Τι σημαίνουν τα PCB της αεροδιαστημικής

Τα αεροδιαστημικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορεί να είναι είτε κρίσιμα είτε μη κρίσιμα. Για παράδειγμα, το σύστημα αυτόματου πιλότου σε ένα αεροπλάνο χρησιμοποιεί πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB). Αυτές οι πλακέτες είναι πολύ σημαντικές για την ασφάλεια των ανθρώπων. Εάν αποτύχουν, το αποτέλεσμα μπορεί να είναι πολύ άσχημο.
Αντίθετα, ένα εμπορικό αεροσκάφος διαθέτει πλακέτες κυκλωμάτων για τον έλεγχο των καθισμάτων. Αυτές οι πλακέτες δεν είναι κρίσιμες. Αν αποτύχουν, οι άνθρωποι δεν κινδυνεύουν. Παρόλα αυτά, ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός πρέπει να είναι κατασκευασμένος έτσι ώστε να μπορεί να “αποτύχει” και να μην πάρει φωτιά.

aerospace PCB

Όταν σχεδιάζετε στρατιωτικά ή αεροδιαστημικά ηλεκτρονικά συστήματα, σχεδιάστε έγκαιρα να ακολουθήσετε τους σωστούς κανόνες. Τα εξαρτήματα και τα υλικά που επιλέγετε πρέπει να ανταποκρίνονται στις ανάγκες της τελικής χρήσης. Εάν το προϊόν είναι κρίσιμο για την αποστολή, αναμείνατε μεγαλύτερους χρόνους παράδοσης. Τα στάδια έγκρισης θα απαιτήσουν περισσότερο χρόνο.

Βήματα κατασκευής και επιλογές υλικών

Η κατασκευή PCBA περιλαμβάνει δύο κύρια στάδια: την κατασκευή και τη συναρμολόγηση της πλακέτας. Η βασική πρώτη επιλογή είναι το υλικό της πλακέτας που θα χρησιμοποιηθεί. Πολύ συχνά αυτή η επιλογή δεν τυγχάνει αρκετής προσοχής. Πολλά προγράμματα σχεδιασμού PCB χρησιμοποιούν το FR4 ως προεπιλεγμένο διηλεκτρικό. Το FR4 λειτουργεί για πολλές χρήσεις.
Το FR4 είναι μερικές φορές αρκετά καλό. Σε άλλες περιπτώσεις δεν είναι. Για αεροδιαστημικές πλακέτες, εναλλακτικά υλικά όπως το πολυϊμίδιο μπορεί να είναι καλύτερη επιλογή. Μια καλύτερη επιλογή υλικού προκύπτει από τη γνώση των χαρακτηριστικών του υλικού και του τρόπου με τον οποίο αυτά τα χαρακτηριστικά επηρεάζουν την κατασκευή της πλακέτας. Τα διαστημικά συστήματα πρέπει να λειτουργούν σε δύσκολες συνθήκες. Επομένως, η επιλογή υλικού είναι πολύ σημαντική.

Κύριοι παράγοντες υλικών για αεροδιαστημικά PCB

Όταν επιλέγετε υλικά για αεροδιαστημικά PCB, προσέξτε τα εξής κύρια σημεία:

  • Δύναμη
    Η εκτόξευση και η πτήση στο διάστημα μπορεί να προκαλέσει ισχυρούς κραδασμούς και μηχανική καταπόνηση. Η αντοχή του σκάφους έχει σημασία.

  • Ανθεκτικότητα
    Σε αντίθεση με τις περισσότερες επίγειες πλακέτες, οι δορυφορικές πλακέτες συχνά δεν μπορούν να επισκευαστούν ή να αλλάξουν μετά την εκτόξευση. Η ανθεκτικότητα είναι κρίσιμη.

  • Θερμική αντίσταση
    Οι πλακέτες πρέπει να λειτουργούν υπό ακραίες συνθήκες ζέστης και ψύχους και να συνεχίζουν να λειτουργούν. Αυτή είναι μία από τις κορυφαίες ανάγκες για το PCBA της αεροδιαστημικής.

  • Σταθερότητα
    Οι θερμοκρασίες του χώρου μπορεί να είναι πολύ υψηλές ή πολύ χαμηλές. Οι πλακέτες πρέπει να αντιστέκονται σε αυτές τις ακραίες συνθήκες.

  • Θερμική ανακύκλωση
    Τα συστήματα πρέπει να διαχειρίζονται επαναλαμβανόμενους κύκλους από το ζεστό στο κρύο και πίσω.

  • Ευελιξία
    Δεν πρέπει να λυγίζουν όλα τα PCB της αεροδιαστημικής. Ωστόσο, πολλά σχέδια χρησιμοποιούν πολλαπλές πλακέτες και εύκαμπτες διασυνδέσεις. Παραδείγματα περιλαμβάνουν μικρούς δορυφόρους όπως οι CubeSats.

  • Χημική αντοχή
    Η εξωτερική μόλυνση και η εσωτερική μόλυνση μπορούν να βλάψουν τις ηλεκτρονικές περιοχές. Η διαστημική ακτινοβολία είναι η κύρια ανησυχία. Αλλά μπορούν να εμφανιστούν και άλλοι ρύποι, ιδίως με την υγρασία. Για να αποφευχθεί αυτό, οι κατασκευαστές συχνά καθαρίζουν τα περιβλήματα με άζωτο και τα σφραγίζουν. Χρησιμοποιούν επίσης συμμορφική επίστρωση.

Τα δύο πιο συνηθισμένα υλικά για αεροδιαστημικές πλακέτες είναι το FR4 και το πολυϊμίδιο. Το FR4 είναι μια καλή γενική επιλογή για πολλές πλακέτες PCB. Το πολυϊμίδιο παρέχει εξαιρετική ευελιξία και θερμικά χαρακτηριστικά. Αυτό το καθιστά καλύτερο για ορισμένες χρήσεις. Ας δούμε αυτές τις επιλογές από τα σημεία που παραθέσαμε παραπάνω.

Polyimide vs FR4 για αεροδιαστημικές πλακέτες

Η κατασκευή αεροδιαστημικών πινάκων πρέπει να ακολουθεί πολλούς κανόνες και πρότυπα. Οι αεροδιαστημικές πλακέτες πρέπει να πληρούν ειδικά προσαρτήματα και προδιαγραφές όπως το IPC-6012D για άκαμπτες πλακέτες και IPC-6013D για πλακέτες flex και rigid-flex. Τόσο το πολυϊμίδιο όσο και ορισμένοι τύποι FR4 μπορούν να ανταποκριθούν στους κανόνες της αεροδιαστημικής. Επομένως, πρέπει να εξετάσετε τις λεπτομέρειες για τη χρήση σας. Ο παρακάτω πίνακας παραθέτει τι πρέπει να ελέγξετε όταν επιλέγετε ένα υλικό.

Σημείωση: Τα στοιχεία “FR4” σε πολλούς πίνακες σημαίνουν βασικό FR4. Άλλες ποιότητες FR4 μπορεί να παρουσιάζουν καλύτερα χαρακτηριστικά για αεροδιαστημική χρήση.

Το πολυμίδιο και το FR4 διαφέρουν σε βασικά σημεία για τα PCB της αεροδιαστημικής. Μια σαφής διαφορά είναι η ευελιξία. Το πολυιμίδιο είναι ένα εύκαμπτο υλικό που χρησιμοποιείται για πλακέτες με κάμψη και άκαμπτη κάμψη. Το FR4 προορίζεται για άκαμπτες πλακέτες. Ακόμα κι έτσι, το πολυιμίδιο είναι συχνά ισχυρότερο από το βασικό FR4. Αυτό προσδίδει στο πολυιμίδιο καλύτερη ανθεκτικότητα. Εάν σχεδιάζετε ακραίες θερμοκρασίες και θερμικές ανακυκλώσεις, το πολυιμίδιο αποτελεί κορυφαία επιλογή. Και τα δύο υλικά αντιστέκονται καλά στη μόλυνση.

Polyimide films

Η σωστή επιλογή εξαρτάται από την περίπτωση. Για ορισμένα συστήματα, το πολυιμίδιο είναι το καλύτερο. Για άλλα, ο εσωτερικός θερμικός έλεγχος του διαστημικού σκάφους μπορεί να διατηρήσει το περιβάλλον σταθερό. Τότε το FR4 μπορεί να είναι αρκετό. Ο σχεδιασμός της πλακέτας αλλάζει επίσης την απόφαση. Οι πλακέτες Flex έχουν κανόνες σχεδιασμού που διαφέρουν πολύ. Για παράδειγμα, οι κανόνες που ισχύουν για τις πλακέτες είναι διαφορετικοί:

  • Αποφύγετε τα vias σε περιοχές κάμψης.

  • Τοποθετήστε τα ίχνη έτσι ώστε να κάμπτονται σε μεγάλα τόξα για να παρατείνετε τη διάρκεια ζωής.

  • Χρησιμοποιήστε χάλκινα φιλέτα 45-60 μοιρών στις διασταυρώσεις για να βοηθήσετε την κάμψη. (Ορισμένοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διαφορετικές γωνίες.)

  • Προσέξτε τον αριθμό των στρώσεων σε σχέση με την ακτίνα κάμψης.

  • Χρησιμοποιήστε άλλα βήματα σχεδιασμού για να μειώσετε τη ρηγμάτωση του χαλκού.

Οι σχεδιαστές για διαφορετικές βιομηχανίες πρέπει να προσαρμόσουν τη διαδικασία επιλογής υλικών. Για την αεροδιαστημική, αυτό το βήμα είναι πιο σημαντικό. Πρέπει να σχεδιάζετε για ακραίες συνθήκες.

Πρότυπα της αεροδιαστημικής βιομηχανίας που ισχύουν για την κατασκευή PCB

Ένας πλήρης οδηγός για τα πρότυπα PCB της αεροδιαστημικής είναι μακρύς. Ακολουθούν τα κύρια πρότυπα που πρέπει να γνωρίζετε:

  • ISO 9100 - Ένα βασικό πρότυπο συστήματος διαχείρισης ποιότητας. Πολλά άλλα πρότυπα προέρχονται από τη σκέψη του ISO. Επικεντρώνεται στις ανάγκες των πελατών, στην ανώτατη διοίκηση, στις διαδικασίες του ΣΔΠ και στη συνεχή βελτίωση.

  • AMS2750E - Καλύπτει τις ανάγκες υψηλής θερμοκρασίας για εξοπλισμό θερμικής επεξεργασίας. Περιλαμβάνει αισθητήρες, όργανα και δοκιμές για θερμικές διεργασίες.

  • AS478N - Δείχνει ποια σημάδια πρέπει να χρησιμοποιούνται και πού να τοποθετούνται τα σημάδια στα αεροδιαστημικά εξαρτήματα.

  • AS5553A - Θέτει κανόνες για την αλυσίδα εφοδιασμού για εξαρτήματα που θα χρησιμοποιηθούν σε αεροδιαστημικές πλατφόρμες.

  • AS9006A - Καθορίζει κανόνες για το λογισμικό και την υποστήριξη λογισμικού που μπορεί να αποτελεί μέρος των συστημάτων διαστημοπλοίων.

  • AS9100D - Καθορίζει τις ανάγκες QMS για προμηθευτές αεροδιαστημικής. Καλύπτει εσωτερικά και εξωτερικά κατασκευαστικά στάδια. Δίνει έμφαση στις ανάγκες των πελατών.

  • AS9101E - Δείχνει πώς να ελέγχετε και να αναφέρετε τα αποτελέσματα του QMS.

  • AS9102B - Καταγράφει τις βασικές ανάγκες της επιθεώρησης πρώτου άρθρου (FAI).

aerospace PCB Applications in Aircraft

Αυτά τα πρότυπα της αεροδιαστημικής καλύπτουν τομείς που επηρεάζουν τα ηλεκτρονικά και τα PCB. Θα πρέπει επίσης να ακολουθήσετε και άλλους κανόνες που ισχύουν για το προϊόν ή την αλυσίδα εφοδιασμού σας.

Γιατί η αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα των PCB έχει σημασία στην αεροδιαστημική

Ο θερμικός έλεγχος αποτελεί βασικό ζήτημα για το PCBA της αεροδιαστημικής. Η εξάπλωση της θερμότητας έχει σημασία για όλες τις πλακέτες. Στο διάστημα, είναι δύσκολο να απομακρυνθεί η θερμότητα μέσω του αέρα. Το κενό καθιστά αδύνατη τη μεταφορά θερμότητας με αέρα. Δεν μπορείτε να επιδιορθώσετε μια πλακέτα που υφίσταται θερμική βλάβη στο διάστημα. Επομένως, ο κίνδυνος είναι μεγάλος. Η υπερθέρμανση μπορεί να προκαλέσει βλάβη σε μια πλακέτα και να σταματήσει τη λειτουργία ολόκληρου του διαστημικού σκάφους. Ο σχεδιασμός της πλακέτας σας πρέπει να περιλαμβάνει τρόπους ώστε η πλακέτα να απομακρύνει τη θερμότητα.

Ποια είναι η αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα PCB;

Η αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα της πλακέτας είναι η ικανότητα της πλακέτας να διαχέει και να απομακρύνει την επιπλέον θερμότητα. Έτσι καμία περιοχή δεν παραμένει πολύ ζεστή. Εάν ένα τμήμα ή υλικό θερμανθεί υπερβολικά, μπορεί να αποτύχει πρόωρα.

Τι συμβαίνει αν η θερμική αγωγιμότητα είναι πολύ χαμηλή;

Η χαμηλή αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα μπορεί να προκαλέσει μεγάλα προβλήματα:

  • Δομική υποβάθμιση
    Εάν η θερμοκρασία της πλακέτας ξεπεράσει το όριο του υλικού, η πλακέτα μπορεί να παραμορφωθεί ή να σπάσει. Τα θερμά σημεία κοντά σε εξαρτήματα υψηλής ισχύος μπορεί να σχηματιστούν εάν η θερμότητα δεν απομακρυνθεί.

  • Βλάβη εξαρτήματος
    Κάθε μέρος έχει μια μέγιστη θερμοκρασία. Εάν την υπερβείτε, το εξάρτημα σταματά να λειτουργεί ή υφίσταται φυσική βλάβη.

  • Αποκόλληση
    Για τις πολυστρωματικές πλακέτες, η πλαστικοποίηση συμπιέζει τα στρώματα σε μία δομή. Η υψηλή θερμοκρασία μπορεί να διασπάσει τα στρώματα μετά την ανάπτυξη, ανάλογα με τις επιλογές του υλικού.

  • Φωτιά
    Εάν η υπερβολική θερμότητα διαρκέσει πολύ, τα εξαρτήματα ή η πλακέτα μπορεί να αναφλεγούν. Οι υπερθερμασμένοι μονωτήρες μπορεί να σχηματίσουν τόξο και να προκαλέσουν πυρκαγιά. Αυτό είναι ένα καταστροφικό αποτέλεσμα. Μπορεί να καταστρέψει την πλακέτα και άλλα κοντινά εξαρτήματα.

Λόγω αυτών των κινδύνων, οι κατασκευαστές πρέπει να εξασφαλίζουν καλή αποτελεσματική θερμική αγωγιμότητα για τις πλακέτες αεροδιαστημικής.

Πώς να κατασκευάσετε αεροδιαστημικό PCBA για καλύτερη θερμική απόδοση

Σε σύγκριση με τα επίγεια συστήματα, τα συστήματα των διαστημοπλοίων δεν μπορούν να εκτονώσουν τη θερμότητα στο χώρο. Τα ηλεκτρονικά σε ένα σκάφος πρέπει να μεταφέρουν τη θερμότητα στο εσωτερικό του συστήματος ή σε περιοχές που έχουν σχεδιαστεί από το σύστημα θερμικού ελέγχου (TCS). Το TCS αποτελεί μέρος του σχεδιασμού του διαστημικού σκάφους. Για να βοηθήσει το TCS, το PCBA πρέπει να απομακρύνει την επιπλέον θερμότητα. Χρησιμοποιήστε τους παρακάτω οδηγούς για να το κάνετε αυτό καλά.

aerospace PCBA

Κατευθυντήριες γραμμές θερμικού σχεδιασμού για την αποτελεσματική αγωγιμότητα PCB

  • Γνωρίστε το όρια θερμοκρασίας για την πλακέτα σας στο περιβάλλον-στόχο.

  • Χρησιμοποιήστε εξαρτήματα που πληρούν πρότυπα αεροδιαστημικής κατασκευής.

  • Επιλέξτε υλικά σανίδων που ταιριάζουν ανάγκες διαστημικού περιβάλλοντος.

  • Τρέξτε ένα θερμική ανάλυση στο σχεδιασμό. Αυτό αποδεικνύει ότι η πλακέτα μπορεί να αποβάλει θερμότητα.

  • Χρησιμοποιήστε ειδικά εξαρτήματα και υλικά όταν χρειάζεται. Για παράδειγμα, τα MMIC και τα κεραμικά συχνά αντέχουν σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τα τυπικά εξαρτήματα.

  • Ακολουθήστε τα παραπάνω βήματα για κάθε πλακέτα που χρειάζεται υψηλή θερμική απόδοση.

Αυτά τα βήματα θα βοηθήσουν στη βελτιστοποίηση της ικανότητας της πλακέτας να απομακρύνει τη θερμότητα.

Περίληψη και μια σημείωση για το Philifast

Τα διαστημικά ηλεκτρονικά συστήματα πρέπει να πληρούν αυστηρότερους κανόνες ανθεκτικότητας και αξιοπιστίας. Αυτό καθιστά το σχεδιασμό και την κατασκευή τους διαφορετικές από τις περισσότερες πλακέτες PCB. Αυτές οι ανάγκες ποιότητας εμφανίζονται στους κανόνες και τα πρότυπα που επηρεάζουν τη συνεργασία σας με έναν συμβατικό κατασκευαστή (CM). Ο CM σας θα πρέπει να συμμετέχει στο σχεδιασμό από την πρώτη ημέρα. Πρέπει να διασφαλίζει ότι οι πλακέτες, τα εξαρτήματα και όλες οι διαδικασίες πληρούν ή υπερβαίνουν τα αεροδιαστημικά πρότυπα.

Η Philifast προσφέρει βοήθεια στο σχεδιασμό και την κατασκευή αεροδιαστημικών PCB. Εργαζόμαστε με αυστηρά πρότυπα. Μπορούμε να σας βοηθήσουμε να επιλέξετε το σωστό υλικό, να εκτελέσετε θερμικές μελέτες και να ακολουθήσετε τους απαραίτητους ελέγχους ποιότητας. Εάν χρειάζεστε βοήθεια για το σχεδιασμό, την κατασκευή πρωτοτύπων ή την παραγωγή PCB για την αεροδιαστημική βιομηχανία, η Philifast μπορεί να σας υποστηρίξει από το σχεδιασμό έως την παράδοση.

Γρήγορος κατάλογος ελέγχου για έργα PCB αεροδιαστημικής

  • Προγραμματίστε υψηλότερο χρόνο έγκρισης όταν το προϊόν είναι κρίσιμο για την αποστολή.

  • Διαλέξτε υλικά με την απαιτούμενη αντοχή και τα θερμικά χαρακτηριστικά.

  • Σχεδιάστε προσεκτικά τις ζώνες κάμψης για πίνακες άκαμπτης κάμψης ή κάμψης.

  • Εκτελέστε θερμική ανάλυση νωρίς.

  • Ακολουθήστε τα πρότυπα IPC και AS για αεροδιαστημική χρήση.

  • Χρησιμοποιήστε σύμμορφη επίστρωση και καθαρισμό του περιβλήματος όταν χρειάζεται.

Αν θέλετε, Philifast μπορεί να επανεξετάσει το σχέδιό σας και να δώσει σχόλια για να καταστήσει την πλακέτα έτοιμη για αεροδιαστημική χρήση.

Μετακινηθείτε στην κορυφή