聚酰亞胺與FR4：哪種最適合航空航天PCB？

人文精神是不屈不撓的。集體而言，我們具有面對(duì)和征服曾經(jīng)似乎無(wú)法克服的障礙的不可否認(rèn)的能力。飛行就是一個(gè)很好的例子。我們之所以驚嘆于鳥(niǎo)類，是因?yàn)樗鼈兡軌螂S意地從一個(gè)地方到另一個(gè)地方飛行，從而避免了在我們例行穿越天空時(shí)避開(kāi)它們。到2020年，估計(jì)全球?qū)⒂?/span>4000萬(wàn)航班載客和/或貨運(yùn)。是的，哇！這不包括軍事或太空飛行。確實(shí)如此；但是，請(qǐng)準(zhǔn)確展示我們?yōu)閷?shí)現(xiàn)目標(biāo)所需的適應(yīng)能力。

盡管對(duì)于任何類型的飛行都有類似的基本要求，但是隨著我們從地球向外延伸，還必須解決其他一些問(wèn)題。這包括驅(qū)動(dòng)，監(jiān)視和控制飛行器的電子系統(tǒng)。對(duì)于太空平臺(tái)，這意味著我們必須開(kāi)發(fā)能夠在太空船超越并超越大氣層的極端環(huán)境條件下運(yùn)行的PCB。衛(wèi)星技術(shù)已部署。這樣做的主要問(wèn)題是選擇最佳的電路板材料。讓我們看一下為什么這對(duì)于航空航天PCB如此重要，然后比較兩個(gè)常見(jiàn)的選擇：聚酰亞胺和FR4；確定哪個(gè)是您開(kāi)發(fā)的更好選擇。

航空航天PCB材料注意事項(xiàng)和偏好

施工過(guò)程PCBA的制造基本上分為兩個(gè)主要階段：制造和組裝。制造的首要選擇是使用哪種材料。不幸的是，這種選擇并不總是得到應(yīng)有的重視。主要原因是許多電路設(shè)計(jì)軟件程序的默認(rèn)介電材料類型基本FR4，適用于廣泛的應(yīng)用。

盡管有時(shí)可接受的足夠好，但有時(shí)也不夠。對(duì)于包括航空航天PCB開(kāi)發(fā)的情況，一種替代材料類型；例如聚酰亞胺，并保證了更好的材料選擇過(guò)程，其中包括了解PCB材料特性以及它們?nèi)绾斡绊懩碾娐钒逯圃?。由于空間系統(tǒng)中使用的電路板必須在危險(xiǎn)環(huán)境中運(yùn)行，因此有必要對(duì)航天電子產(chǎn)品的PCB材料選擇。必須考慮的主要問(wèn)題如下：

航空航天PCB材料的注意事項(xiàng)

l強(qiáng)度

由于航天器發(fā)射和飛行期間可能會(huì)遇到振動(dòng)和機(jī)械應(yīng)力，因此板的強(qiáng)度非常重要。

l耐用性

與幾乎所有其他PCB安裝不同，衛(wèi)星部署實(shí)際上不存在在需要時(shí)進(jìn)行維修和更換板的能力。

l熱阻

面對(duì)極端溫度和變化不斷運(yùn)行的能力是航空航天PCBA的最重要要求之一。

l穩(wěn)定性

太空中的溫度可能會(huì)非常高或極低，這取決于太陽(yáng)的位置和方向。承受這些極限的能力是任何航天器系統(tǒng)的基本要求。

l循環(huán)

除了自身的極端溫度外，航天器及其系統(tǒng)還必須并且必須能夠承受冷熱之間的反復(fù)循環(huán)。

l彈性

并非所有的航天PCB都必須具有彈性或柔韌性。但是，有很多功能，包括多板及其互連（例如，在CubeSat中使用的）。

l耐化學(xué)性

外部化學(xué)污染物的引入會(huì)影響航空系統(tǒng)的內(nèi)部區(qū)域。其中最重要的是空間輻射效應(yīng)。但是，其他類型的污染也是可能的，尤其是在存在水分的情況下。為避免這種情況，對(duì)密封包裝進(jìn)行氮?dú)獯祾吆兔芊?，以使型腔中的水分盡可能少，并使用保形涂層。

航空航天PCB最常用的材料是FR4和聚酰亞胺。FR4是大多數(shù)PCB應(yīng)用中的不錯(cuò)的通用選擇，而聚酰亞胺具有出色的靈活性和散熱特性，使其成為某些部署的最佳選擇。讓我們從上面列出的對(duì)航空航天PCB材料最重要的角度來(lái)看這些選項(xiàng)。

航空板用聚酰亞胺與FR4的比較

航空PCB的制造受到許多法規(guī)的約束 標(biāo)準(zhǔn)。此外，航空航天板必須遵守以下規(guī)范IPC-6012DS 航天和軍用航空電子應(yīng)用附錄要IPC-6012D 剛性印制板和IPC-6013D 撓性/剛撓印制板的鑒定和性能規(guī)范。由于聚酰亞胺和堿性FR4通常都滿足航空航天板的法規(guī)要求，因此有必要考慮明確的注意事項(xiàng)。例如下表中列出的內(nèi)容，以便針對(duì)特定應(yīng)用程序做出明智的決定。

選擇適合您應(yīng)用的最佳航空航天PCB材料

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*表格中的條目指的是基本FR4，這是整個(gè)PCB行業(yè)中的偽標(biāo)準(zhǔn)板材料類型。有; 但是，其他版本的FR4可能會(huì)顯示出對(duì)航空航天應(yīng)用更有利的性能。

如上表所示，聚酰亞胺和FR4在目標(biāo)航天PCB方面確實(shí)有所不同。一種明顯的變化是彈性或柔韌性。聚酰亞胺是一種柔性材料，用于柔性和剛性/柔性板，而FR4用于剛性PCB。即便如此，聚酰亞胺實(shí)際上比FR4強(qiáng)。這種特性使聚酰亞胺具有更好的耐久性。如果要考慮極端溫度和熱循環(huán)，則聚酰亞胺也是優(yōu)選的，而兩種材料在抵抗污染方面都表現(xiàn)良好。

問(wèn)題的答案取決于它。對(duì)于某些應(yīng)用，聚酰亞胺是最佳選擇。但是，我們必須通過(guò)指出某些航天器的內(nèi)部環(huán)境條件受到熱量管理系統(tǒng)（TMS）的嚴(yán)格監(jiān)管，從而放松對(duì)PCB的要求并允許使用FR4。另一個(gè)考慮因素是電路板設(shè)計(jì)。柔性板也有完全不同的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，例如避免在彎曲區(qū)域使用過(guò)孔；盡可能彎曲痕跡，以增加使用壽命，并減少內(nèi)部銅開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)；以45-60度的角度將交叉影線的銅倒入（某些制造商可能使用不同的數(shù)字）以增加可彎曲性；相對(duì)于彎曲半徑的層數(shù)；和其他設(shè)計(jì)選擇。

針對(duì)不同行業(yè)的開(kāi)發(fā)板通常意味著調(diào)整您的材料選擇過(guò)程，以確保做出最佳選擇。在為航空航天業(yè)設(shè)計(jì)和建造必須考慮極端環(huán)境的PCB時(shí)，這種適應(yīng)性尤為重要。