Co znamenají PCB pro letectví a kosmonautiku

Letecké elektronické díly mohou být kritické nebo nekritické. Například systém autopilota v letadle používá desky s plošnými spoji (PCB). Tyto desky jsou velmi důležité pro zajištění bezpečnosti osob. Pokud dojde k jejich poruše, může to mít velmi špatné následky.
Naproti tomu komerční letadlo má desky s obvody pro ovládání sedadel. Tyto desky nejsou kritické. V případě jejich selhání nejsou lidé ohroženi. Přesto musí být elektronické zařízení vyrobeno tak, aby bylo “bezpečné” a nemohlo se vznítit.

aerospace PCB

Při navrhování vojenské nebo letecké elektroniky si včas naplánujte, že budete dodržovat správná pravidla. Součástky a materiály, které zvolíte, musí odpovídat potřebám konečného použití. Pokud se jedná o výrobek kritický pro danou misi, počítejte s delšími dodacími lhůtami. Schvalovací kroky zaberou více času.

Výrobní kroky a výběr materiálu

Výroba desek PCBA má dvě hlavní fáze: výrobu desek a montáž. První klíčovou volbou je, jaký materiál desky použít. Této volbě se příliš často nevěnuje dostatečná pozornost. Mnoho programů pro návrh desek plošných spojů používá jako výchozí dielektrikum materiál FR4. FR4 se hodí pro mnoho použití.
FR4 někdy stačí. V jiných případech ne. Pro letecké desky plošných spojů mohou být lepší volbou alternativní materiály, například polyimid. Lepší volba materiálu vychází ze znalosti vlastností materiálu a z toho, jak tyto vlastnosti ovlivňují sestavení desky. Vesmírné systémy musí pracovat v náročných podmínkách. Výběr materiálu je tedy velmi důležitý.

Hlavní materiálové faktory pro letecké desky plošných spojů

Při výběru materiálů pro letecké desky plošných spojů sledujte tyto hlavní body:

  • Síla
    Při startu a letu do vesmíru může docházet k silným vibracím a mechanickému namáhání. Záleží na pevnosti desek.

  • Odolnost
    Na rozdíl od většiny pozemských desek plošných spojů nelze satelitní desky po startu často opravit nebo vyměnit. Trvanlivost je rozhodující.

  • Tepelná odolnost
    Desky musí pracovat v extrémních teplotách a mrazech a musí být stále funkční. To je jedna z hlavních potřeb pro PCBA pro letecký průmysl.

  • Stabilita
    Teploty v prostoru mohou být velmi vysoké nebo velmi nízké. Desky musí těmto extrémům odolávat.

  • Tepelné cyklování
    Systémy musí zvládat opakované cykly z horkého do studeného a zpět.

  • Flexibilita
    Ne všechny desky plošných spojů pro letectví a kosmonautiku se musí ohýbat. Přesto se v mnoha konstrukcích používá více desek a flexibilní propojení. Příkladem jsou malé družice, jako jsou CubeSats.

  • Chemická odolnost
    Vnější kontaminace a vnitřní kontaminace mohou poškodit elektronické oblasti. Největší obavy vzbuzuje kosmické záření. Mohou se však objevit i další znečišťující látky, zejména vlhkost. Aby tomu výrobci zabránili, často pouzdra pročistí dusíkem a utěsní je. Používají také konformní povlak.

Dva nejběžnější materiály pro letecké desky jsou FR4 a polyimid. FR4 je dobrou obecnou volbou pro mnoho desek plošných spojů. Polyimid poskytuje vynikající flexibilitu a tepelné vlastnosti. Díky tomu je pro některá použití nejvhodnější. Podívejme se na tyto možnosti z bodů, které jsme uvedli výše.

Polyimid vs. FR4 pro letecké desky

Při stavbě letadel pro letectví a kosmonautiku je nutné dodržovat řadu pravidel a norem. Letecké a kosmické desky musí splňovat speciální přílohy a specifikace, jako je IPC-6012D pro pevné desky. IPC-6013D pro desky flex a rigid-flex. Jak polyimid, tak některé typy FR4 mohou splňovat pravidla pro letecký průmysl. Musíte se tedy podívat na detaily pro vaše použití. Níže uvedená tabulka uvádí, co je třeba zkontrolovat při výběru materiálu.

Poznámka: Položky “FR4” v mnoha tabulkách znamenají základní FR4. Jiné třídy FR4 mohou vykazovat lepší vlastnosti pro použití v letectví a kosmonautice.

Polyimid a FR4 se pro letecké desky plošných spojů liší v klíčových ohledech. Jedním z jasných rozdílů je flexibilita. Polyimid je pružný materiál, který se používá pro ohybové a tuhé ohybové desky. FR4 je určen pro tuhé desky. Přesto je polyimid často pevnější než základní FR4. Díky tomu má polyimid lepší odolnost. Pokud plánujete extrémní teploty a tepelné cykly, je polyimid nejlepší volbou. Oba materiály dobře odolávají znečištění.

Polyimide films

Správná volba závisí na konkrétním případu. Pro některé systémy je nejlepší polyimid. U jiných může vnitřní tepelná regulace kosmické lodi udržet stabilní prostředí. Pak by mohl stačit materiál FR4. Rozhodování mění také konstrukce desky. Desky Flex mají konstrukční pravidla, která se velmi liší. Např:

  • Vyhněte se průchodkám v místech ohybu.

  • Pro prodloužení životnosti umístěte stopy tak, aby se ohýbaly v dlouhých obloucích.

  • V místech křížení použijte měděné piliny 45-60 stupňů, které pomáhají ohýbání. (Někteří výrobci používají jiné úhly.)

  • Sledujte počet vrstev v závislosti na poloměru ohybu.

  • Použijte další konstrukční kroky k omezení praskání mědi.

Návrháři pro různá odvětví musí přizpůsobit proces výběru materiálu. Pro letecký průmysl je tento krok důležitější. Je třeba počítat s extrémními podmínkami.

Normy leteckého průmyslu, které se vztahují na výrobu desek plošných spojů

Úplný průvodce normami pro letecké desky plošných spojů je dlouhý. Níže jsou uvedeny hlavní normy, které byste měli znát:

  • ISO 9100 - Základní norma systému řízení kvality. Mnoho dalších norem vychází z myšlenek ISO. Zaměřuje se na potřeby zákazníků, vrcholový management, procesy QMS a neustálé zlepšování.

  • AMS2750E - Pokrývá potřeby vysokých teplot pro zařízení pro tepelné zpracování. Zahrnuje senzory, přístroje a testy pro tepelné procesy.

  • AS478N - Ukazuje, jaké značky používat a kam je umisťovat na letecké díly.

  • AS5553A - Stanovuje pravidla pro dodavatelský řetězec dílů, které se budou používat v leteckých platformách.

  • AS9006A - Stanovuje pravidla pro software a softwarovou podporu, které mohou být součástí systémů kosmických lodí.

  • AS9100D - Stanovuje potřeby QMS pro dodavatele v leteckém průmyslu. Zahrnuje interní i externě zajišťované výrobní kroky. Zdůrazňuje potřeby zákazníků.

  • AS9101E - Ukazuje, jak auditovat a vykazovat výsledky QMS.

  • AS9102B - Seznam základních potřeb pro první kontrolu článku (FAI).

aerospace PCB Applications in Aircraft

Tyto normy pro letectví a kosmonautiku se týkají oblastí, které ovlivňují elektroniku a desky plošných spojů. Budete muset dodržovat i další pravidla, která se vztahují na váš výrobek nebo dodavatelský řetězec.

Proč je v letectví a kosmonautice důležitá efektivní tepelná vodivost desek plošných spojů?

Tepelná regulace je klíčovou otázkou pro PCBA v leteckém průmyslu. Šíření tepla je důležité pro všechny desky. Ve vesmíru je obtížné odvádět teplo vzduchem. Vakuum znemožňuje přenos tepla vzduchem. Desku, která ve vesmíru utrpí tepelné poškození, nelze opravit. Riziko je tedy vysoké. Přehřátí může způsobit selhání desky a zastavit činnost celé kosmické lodi. Návrh vaší desky musí obsahovat způsoby, jak zajistit, aby deska odváděla teplo pryč.

Jaká je efektivní tepelná vodivost PCB?

Efektivní tepelná vodivost desky plošných spojů je schopnost desky šířit a odvádět dodatečné teplo. Díky tomu není žádná oblast příliš horká. Pokud se součást nebo materiál příliš zahřeje, může dojít k jeho předčasnému selhání.

Co se stane, když je tepelná vodivost příliš nízká?

Nízká efektivní tepelná vodivost může způsobit velké problémy:

  • Strukturální degradace
    Pokud teplota desky překročí mezní hodnotu materiálu, může se deska deformovat nebo rozpadnout. Pokud se teplo neodvádí pryč, mohou se v blízkosti výkonných součástí vytvořit horká místa.

  • Poškození součásti
    Každá část má svou maximální teplotu. Pokud ji překročíte, díl přestane fungovat nebo se fyzicky poškodí.

  • Delaminace
    U vícevrstvých desek se laminováním lisují vrstvy do jedné struktury. V závislosti na zvoleném materiálu může vysoká teplota vrstvy po nasazení rozložit.

  • Požár
    Pokud extrémní teplo trvá dlouho, může dojít ke vznícení dílů nebo celé desky. Přehřáté izolátory se mohou obloukově spojit a způsobit požár. To má katastrofální následky. Může zničit desku a další blízké díly.

Kvůli těmto rizikům musí výrobci zajistit dobrou efektivní tepelnou vodivost leteckých desek.

Jak sestavit letecký PCBA pro nejlepší tepelný výkon

V porovnání s pozemními systémy nemohou systémy kosmických lodí vypouštět teplo do prostoru. Elektronika v kosmické lodi musí odvádět teplo dovnitř systému nebo do oblastí určených systémem tepelné regulace (TCS). TCS je součástí konstrukce kosmické lodi. Aby pomohly TCS, musí PCBA odvádět dodatečné teplo. K tomu dobře poslouží níže uvedené návody.

aerospace PCBA

Pokyny pro tepelný návrh pro efektivní vodivost desek plošných spojů

  • Poznejte teplotní limity pro vaši desku v cílovém prostředí.

  • Používejte komponenty, které splňují normy pro leteckou výrobu.

  • Zvolte materiály desek, které se k sobě hodí potřeby vesmírného prostředí.

  • Spusťte tepelná analýza na designu. To dokazuje, že deska dokáže odvádět teplo.

  • V případě potřeby použijte speciální díly a materiály. Například MMIC a keramika často snesou vyšší teploty než standardní díly.

  • Výše uvedené kroky proveďte u všech desek, které vyžadují vysoký tepelný výkon.

Tyto kroky pomohou optimalizovat schopnost desky odvádět teplo.

Shrnutí a poznámka o společnosti Philifast

Vesmírná elektronika musí splňovat vyšší požadavky na odolnost a spolehlivost. Proto se jejich konstrukce a provedení liší od většiny desek plošných spojů. Tyto požadavky na kvalitu se objevují v pravidlech a normách, které ovlivňují vaši práci se smluvním výrobcem (CM). Váš CM by měl být součástí návrhu od prvního dne. Musí zajistit, aby desky, díly a všechny procesy splňovaly nebo překračovaly letecké normy.

Společnost Philifast nabízí pomoc při návrhu a výrobě plošných spojů pro letectví a kosmonautiku. Pracujeme s přísnými normami. Pomůžeme vám vybrat správný materiál, provést tepelné studie a sledovat potřebné kontroly kvality. Pokud potřebujete pomoc s návrhem, prototypováním nebo výrobou leteckých desek plošných spojů, společnost Philifast vás podpoří od návrhu až po dodání.

Rychlý kontrolní seznam pro projekty PCB v letectví a kosmonautice

  • Pokud je produkt kritický, počítejte s delší dobou schvalování.

  • Vyberte materiály s potřebnými pevnostními a tepelnými vlastnostmi.

  • Pečlivě navrhněte ohybové zóny pro tuhé nebo ohybové desky.

  • Včasné provedení tepelné analýzy.

  • Dodržujte normy IPC a AS pro použití v letectví a kosmonautice.

  • V případě potřeby použijte konformní povlak a proplach skříně.

Pokud chcete, Philifast může zkontrolovat váš návrh a poskytnout zpětnou vazbu, aby byla deska připravena pro použití v letectví a kosmonautice.

Přejděte na začátek