Šta znače aerokosmičke štampane pločice

Elektronički dijelovi u zrakoplovstvu i svemirskoj industriji mogu biti kritični ili nekritični. Na primjer, sustav autopilota u avionu koristi tiskane pločice (PCB). Te su pločice vrlo važne za sigurnost ljudi. Ako otkažu, posljedice mogu biti vrlo loše.
Nasuprot tome, komercijalni putnički avion ima štampane ploče za upravljanje sjedištima. Te ploče nisu kritične. Ako otkažu, ljudi nisu u opasnosti. Ipak, elektronička oprema mora biti izrađena tako da može sigurno otkazati i da se ne zapali.

aerospace PCB

Kada projektujete vojnu ili aerokosmičku elektroniku, rano planirajte da slijedite prava pravila. Komponente i materijali koje odaberete moraju zadovoljiti potrebe krajnje upotrebe. Ako je proizvod ključan za misiju, očekujte duže rokove isporuke. Koraci odobrenja će potrajati duže.

Koraci proizvodnje i izbori materijala

Proizvodnja PCBA ima dvije glavne faze: izradu ploče i montažu. Ključni prvi izbor je koji materijal ploče koristiti. Prečesto ovom izboru ne posvećuje se dovoljno pažnje. Mnogi programi za dizajn PCB-a koriste FR4 kao zadani dielektrik. FR4 je pogodan za mnoge primjene.
FR4 je ponekad dovoljno dobar. U drugim slučajevima nije. Za zrakoplovne tiskane pločice alternativni materijali poput poliimida mogu biti bolji izbor. Bolji izbor materijala proizlazi iz poznavanja svojstava materijala i načina na koji ta svojstva utiču na izradu ploče. Svemirski sistemi moraju raditi u surovim uslovima. Zato je izbor materijala veoma važan.

Glavni materijalni faktori za aerokosmičke štampane pločice

Kada birate materijale za aerokosmičke štampane pločice, obratite pažnju na ove glavne tačke:

  • Snaga
    Lansiranje i let u svemir mogu izazvati snažne vibracije i mehanički stres. Čvrstoća ploče je važna.

  • Izdržljivost
    Za razliku od većine zemaljskih PCB-ova, satelitske ploče često se ne mogu popraviti ili zamijeniti nakon lansiranja. Izdržljivost je ključna.

  • Temperaturna otpornost
    Platne moraju raditi u ekstremnoj vrućini i hladnoći i nastaviti raditi. Ovo je jedna od glavnih potreba za zrakoplovnim PCBA.

  • Stabilnost
    Temperature u svemiru mogu biti vrlo visoke ili vrlo niske. Pločice moraju izdržati te ekstreme.

  • Termalno cikliranje
    Sistemi moraju podnositi ponovljene cikluse od vrućeg do hladnog i nazad.

  • Fleksibilnost
    Ne moraju se svi zrakoplovni i svemirski PCB-ovi savijati. Ipak, mnogi dizajni koriste više ploča i fleksibilne međuveze. Primjeri uključuju male satelite poput CubeSats.

  • Hemijska otpornost
    Vanjska kontaminacija i unutrašnja kontaminacija mogu oštetiti elektroničke komponente. Svemirska radijacija je glavna briga. Međutim, mogu se pojaviti i drugi zagađivači, posebno pri prisustvu vlage. Da bi se to izbjeglo, proizvođači često ispuhuju kućišta dušikom i hermetički ih zatvaraju. Također koriste konformalni premaz.

Dva najčešća materijala za aerospace ploče su FR4 i poliimid. FR4 je dobar opći izbor za mnoge štampane pločice. Poliimid pruža izvrsnu fleksibilnost i termička svojstva. To ga čini najboljim za neke primjene. Pogledajmo ove opcije iz gledišta koje smo naveli gore.

Poliamid naspram FR4 za zrakoplovne ploče

Izrada aerokosmičkih ploča mora slijediti mnoge pravila i standarde. Aerokosmičke ploče moraju ispuniti posebne priloge i specifikacije kao što su IPC-6012D za krute ploče i IPC-6013D za fleksibilne i rigidno-fleksibilne ploče. I poliamid i neki FR4 tipovi mogu ispuniti aero-svemirske propise. Zato morate pogledati detalje za vašu primjenu. Tabela ispod navodi šta treba provjeriti pri odabiru materijala.

Napomena: Pojam “FR4” u mnogim tabelama označava osnovni FR4. Drugi FR4 razredi mogu pokazati bolja svojstva za upotrebu u zrakoplovstvu.

Poliamid i FR4 se razlikuju po ključnim aspektima kod aerokosmičkih štampanih pločica. Jedna očigledna razlika je fleksibilnost. Poliamid je fleksibilan materijal koji se koristi za fleksibilne i rigidno-fleksibilne ploče. FR4 je za krute ploče. Ipak, poliamid je često čvršći od osnovnog FR4. To poliamidu daje bolju izdržljivost. Ako planirate ekstremne temperature i termičko cikliranje, poliamid je najbolji izbor. Oba materijala dobro otporuju kontaminaciji.

Polyimide films

Pravi izbor zavisi od slučaja. Za neke sisteme poliamid je najbolji. Za druge, unutrašnja termoregulacija letjelice može održati okruženje stabilnim. Tada bi FR4 mogao biti dovoljan. Dizajn ploče također utiče na odluku. Fleksibilne ploče imaju pravila dizajna koja se znatno razlikuju. Na primjer:

  • Izbjegavajte prolaze u zavoje.

  • Postavite tragove tako da se savijaju u duge lukove kako bi produžili život.

  • Koristite bakarne letve pod kutom od 45–60 stepeni na presjekima kako biste olakšali savijanje. (Neki proizvođači koriste različite kutove.)

  • Pratite broj slojeva u odnosu na radijus savijanja.

  • Koristite druge korake u dizajnu za smanjenje pucanja bakra.

Dizajneri za različite industrije moraju prilagoditi proces odabira materijala. Za zrakoplovstvo je ovaj korak važniji. Morate planirati za ekstremne uvjete.

Standardi aerokosmičke industrije koji se primjenjuju na izradu štampanih pločica

Potpuni vodič za aerokosmičke PCB standarde je dugačak. Ispod su glavni standardi koje biste trebali znati:

  • ISO 9100 — Osnovni standard sistema upravljanja kvalitetom. Mnogi drugi standardi potiču iz ISO razmišljanja. Ono se fokusira na potrebe kupaca, najviše rukovodstvo, procese sistema upravljanja kvalitetom i kontinuirano poboljšanje.

  • AMS2750E — Pokriva potrebe visokih temperatura za opremu za toplotnu obradu. Ovo uključuje senzore, instrumente i testove za termičke procese.

  • AS478N — Pokazuje koje oznake koristiti i gdje ih postaviti na zrakoplovne dijelove.

  • AS5553A — Utvrđuje pravila za lanac snabdijevanja dijelova koji će se koristiti u zrakoplovnim platformama.

  • AS9006A — Utvrđuje pravila za softver i podršku softveru koji mogu biti dio sistema svemirskih letjelica.

  • AS9100D — Utvrđuje potrebe QMS-a za dobavljače u zrakoplovnoj industriji. Obuhvata interne i vanjske proizvodne korake. Naglašava potrebe kupaca.

  • AS9101E — Pokazuje kako auditirati i izvještavati o rezultatima QMS-a.

  • AS9102B — Navodi osnovne potrebe za inspekciju prvog artikla (FAI).

aerospace PCB Applications in Aircraft

Ovi zrakoplovni standardi pokrivaju oblasti koje utiču na elektroniku i štampane pločice. Također ćete morati slijediti i druga pravila koja se primjenjuju na vaš proizvod ili lanac snabdijevanja.

Zašto je efikasna toplotna provodnost PCB-a važna u zrakoplovstvu

Termalna kontrola je ključno pitanje za zrakoplovne i svemirske PCBAs. Rasprostiranje toplote je važno za sve ploče. U svemiru je teško odvesti toplotu zrakom. Vakum onemogućava prijenos toplote zrakom. Ne možete popraviti ploču koja u svemiru pretrpi termalnu štetu. Dakle, rizik je visok. Pregrijavanje može uzrokovati kvar ploče i zaustaviti cijeli svemirski brod u radu. Dizajn vaše ploče mora uključivati načine za odvođenje toplote s PCB-a.

Šta je efektivna toplotna provodljivost PCB-a?

Efektivna toplotna provodljivost štampane pločice je sposobnost pločice da rasprši i ukloni višak toplote. Time nijedno područje ne postaje previše vruće. Ako dio ili materijal postane previše vruć, može prerano otkazati.

Šta se dešava ako je toplotna provodljivost preniska?

Niska efektivna toplotna provodljivost može uzrokovati velike probleme:

  • Strukturna degradacija
    Ako temperatura ploče premaši granicu materijala, ploča se može deformisati ili oštetiti. Topla žarišta u blizini komponenti visoke snage mogu se pojaviti ako se toplota ne odvodi.

  • Oštećenje komponente
    Svaki dio ima maksimalnu temperaturu. Ako je premašite, dio prestaje raditi ili doživljava fizičko oštećenje.

  • Delaminacija
    Za višeslojne ploče laminacija spaja slojeve u jednu strukturu. Visoka temperatura može razgraditi slojeve nakon upotrebe, ovisno o odabranim materijalima.

  • Vatra
    Ako ekstremna toplota potraje dugo, dijelovi ili ploča mogu zapaliti. Pregrijani izolatori mogu izazvati luk i započeti požar. Ovo je katastrofalan ishod. Može uništiti ploču i druge obližnje dijelove.

Zbog ovih rizika, proizvođači moraju osigurati dobru i učinkovitu toplinsku provodljivost za zrakoplovne ploče.

Kako izgraditi aerospace PCBA za najbolje toplotne performanse

U poređenju sa zemaljskim sistemima, sistemi svemirske letjelice ne mogu ispustiti toplotu u prostor. Elektronika na letjelici mora prenijeti toplotu unutar sistema ili u područja predviđena termoregulacionim sistemom (TCS). TCS je dio dizajna svemirske letjelice. Da bi pomogao TCS-u, PCBA mora ukloniti višak toplote. Koristite donje smjernice kako biste to dobro obavili.

aerospace PCBA

Smjernice za termalni dizajn za efikasnu provodljivost štampanih pločica

  • Znajte granice temperature za vaš odbor u ciljanom okruženju.

  • Koristite komponente koje zadovoljavaju standardi za proizvodnju u zrakoplovstvu i svemirskoj industriji.

  • Odaberite materijale za ploču koji odgovaraju potrebe svemirskog okruženja.

  • Pokreni termička analiza na dizajnu. Ovo dokazuje da ploča može odvoditi toplotu.

  • Koristite posebne dijelove i materijale kada je to potrebno. Na primjer, MMIC-ovi i keramika često izdržavaju više temperature nego standardni dijelovi.

  • Slijedite gore navedene korake za svaku ploču kojoj su potrebne visoke toplotne performanse.

Ovi koraci će pomoći u optimizaciji sposobnosti ploče da odvodi toplotu.

Sažetak i napomena o Philifastu

Svemirska elektronika mora zadovoljiti strože zahtjeve za izdržljivost i pouzdanost. To čini njihov dizajn i izradu drugačijima od većine tiskanih pločica. Ovi zahtjevi za kvalitetu pojavljuju se u pravilima i standardima koji utječu na vaš rad s ugovornim proizvođačem (CM). Vaš CM treba biti dio dizajna od prvog dana. Oni moraju osigurati da pločice, dijelovi i svi procesi zadovoljavaju ili nadmašuju zrakoplovne standarde.

Philifast nudi pomoć pri dizajnu i proizvodnji aerokosmičkih štampanih pločica. Radimo prema strogim standardima. Možemo vam pomoći pri odabiru pravog materijala, provođenju termalnih studija i obavljanju potrebnih kontrola kvaliteta. Ako vam je potrebna pomoć pri dizajnu, prototipiranju ili proizvodnji aerokosmičkih štampanih pločica, Philifast vam može pružiti podršku od dizajna do isporuke.

Kratka kontrolna lista za aerospace PCB projekte

  • Planirajte duže vrijeme odobrenja kada je proizvod od ključne važnosti za misiju.

  • Odaberite materijale s potrebnom čvrstoćom i toplinskim svojstvima.

  • Pažljivo dizajnirajte fleks zone za rigid-flex ili flex ploče.

  • Pokrenite termalnu analizu rano.

  • Slijedite IPC i AS standarde za upotrebu u zrakoplovstvu.

  • Koristite konformni premaz i pročišćavanje kućišta po potrebi.

Ako želiš, Filifast Možemo pregledati vaš dizajn i dati povratne informacije kako bismo ploču pripremili za upotrebu u zrakoplovstvu.

Pomaknite se na vrh