Notizie PCB - Come scegliere i materiali PCB per i sistemi di comunicazione satellitare?

Come scegliere i materiali PCB per i sistemi di comunicazione satellitare?

Produttore di PCB: lo spazio è il dominio dell'esplorazione umana, ma i satelliti orbitanti che forniscono comunicazioni satellitari (satcom) alla terra e alle sue infrastrutture affiliate sembrano ancora così lontani dalla portata. Per le apparecchiature elettroniche, lo spazio può essere uno dei suoi peggiori ambienti di lavoro e i vari componenti del satellite non devono fallire. I sistemi di comunicazione satellitare richiedono materiali PCB per mantenere eccellenti prestazioni e alta affidabilità in ambienti difficili e in orbita. Pochi materiali PCB possono soddisfare i requisiti esigenti e impegnativi dei sistemi satellitari e solo quei materiali PCB con caratteristiche speciali possono essere competenti.

Che tipo di materiali PCB possono soddisfare l'ambiente di lavoro nello spazio? Per i satelliti che lavorano in un ambiente vuoto, il basso tasso di uscita dei materiali PCB è una condizione cruciale. La velocità di uscita è il rilascio di gas intrappolati nei solidi, come quelli nei materiali PCB. Una volta rilasciato il gas, può condensarsi sulle superfici di diversi dispositivi nel satellite, causando malfunzionamenti nei circuiti e nei sistemi.

Di solito il processo di deflazione è molto lento, richiede molto tempo e richiede un rilevamento preciso per determinare la quantità di deflazione del materiale PCB. L'American National Standards Institute (ANSI) ha sviluppato un metodo di prova per la velocità di uscita e lo ha definito nella norma ANSI/ASTM E595-84. La National Aeronautics and Space Administration (NASA) utilizza questo standard in combinazione con il suo metodo di prova interno SP-R-022A per testare il cambiamento di massa del materiale dopo la deflazione in condizioni di vuoto per valutare il tasso di uscita.

La serie TMM di materiali PCB termoindurenti ha dimostrato di essere applicabile ai sistemi di comunicazione satellitare che richiedono alta affidabilità. È composto da una serie di ceramiche, idrocarburi e polimeri termoindurenti. La sua costante dielettrica (valore Dk) nella direzione dell'asse z (direzione dello spessore) varia da 3,27 a 12,85, e le sue eccellenti caratteristiche sono molto adatte per satelliti in orbita e ambienti di lavoro altrettanto impegnativi.

Oltre alle condizioni di vuoto, i materiali PCB nello spazio devono essere in grado di essere applicati a varie temperature estreme oltre le applicazioni convenzionali. L'ambiente spaziale è solitamente freddo e buio. Quando il satellite è all'ombra della terra, la temperatura ambiente sarà piuttosto bassa perché non vi è alcuna regolazione atmosferica. Al contrario, quando il satellite è esposto alla luce solare, l'ambiente operativo del satellite può raggiungere la temperatura di una stufa. I satelliti in orbita continuano a circolare a temperature così estreme. Sia nell'applicazione di satelliti geostazionari o satelliti geostazionari, porterà un grande shock di temperatura ai materiali del circuito stampato, quindi i materiali PCB devono avere proprietà termiche particolarmente buone.

Come misurare se i materiali PCB sono adatti per i satelliti? Uno degli indicatori caratteristici chiave è: il tasso di cambiamento della costante dielettrica del materiale PCB con la temperatura di esercizio. Idealmente, i materiali PCB utilizzati nello spazio possono non solo essere adatti a un ampio intervallo di temperatura, ma anche avere cambiamenti molto piccoli nella costante dielettrica all'interno di questo intervallo di temperatura. Il coefficiente di temperatura della costante dielettrica (TCDk) del materiale PCB può chiaramente riflettere la stabilità del materiale. In sistemi commerciali, industriali, militari e ambienti spaziali, i materiali PCB devono resistere a grandi fluttuazioni di temperatura. L'impedenza caratteristica della maggior parte delle linee di trasmissione ad alta frequenza utilizzate nelle comunicazioni satellitari è 50Ω. I cambiamenti nella costante dielettrica dei materiali PCB causeranno cambiamenti nell'impedenza caratteristica, portando a differenze nelle prestazioni del circuito, come cambiamenti nelle caratteristiche di ampiezza e fase.

Nelle applicazioni del circuito spaziale, è necessario utilizzare materiali PCB con un coefficiente di temperatura basso del valore costante dielettrico (TCDk), che può ridurre il cambiamento di prestazione causato dal cambiamento di temperatura della costante dielettrica. La gamma di temperatura di lavoro della progettazione del materiale TMM può essere da -55Â ° C a +125Â ° C, che può far fronte alla temperatura estrema dei satelliti nell'ambiente spaziale. A temperature estreme, la costante dielettrica di questi materiali PCB cambia molto poco. Per i materiali TMM con il valore costante dielettrico più basso, la costante dielettrica aumenterà leggermente; per i materiali TMM con un valore costante dielettrico pari o superiore a 6, la costante dielettrica La costante diminuirà leggermente.

Ad esempio, per un laminato TMM3 con una costante dielettrica di 3,27 nella direzione dell'asse z (spessore) ad una frequenza di 10 GHz, il TCDk è molto basso, solo +37 ppm/°K. Un altro materiale PCB TMM la cui costante dielettrica cambia nella direzione positiva è il laminato TMM4, che ha una costante dielettrica di 4,50 sull'asse z ad una frequenza di 10 GHz. La diminuzione della costante dielettrica del materiale PCB TMM6 con variazioni di temperatura è quasi trascurabile. La sua costante dielettrica in direzione dell'asse z è 6,00 e ha un TCDk molto basso di -11 ppm/°K. Generalmente, i materiali PCB con un valore assoluto di TCDk inferiore o uguale a 50 ppm/°K sono considerati avere caratteristiche di temperatura abbastanza buone.

La serie TMM di materiali PCB fornisce ai progettisti di circuiti un'ampia gamma di valori di permittività selezionabili. I progettisti possono realizzare miniaturizzazione del circuito e risparmiare spazio scegliendo il valore costante dielettrico del materiale PCB. Ciò può essere ottenuto utilizzando un materiale PCB con un valore costante dielettrico più elevato (la dimensione del circuito di un circuito con un materiale PCB a basso valore costante dielettrico è relativamente grande quando la linea di trasmissione ha lo stesso circuito di impedenza caratteristico). Di solito il prezzo di tale miniaturizzazione del circuito è il materiale leggermente più povero TCDk, anche se questo non è il caso dei materiali TMM con valori costanti dielettrici più elevati. Ad esempio, il materiale TMM10 ha un valore costante dielettrico dell'asse z di 9,20 a 10 GHz, che ha un valore TCDk inferiore a -38 ppm/°K. Per ottenere miniaturizzazione estrema, la costante dielettrica del materiale PCB TMM13i nell'asse z è 12,85 e il suo valore TCDk è -70 ppm / °K, che è ancora accettabile.

Il materiale PCB TMM13i è altamente isotropo e i suoi valori costanti dielettrici nei tre assi direzionali (X, Y, Z) sono tutti vicini a 12,85. La maggior parte dei materiali sono anisotropi, e la costante dielettrica dell'asse z è diversa dai valori costanti dielettrici dell'asse x e y. Per la maggior parte dei circuiti, come le linee microtrip e i circuiti stripline, la preoccupazione principale è la costante dielettrica nella direzione dell'asse z, perché la maggior parte del campo elettromagnetico (EM) di queste linee di trasmissione passa attraverso questa direzione del materiale. Ma per i circuiti con campi EM nel piano x-y, i materiali isotropi possono fornire prestazioni prevedibili. Per i circuiti che hanno bisogno di utilizzare materiali isotropi, il materiale TMM10i ha migliori proprietà isotropiche ed è una versione aggiornata del materiale standard TMM10. Il valore costante dielettrico dell'asse z del materiale TMM10i è leggermente superiore a quello del materiale TMM10. TMM10i ha una costante dielettrica dell'asse z di 9,80 ad una frequenza di 10GHz e il materiale TMM10 è 9,20.

I cambiamenti di temperatura svolgono un ruolo decisivo nella scelta dei materiali PCB utilizzati nello spazio e un altro parametro chiave a cui i progettisti di circuiti si preoccupano è il coefficiente di espansione termica (CTE) dei materiali PCB. CTE può essere utilizzato per misurare i cambiamenti dimensionali dei materiali PCB durante il riscaldamento e il raffreddamento. Poiché la maggior parte dei materiali PCB si espanderà e si contrarrà in una certa misura, i materiali con un CTE di 0 ppm/°K sono molto rari. Idealmente, il valore CTE dovrebbe essere il più basso possibile o vicino al valore dei materiali conduttivi, come la lamina di rame che copre il materiale PCB (CTE è di circa 17 ppm/°C), in modo che il mezzo e la lamina di rame a contatto tra loro possano produrre cambiamenti minimi con lo stress della temperatura. Il valore CTE del materiale TMM sui tre assi (X, Y, Z) varia da 15 a 26 ppm/°K, che è abbastanza vicino al rame. Pertanto, anche in un ambiente satellitare con un ampio intervallo di temperatura, il suo circuito ha ancora un'elevata affidabilità. ipcb è un produttore di PCB di alta precisione e di alta qualità, come: PCB isola 370hr, PCB ad alta frequenza, PCB ad alta velocità, substrato ic, scheda di prova ic, PCB di impedenza, PCB HDI, PCB Rigid-Flex, PCB cieco sepolto, PCB avanzato, PCB a microonde, PCB telfon e altri ipcb sono buoni nella produzione di PCB.