Hvad PCB'er til rumfart betyder

Elektroniske dele til luft- og rumfart kan være enten kritiske eller ikke-kritiske. For eksempel bruger autopilotsystemet på et fly printkort (PCB). Disse print er meget vigtige for menneskers sikkerhed. Hvis de svigter, kan resultatet blive meget slemt.
I modsætning hertil har et kommercielt passagerfly printplader til sædekontrol. Disse kort er ikke kritiske. Hvis de svigter, er folk ikke i fare. Alligevel skal elektronisk udstyr være lavet, så det kan “fejle sikkert” og ikke bryde i brand.

aerospace PCB

Når du designer militær- eller rumfartselektronik, skal du tidligt planlægge at følge de rigtige regler. De dele og materialer, du vælger, skal opfylde slutbrugernes behov. Hvis produktet er missionskritisk, skal du forvente længere leveringstider. Godkendelsestrinene vil tage længere tid.

Produktionstrin og materialevalg

PCBA-fremstilling har to hovedfaser: kortfremstilling og samling. Det vigtigste første valg er, hvilket printmateriale der skal bruges. Alt for ofte får dette valg ikke nok opmærksomhed. Mange PCB-designprogrammer bruger FR4 som standarddielektrikum. FR4 fungerer til mange formål.
FR4 er nogle gange godt nok. I andre tilfælde er det ikke. Til printkort til rumfart kan alternative materialer som polyimid være et bedre valg. Et bedre materialevalg kommer af at kende materialets egenskaber, og hvordan disse egenskaber påvirker printkortets opbygning. Rumfartssystemer skal køre under barske forhold. Så materialevalg er meget vigtigt.

Vigtigste materialefaktorer for PCB'er til luft- og rumfart

Når du vælger materialer til printkort til rumfart, skal du holde øje med disse hovedpunkter:

  • Styrke
    Opsendelse og flyvning i rummet kan forårsage kraftige vibrationer og mekanisk stress. Boardets styrke er vigtig.

  • Holdbarhed
    I modsætning til de fleste jordbaserede printkort kan satellitkort ofte ikke repareres eller udskiftes efter opsendelsen. Holdbarhed er afgørende.

  • Termisk modstand
    Kortene skal køre under ekstrem varme og kulde og blive ved med at fungere. Det er et af de største behov for PCBA til rumfart.

  • Stabilitet
    Rumtemperaturen kan være meget høj eller meget lav. Tavler skal kunne modstå disse ekstremer.

  • Termisk cykling
    Systemerne skal kunne håndtere gentagne cyklusser fra varmt til koldt og tilbage igen.

  • Fleksibilitet
    Ikke alle printkort til rumfart skal bøjes. Alligevel bruger mange designs flere print og fleksible forbindelser. Det gælder f.eks. små satellitter som CubeSats.

  • Kemisk modstandsdygtighed
    Kontaminering udefra og indefra kan skade elektroniske områder. Stråling fra rummet er den største bekymring. Men andre forurenende stoffer kan dukke op, især med fugt. For at undgå dette renser producenterne ofte husene med nitrogen og forsegler dem. De bruger også konform belægning.

De to mest almindelige materialer til rumfartskort er FR4 og polyimid. FR4 er et godt generelt valg til mange printkort. Polyimid giver fremragende fleksibilitet og termiske egenskaber. Det gør det bedst til nogle anvendelser. Lad os se på disse muligheder ud fra de punkter, vi har nævnt ovenfor.

Polyimid vs FR4 til rumfartskort

Bygning af rumfartskort skal følge mange regler og standarder. Aerospace boards skal opfylde særlige bilag og specifikationer som IPC-6012D for stive boards og IPC-6013D til flex- og rigid-flex-plader. Både polyimid og nogle FR4-typer kan opfylde rumfartsreglerne. Så du skal se på detaljerne for din brug. Tabellen nedenfor viser, hvad du skal tjekke, når du vælger et materiale.

Bemærk: “FR4” i mange tabeller betyder grundlæggende FR4. Andre FR4-kvaliteter kan have bedre egenskaber til brug i luft- og rumfart.

Polyimid og FR4 adskiller sig på vigtige punkter, når det gælder printkort til rumfart. En klar forskel er fleksibilitet. Polyimid er et fleksibelt materiale, der bruges til flex- og rigid-flex-kort. FR4 er til stive print. Alligevel er polyimid ofte stærkere end almindelig FR4. Det giver polyimid en bedre holdbarhed. Hvis du planlægger ekstreme temperaturer og termisk cykling, er polyimid et godt valg. Begge materialer er gode til at modstå forurening.

Polyimide films

Det rigtige valg afhænger af sagen. Til nogle systemer er polyimid bedst. For andre kan rumfartøjets interne termiske kontrol holde miljøet stabilt. Så kan FR4 være nok. Boarddesign ændrer også beslutningen. Flexboards har designregler, der er meget forskellige. Det gælder f.eks:

  • Undgå vias i bøjningsområder.

  • Placer sporene, så de bøjes i lange buer for at forlænge levetiden.

  • Brug 45-60 graders kobberfileter ved overgange for at hjælpe med at bøje. (Nogle producenter bruger forskellige vinkler).

  • Hold øje med antallet af lag i forhold til bøjningsradius.

  • Brug andre designtrin til at reducere revnedannelse i kobber.

Designere i forskellige brancher skal tilpasse materialevalgsprocessen. For luft- og rumfart er dette trin vigtigere. Du skal planlægge for ekstreme forhold.

Luft- og rumfartsindustriens standarder, der gælder for PCB-fremstilling

En komplet guide til PCB-standarder inden for rumfart er lang. Nedenfor er de vigtigste standarder, du bør kende:

  • ISO 9100 - En grundlæggende standard for kvalitetsstyringssystemer. Mange andre standarder kommer fra ISO-tankegangen. Den fokuserer på kundebehov, topledelse, QMS-processer og løbende forbedringer.

  • AMS2750E - Dækker behovet for varmebehandlingsudstyr til høje temperaturer. Dette omfatter sensorer, instrumenter og test til termiske processer.

  • AS478N - Viser, hvilke mærker der skal bruges, og hvor de skal placeres på rumfartsdele.

  • AS5553A - Fastsætter regler for forsyningskæden for dele, der skal bruges i rumfartsplatforme.

  • AS9006A - Fastsætter regler for software og softwaresupport, der kan være en del af rumfartøjssystemer.

  • AS9100D - Fastlægger QMS-behov for leverandører til luft- og rumfart. Den dækker interne og outsourcede produktionstrin. Den understreger kundernes behov.

  • AS9101E - Viser, hvordan man auditerer og rapporterer QMS-resultater.

  • AS9102B - Viser de grundlæggende behov for første artikelinspektion (FAI).

aerospace PCB Applications in Aircraft

Disse luftfartsstandarder dækker områder, der påvirker elektronik og printkort. Du skal også følge andre regler, der gælder for dit produkt eller din forsyningskæde.

Hvorfor PCB's effektive varmeledningsevne er vigtig i luft- og rumfart

Varmestyring er et vigtigt emne for PCBA til rumfart. Varmespredning er vigtig for alle kort. I rummet er det svært at flytte varmen væk med luft. Vakuummet gør varmeoverførsel med luft umulig. Man kan ikke reparere et kort, der lider termisk skade i rummet. Så risikoen er høj. Overophedning kan få et kort til at svigte og få hele rumfartøjet til at holde op med at fungere. Dit printdesign skal indeholde metoder til at få printet til at transportere varmen væk.

Hvad er PCB's effektive varmeledningsevne?

PCB's effektive varmeledningsevne er kortets evne til at sprede og fjerne ekstra varme. Det betyder, at intet område bliver for varmt. Hvis en del eller et materiale bliver for varmt, kan det fejle tidligt.

Hvad sker der, hvis varmeledningsevnen er for lav?

Lav effektiv varmeledningsevne kan give store problemer:

  • Strukturel nedbrydning
    Hvis printets temperatur kommer over et materiales grænse, kan printet deformeres eller gå i stykker. Der kan dannes hot spots i nærheden af dele med høj effekt, hvis varmen ikke ledes væk.

  • Skader på komponenter
    Hver del har en maksimal temperatur. Hvis du overskrider den, holder delen op med at fungere eller bliver fysisk beskadiget.

  • Delaminering
    Ved flerlagsplader presses lagene sammen til én struktur ved hjælp af laminering. Høj temperatur kan nedbryde lagene efter udrulning, afhængigt af materialevalg.

  • Brand
    Hvis den ekstreme varme varer længe, kan dele eller kortet antændes. Overophedede isolatorer kan danne lysbuer og starte en brand. Det er et katastrofalt resultat. Det kan ødelægge printet og andre dele i nærheden.

På grund af disse risici skal producenterne sikre en god effektiv varmeledningsevne for flyplader.

Sådan bygger du PCBA'er til rumfart med den bedste termiske ydeevne

Sammenlignet med systemer på jorden kan systemer i rumfartøjer ikke lede varmen ud i rummet. Elektronik på et fartøj skal flytte varmen inde i systemet eller til områder, der er designet af det termiske kontrolsystem (TCS). TCS er en del af rumfartøjets design. For at hjælpe TCS skal PCBA'en fjerne ekstra varme. Brug vejledningerne nedenfor til at gøre det godt.

aerospace PCBA

Retningslinjer for termisk design af PCB's effektive ledningsevne

  • Kend den Temperaturgrænser for dit board i målmiljøet.

  • Brug komponenter, der opfylder standarder for rumfartsproduktion.

  • Vælg tavlematerialer, der matcher behov for rummiljø.

  • Kør en termisk analyse på designet. Det beviser, at kortet kan aflede varme.

  • Brug særlige dele og materialer, når det er nødvendigt. For eksempel tåler MMIC'er og keramik ofte højere temperaturer end standarddele.

  • Følg ovenstående trin for alle kort, der har brug for høj termisk ydeevne.

Disse trin hjælper med at optimere brættets evne til at transportere varmen væk.

Resumé og en bemærkning om Philifast

Rumelektronik skal opfylde højere krav til holdbarhed og pålidelighed. Det gør deres design og opbygning anderledes end de fleste printkort. Disse kvalitetsbehov fremgår af de regler og standarder, der påvirker dit arbejde med en kontraktproducent (CM). Din CM bør være en del af designet fra første dag. De skal sørge for, at printpladerne, delene og alle processer opfylder eller overgår standarderne for rumfart.

Philifast tilbyder hjælp til design og fremstilling af printkort til luft- og rumfart. Vi arbejder med strenge standarder. Vi kan hjælpe med at vælge det rigtige materiale, udføre termiske undersøgelser og følge de nødvendige kvalitetskontroller. Hvis du har brug for hjælp til design, prototyping eller produktion af printkort til rumfart, kan Philifast hjælpe dig fra design til levering.

Hurtig tjekliste til PCB-projekter inden for rumfart

  • Planlæg en længere godkendelsestid, når produktet er forretningskritisk.

  • Vælg materialer med den nødvendige styrke og termiske egenskaber.

  • Design flexzoner omhyggeligt til rigid-flex eller flexplader.

  • Kør en termisk analyse tidligt.

  • Følg IPC- og AS-standarderne for brug i luft- og rumfart.

  • Brug konform belægning og rensning af kabinettet, når det er nødvendigt.

Hvis du vil, Philifast kan gennemgå dit design og give feedback for at gøre kortet klar til brug i rumfarten.

Rul til toppen