auf der Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE), wie RogersRT/Duroid und TMM Kohlenwasserstoffverbundwerkstoffen, eine hohe Ausgasungsbeständigkeit aufweisen.

Die thermohärtenden Leiterplattenmaterialien der TMM-Serie sind nachweislich auf Satellitenkommunikationssysteme anwendbar, die eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Es besteht aus einer Reihe von Keramiken, Kohlenwasserstoffen und duroplastischen Polymeren. Seine Dielektrizitätskonstante (Dk-Wert) in z-Achsenrichtung (Dickenrichtung) reicht von 3,27 bis 12,85 und seine hervorragenden Eigenschaften eignen sich sehr gut für Umlaufbahnen von Satelliten und ähnlich anspruchsvollen Arbeitsumgebungen.

Neben Vakuumbedingungen müssen Leiterplattenmaterialien im Weltraum über herkömmliche Anwendungen hinaus auf verschiedene extreme Temperaturen aufgebracht werden können. Die Raumumgebung ist in der Regel kalt und dunkel. Wenn sich der Satellit im Schatten der Erde befindet, wird die Umgebungstemperatur ziemlich niedrig sein, da es keine atmosphärische Regulierung gibt. Im Gegenteil, wenn der Satellit Sonnenlicht ausgesetzt ist, kann die Betriebsumgebung des Satelliten die Temperatur eines Ofens erreichen. Satelliten im Orbit fahren unter solchen extremen Temperaturen weiter. Ob bei der Anwendung von geostationären Satelliten oder geostationären Satelliten, es bringt große Temperaturschocks auf die Leiterplattenmaterialien, so dass Leiterplattenmaterialien besonders gute thermische Eigenschaften haben müssen.

Wie man misst, ob PCB-Materialien für Satelliten geeignet sind? Einer der wichtigsten charakteristischen Indikatoren ist: die Veränderungsrate der Dielektrizitätskonstante des Leiterplattenmaterials mit der Betriebstemperatur. Idealerweise, PCB-Materialien, die im Weltraum verwendet werden, können nicht nur für einen weiten Temperaturbereich geeignet sein, aber auch sehr geringe Änderungen der Dielektrizitätskonstante innerhalb dieses Temperaturbereichs aufweisen. The temperature coefficient of dielectric constant (TCDk) of the PCB material can clearly reflect the stability of the material. Im kommerziellen Bereich, Industrie, Militärsysteme, und Weltraumumgebungen, Leiterplattenmaterialien müssen großen Temperaturschwankungen standhalten. Die charakteristische Impedanz der meisten Hochfrequenz-Übertragungsleitungen, die in der Satellitenkommunikation verwendet werden, beträgt 50Ω. Änderungen der Dielektrizitätskonstante von Leiterplattenmaterialien führen zu Änderungen der charakteristischen Impedanz, was zu Unterschieden in der Schaltungsleistung führt, wie Änderungen der Amplitude und Phasencharakteristik.

In Raumfahrtkreisanwendungen ist es notwendig, Leiterplattenmaterialien mit einem niedrigen Temperaturkoeffizienten der dielektrischen Konstante (TCDk)-Wert zu verwenden, der die Leistungsänderung verringern kann, die durch die Temperaturänderung der dielektrischen Konstante verursacht wird. Der Arbeitstemperaturbereich der TMM-Materialkonstruktion kann von -55°C bis +125°C sein, die mit der extremen Temperatur von Satelliten in der Weltraumumgebung umgehen kann. Unter extremen Temperaturen ändert sich die Dielektrizitätskonstante dieser Leiterplattenmaterialien sehr wenig. Bei TMM-Materialien mit dem niedrigsten dielektrischen Konstantwert steigt die dielektrische Konstante leicht an; Für TMM-Materialien mit einem dielektrischen Konstantwert von 6 und höher wird die dielektrische Konstante leicht abnehmen.

Zum Beispiel für ein TMM3 Laminat mit einer Dielektrizitätskonstante von 3,27 in Richtung z (Dicke) bei einer Frequenz von 10 GHz ist der TCDk sehr niedrig, nur +37 ppm/°K. Ein weiteres TMM-Leiterplattenmaterial, dessen Dielektrizitätskonstante sich in die positive Richtung ändert, ist TMM4-Laminat, das eine Dielektrizitätskonstante von 4,50 auf der z-Achse mit einer Frequenz von 10 GHz aufweist. Die Abnahme der Dielektrizitätskonstante von TMM6 PCB Material mit Temperaturänderungen ist fast vernachlässigbar. Seine Dielektrizitätskonstante in z-Achsenrichtung beträgt 6,00 und hat eine sehr niedrige TCDk von -11 ppm/°K. Im Allgemeinen werden PCB-Materialien mit einem absoluten Wert von TCDk kleiner oder gleich 50 ppm/°K als relativ gute Temperatureigenschaften angesehen.

Die Leiterplattenmaterialien der TMM-Serie bieten Schaltungsentwicklern eine breite Palette wählbarer Permittivitätswerte. Designer können Schaltungsminiaturisierung realisieren und Platz sparen, indem sie den dielektrischen Konstantwert des Leiterplattenmaterials wählen. Dies kann erreicht werden, indem ein Leiterplattenmaterial mit einem höheren dielektrischen Konstantwert verwendet wird (die Schaltungsgröße einer Schaltung mit einem niedrigen dielektrischen Konstantwert PCB-Material ist relativ groß, wenn die Übertragungsleitung die gleiche charakteristische Impedanzschaltung aufweist). Normalerweise ist der Preis einer solchen Schaltungsminiaturisierung das etwas schlechtere Material TCDk, obwohl dies bei TMM-Materialien mit höheren dielektrischen Konstanten nicht der Fall ist. Zum Beispiel hat TMM10-Material eine z-Achse dielektrische Konstante von 9,20 bei 10 GHz, die einen TCDk-Wert bis -38 ppm/°K hat. Um eine extreme Miniaturisierung zu erreichen, beträgt die Dielektrizitätskonstante des TMM13i Leiterplattenmaterials in der z-Achse 12,85 und sein TCDk-Wert ist -70 ppm/°K, was immer noch akzeptabel ist.

Das PCB-Material TMM13i ist hoch isotrop, und seine dielektrischen Konstanten in den drei Richtungsachsen (X, Y, Z) liegen alle nahe 12.85. Die meisten Materialien sind anisotrop, und die dielektrische Konstante der z-Achse unterscheidet sich von den dielektrischen Konstanten der x- und y-Achse. Bei den meisten Schaltungen, wie Mikrostreifenleitungen und Streifenschaltungen, ist das Hauptanliegen die dielektrische Konstante in der z-Achse Richtung, da der Großteil des elektromagnetischen Feldes (EM) dieser Übertragungsleitungen durch diese Richtung des Materials verläuft. Aber für Schaltungen mit EM-Feldern in der x-y-Ebene können isotrope Materialien vorhersagbare Leistung liefern. Für Schaltkreise, die isotrope Materialien verwenden müssen, hat TMM10i-Material bessere isotrope Eigenschaften und es ist eine verbesserte Version des Standard-TMM10-Materials. Die z-Achse dielektrische Konstante von TMM10i Material ist etwas höher als der von TMM10 Material. TMM10i hat eine z-Achse dielektrische Konstante von 9.80 bei einer Frequenz von 10GHz, und TMM10 Material ist 9.20.

Temperaturänderungen spielen eine entscheidende Rolle bei der Auswahl der im Weltraum verwendeten Leiterplattenmaterialien, and another key parameter that circuit designers care about is the coefficient of thermal expansion (CTE) of PCB materials. CTE kann verwendet werden, um die Maßänderungen von Leiterplattenmaterialien beim Erhitzen und Kühlen zu messen. Da sich die meisten PCB-Materialien zu einem gewissen Grad ausdehnen und zusammenziehen, Materialien mit einem CTE von 0 ppm/°K sind sehr selten. Idealerweise, Der CTE-Wert sollte so niedrig wie möglich oder nahe dem Wert leitfähiger Materialien sein, such as copper foil covering the PCB material (CTE is about 17 ppm/°C), so dass das Medium und die Kupferfolie in Kontakt miteinander minimale Temperaturänderungen verursachen können Stress. The CTE value of TMM material on the three axes (X, Y, Z) ranges from 15 to 26 ppm/°K, das ziemlich nah an Kupfer ist. Daher, auch in Satellitenumgebungen mit großem Temperaturbereich, seine Schaltung hat noch eine hohe Zuverlässigkeit. ipcb ist eine hochpräzise, hochwertig Leiterplattenhersteller, wie: isola 370hr PCB, Hochfrequenz-Leiterplatte, Hochgeschwindigkeits-PCB, c Substrat, c Prüftafel, Impedanz-Leiterplatte, HDI-Leiterplatte, Rigid-Flex PCB, vergrabene blinde Leiterplatte, Advanced PCB, Mikrowellenplatine, Telfon PCB und andere ipcb sind gut bei der Leiterplattenherstellung.