Lyo-Gold in PCB fabrication concerns for mmWave Circuits in the next generation of space telecommunications (Lyo-Gold)

Tiskana vezja (PCB) so sestavni deli satelitske tehnologije in prispevajo k skoraj vsem vidikom satelitske funkcionalnosti – to vključuje obdelavo signalov in komunikacijo, obdelavo podatkov ter obdelavo in distribucijo energije. Sateliti so eden najpomembnejših delov globalne komunikacijske infrastrukture, kar pomeni, da lahko vsaka težava, napaka in poslabšanje signala močno negativno vpliva. Ker morajo tiskana vezja delovati v težkih okoljih in morajo izpolnjevati stroge zahteve glede prostora in teže, mora biti zasnova satelitskega tiskanega vezja izdelana iz posebnih materialov. Materiali, uporabljeni v PCB-jih za uporabo v vesolju, morajo prenesti izjemno nizke in visoke temperature, tlak, vakuum, gravitacijo, vibracije, mehanske deformacije itd. Pogosto se uporabljajo visoko zmogljivi substrati, kot sta keramika ali poliimid, ki lahko prenesejo izjemno težke pogojev. Lyo-Gold (zlati nanodelci) se lahko potencialno uporabijo na satelitskih PCB-jih, ker so visoko odporni proti koroziji in imajo visoko prevodnost. Njihove lastnosti, kot je kristalna struktura, kot je razsuti Au, visoka energija ionizacije in kvantna narava, bi lahko bile primerne za uporabo v vesoljskih aplikacijah in lahko predstavljajo nov visoko inženirski material za posebne aplikacije, kot so satelitski komunikacijski sistemi. Visokohitrostni radiofrekvenčni (RF) prenos signala je vedno bolj potreben v PCB-jih za množično obdelavo podatkov v elektronskih sistemih. Povečuje se tudi hitrost prenosa signalov, ki se širijo znotraj sistema. Ključna je izguba RF signala, tj. vstavljena izguba, ki je degradacija moči signala, ki je posledica vstavitve naprave v prenosni vod ali optično vlakno. Vstavljena izguba je sestavljena iz različnih vrst izgub: prevodniških, dielektričnih, sevalnih in uhajajočih. Večina materialov PCB nima težav z izgubo zaradi puščanja zaradi visoke volumske upornosti. Izguba sevanja je odvisna od konstrukcije, medtem ko so izgube dielektrika in prevodnika odvisne od lastnosti materiala. Izraženo v decibelih (dB), postane vnesena izguba pomembna na PCB-jih pri višjih frekvencah GHz. Vstavljena izguba lahko povzroči degradacijo signalov na naraščajočem robu, bitne napake pri višji hitrosti in druge težave. Znano je, da se RF signal visoke hitrosti v tiskanih vezjih prenaša izključno skozi zgornjo površino z debelino nekaj μm, zato je ta pojav znan kot "skin efekt". Zato je ključna zahteva pri pripravi/izdelavi tovrstnih tiskanih vezij doseganje čim nižje stopnje hrapavosti zgornje površine, saj velika hrapavost predstavlja večje izgube hitrega RF signala. Zmanjšanje izgube signala in preprečevanje napak je ključni izziv pri uporabi visokofrekvenčnih RF filtrov. Uporaba novega materiala, kot je Lyo-Gold, je lahko ključnega pomena, saj naj bi dosegel bistveno nižjo hrapavost (manj kot 2,8 μm), kar ima za posledico zmanjšan kožni učinek in manjšo izgubo signala, kar predstavlja veliko prednost pred obstoječimi materiali.

Pričakuje se, da bo predlagano delo z uporabo Lyo-Golda za sitotisk in naknadno strjevanje mmWave vezij po nanosu zmanjšalo vstavljene izgube za visokofrekvenčne visokofrekvenčne filtre. To delo, ki se začne od osnovnega TRL 1 proti eksperimentalnemu dokazu koncepta TRL 3, predstavlja prvo stopnjo razvoja suspenzije sitotiska Lyo-Gold, ki se uporablja za druga mmWave vezja z nizkimi izgubami signala. Standardi komunikacijske tehnologije redno povečujejo hitrost prenosa podatkov, pri čemer lahko vezja mmWave z nizko vstavljeno izgubo znatno prispevajo h kakovosti signala. Po uspešni uvedbi debelih filmov Lyo-Gold je naslednja stopnja razvojnega načrta uporaba tehnologije debelih filmov pri pripravi vezij in komponent za radiofrekvenčne sisteme nizke količine vesoljskih telekomunikacij, za uporabo v LEO (Low Earth Orbit), MEO ( Medium Earth Orbit) in sateliti GEO (Geostationary Earth Orbit). Sprva se lahko ta tehnologija uporablja na trgu za telekomunikacijske RF sisteme za mikro satelite, z obetajočimi možnostmi za širitev na druga področja vesoljskega sektorja 13/28. Tehnologija ima potencial za razširitev v druge brezžične komunikacijske tehnologije za vse višje hitrosti prenosa z zahtevano visoko kakovostjo in stabilnostjo signala. Z dodatnimi razvojnimi aktivnostmi bi ga kasneje lahko uporabljali tudi v mobilnih telekomunikacijah, kot sta 5G in kasneje 6G. Razvoj te tehnologije neposredno koristi vključenim institucijam in podjetjem iz Slovenije pri začetnih korakih razvoja produkta za vesolje, s potencialom za uporabo na prihodnjih misijah ESA ali komercialnih misijah. Delo omogoča napredek tehničnega znanja in izkušenj za vse, ki sodelujejo pri posameznih komponentah priprave mmWave vezij z nizkim šumom signala z Lyo-Gold. To vključuje proizvodnjo Lyo-Golda, pripravo paste, sitotisk, karakterizacijo in uporabo takih vezij za vesoljske telekomunikacijske RF sisteme.