在工业无人机的应用领域不断拓展的当下，其作业环境愈发严苛，极端温度场景日益普遍，这给无人机的核心部件印制电路板组装（PCBA）带来了严峻挑战。为保障工业无人机在极端温度下稳定、可靠运行，PCBA的耐温材料选用与封装技术至关重要，以下将深入探讨相关要点。
一、耐温材料选用
（一）PCB板材
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聚酰亚胺（PI）基板：聚酰亚胺是一种性能卓越的高分子材料，其耐温范围宽泛，能在极低温度下保持柔韧性，又可在极高温度中维持结构稳定，具有出色的热稳定性、化学稳定性和机械性能。在极端温度环境下，PI基板可确保尺寸稳定与绝缘性能，不会因温度剧变而变形或性能退化，是工业无人机PCBA的理想选择。
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改进型FR-4板材：传统的FR-4板材耐温有限，但经特殊改性，如添加纳米级无机填料、采用新型树脂体系等，其耐温性能显著提升，能在较宽温度范围保持较好性能，且成本较低、加工工艺成熟，在工业无人机PCBA中应用广泛。
（二）芯片与电子元件
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硅基芯片与绝缘层掺杂技术：硅基芯片是PCBA的核心部件，通过对其绝缘层掺杂，如引入硼、磷等元素，能改变绝缘层能带结构，提高其在高温和低温下的绝缘与导热性能，增强芯片的耐温能力。
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宽禁带半导体材料：碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高等优点，高温环境下可保持较低导通电阻和较高载流能力，不会像传统硅基器件那样性能急剧下降，能有效提升PCBA在极端温度下的可靠性和稳定性。
（三）电容器
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固态聚合物电容器：其具有体积小、容量大、ESR低等优点，耐温性能优于传统电解电容器。在极端温度下，可快速响应电流变化，提供稳定滤波和储能功能，减少电路波动，确保PCBA正常工作。
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陶瓷电容器：具有优良高频性能和温度稳定性，电容值随温度变化小。高温环境下介电常数和损耗因子稳定，且陶瓷材料耐热、抗老化，在宽温度范围可长期可靠工作。
（四）电阻器
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金属膜电阻：采用金属膜材料制成，精度高、稳定性好、耐温性能佳。极端温度下阻值变化小，能保持良好线性特性，为PCBA提供精确电阻值，保障电路正常运行。
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线绕电阻：通过在绝缘骨架上绕制电阻丝制成，功率容量大、耐温性能高。高温下可承受大电流和功率，不会因过热损坏，阻值稳定性好，适用于对功率和稳定性要求高的工业无人机PCBA电路。
二、封装技术
（一）三防涂层技术
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聚酰亚胺涂层：涂料具有优异耐高低温、耐化学腐蚀、绝缘性能，涂覆在PCBA表面可防止水分、盐雾、灰尘侵蚀，缓解温度变化引起的应力，提高PCBA可靠性和寿命。
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硅橡胶涂层：弹性好、耐温性能优，在-55℃~200℃温度范围性能稳定，能抵御温度冲击和机械振动，为电路板提供柔软保护层，减少热应力，防止元件和焊点断裂或虚焊。
（二）密封封装技术
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灌封工艺：用环氧树脂、聚氨酯等灌封材料将PCBA整体灌封，使电路板与恶劣环境隔离，灌封材料固化后形成保护层，防水、防潮、防尘、隔热、抗震，还能导热散热，提高热稳定性。
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气密封装：将PCBA置于密封金属或陶瓷外壳中，内部充入惰性气体，隔绝水汽、氧气，防止氧化、腐蚀和电化学反应，惰性气体热传导性好，利于散热，保障极端温度下稳定运行。
（三）SMT贴片工艺优化
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高温贴片胶与焊膏选用：选用耐高温贴片胶和焊膏是关键，高温贴片胶在高温下粘接性能好，防止元件高温移位脱落；耐高温焊膏熔点高、润湿性好，能形成牢固焊接点，确保电气连接性能。
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贴片参数精准控制：优化SMT贴片工艺参数，如贴片压力、速度、温度等，可提高元件贴装质量和焊接强度，减少温度变化引起的焊接不良、虚焊问题，提升PCBA整体可靠性和稳定性。
三、结语
工业无人机在极端温度环境下的应用，对PCBA的性能提出了极高要求。合理选用耐温材料，包括聚酰亚胺基板、宽禁带半导体材料、固态聚合物电容器等，并采用有效的封装技术，如三防涂层、密封封装以及优化SMT贴片工艺，能显著提高PCBA在极端温度下的稳定性和可靠性，确保工业无人机在恶劣环境下稳定运行，为其在工业领域的广泛应用奠定坚实基础。随着材料科学和封装技术的发展，未来工业无人机PCBA的耐温性能和可靠性将不断提升，以适应更广泛的极端环境作业需求。
因设备、物料、生产工艺等不同因素，内容仅供参考。了解更多smt贴片加工知识，欢迎访问深圳PCBA加工厂家-1943科技。
2024-04-26
