Qué significan los PCB aeroespaciales

Las piezas electrónicas aeroespaciales pueden ser críticas o no críticas. Por ejemplo, el sistema de piloto automático de un avión utiliza placas de circuitos impresos (PCB). Estas placas son muy importantes para la seguridad de las personas. Si fallan, el resultado puede ser muy malo.
En cambio, un avión comercial tiene placas de circuitos para el control de los asientos. Esas placas no son críticas. Si fallan, las personas no corren peligro. Aun así, los equipos electrónicos deben fabricarse de modo que sean “a prueba de fallos” y no se incendien.

aerospace PCB

Cuando diseñe electrónica militar o aeroespacial, planifique con tiempo para seguir las reglas correctas. Las piezas y los materiales que elija deben satisfacer las necesidades del uso final. Si el producto es de misión crítica, prevea plazos de entrega más largos. Los trámites de homologación llevarán más tiempo.

Fases de fabricación y elección de materiales

La fabricación de PCBA consta de dos etapas principales: la fabricación de la placa y el montaje. La primera elección clave es qué material de placa utilizar. Con demasiada frecuencia, esta elección no recibe suficiente atención. Muchos programas de diseño de PCB utilizan FR4 como dieléctrico por defecto. El FR4 sirve para muchos usos.
FR4 a veces es suficiente. En otros casos, no. Para las placas de circuito impreso aeroespaciales, materiales alternativos como la poliimida pueden ser una mejor elección. La mejor elección de material pasa por conocer las características del material y cómo afectan a la construcción de la placa. Los sistemas espaciales deben funcionar en condiciones duras. Por tanto, la elección del material es muy importante.

Principales factores relacionados con los materiales de las placas de circuito impreso aeroespaciales

Cuando elija materiales para PCB aeroespaciales, preste atención a estos puntos principales:

  • Fuerza
    Los lanzamientos y vuelos espaciales pueden provocar fuertes vibraciones y tensiones mecánicas. La resistencia de la placa es importante.

  • Durabilidad
    A diferencia de la mayoría de las placas de circuito impreso terrestres, las de los satélites no suelen poder repararse o cambiarse después del lanzamiento. La durabilidad es fundamental.

  • Resistencia térmica
    Las placas deben funcionar en condiciones extremas de calor y frío sin dejar de funcionar. Esta es una de las principales necesidades de los PCBA aeroespaciales.

  • Estabilidad
    Las temperaturas del espacio pueden ser muy altas o muy bajas. Las placas deben resistir estos extremos.

  • Ciclado térmico
    Los sistemas deben soportar ciclos repetidos de calor a frío y viceversa.

  • Flexibilidad
    No todas las placas de circuito impreso aeroespaciales deben doblarse. Sin embargo, muchos diseños utilizan múltiples placas e interconexiones flexibles. Algunos ejemplos son los satélites pequeños, como los CubeSat.

  • Resistencia química
    La contaminación exterior y la contaminación interior pueden dañar las zonas electrónicas. La radiación espacial es la principal preocupación. Pero pueden aparecer otros contaminantes, sobre todo con la humedad. Para evitarlo, los fabricantes suelen purgar las carcasas con nitrógeno y sellarlas. También utilizan revestimientos conformados.

Los dos materiales más comunes para las placas aeroespaciales son el FR4 y la poliimida. El FR4 es una buena opción general para muchas placas de circuito impreso. La poliimida ofrece una flexibilidad y unas características térmicas excelentes. Esto hace que sea el mejor para algunos usos. Veamos estas opciones a partir de los puntos que hemos enumerado anteriormente.

Poliamida frente a FR4 para placas aeroespaciales

La fabricación de placas aeroespaciales debe seguir muchas reglas y normas. Las placas aeroespaciales deben cumplir apéndices y especificaciones especiales como IPC-6012D para placas rígidas y IPC-6013D para placas flexibles y rígido-flexibles. Tanto el poliamida como algunos tipos de FR4 pueden cumplir las normas aeroespaciales. Así que debe fijarse en los detalles para su uso. En la tabla siguiente se indica lo que hay que comprobar al elegir un material.

Nota: Los artículos “FR4” en muchas tablas significan FR4 básico. Otros grados de FR4 pueden mostrar mejores características para uso aeroespacial.

El poliamida y el FR4 difieren en aspectos clave para las placas de circuito impreso aeroespaciales. Una diferencia clara es la flexibilidad. La poliimida es un material flexible que se utiliza para placas flexibles y rígido-flexibles. El FR4 es para placas rígidas. Aun así, la poliimida suele ser más resistente que el FR4 básico. Esto le confiere una mayor durabilidad. Si prevé temperaturas extremas y ciclos térmicos, el poliamida es la mejor opción. Ambos materiales resisten bien la contaminación.

Polyimide films

La elección correcta depende del caso. Para algunos sistemas, la poliimida es lo mejor. Para otros, el control térmico interno de la nave espacial puede mantener el entorno estable. En ese caso, FR4 puede ser suficiente. El diseño de la placa también cambia la decisión. Las placas flexibles tienen reglas de diseño muy diferentes. Por ejemplo:

  • Evite las vías en las zonas de curvatura.

  • Coloque las trazas de modo que se doblen en arcos largos para prolongar su vida útil.

  • Utilice filetes de cobre de 45-60 grados en los cruces para ayudar a doblar. (Algunos fabricantes utilizan ángulos diferentes).

  • Observe el número de capas frente al radio de curvatura.

  • Utilice otras medidas de diseño para reducir el agrietamiento del cobre.

Los diseñadores de distintos sectores deben adaptar el proceso de selección de materiales. Para el sector aeroespacial, este paso es más importante. Hay que planificar para condiciones extremas.

Normas de la industria aeroespacial aplicables a la fabricación de placas de circuito impreso

Una guía completa de normas aeroespaciales para PCB es larga. A continuación se enumeran las principales normas que debe conocer:

  • ISO 9100 - Una norma básica del sistema de gestión de la calidad. Muchas otras normas proceden del pensamiento ISO. Se centra en las necesidades del cliente, la alta dirección, los procesos del SGC y la mejora continua.

  • AMS2750E - Cubre las necesidades de alta temperatura para equipos de tratamiento térmico. Incluye sensores, instrumentos y pruebas para procesos térmicos.

  • AS478N - Muestra qué marcas utilizar y dónde colocarlas en las piezas aeroespaciales.

  • AS5553A - Establece normas para la cadena de suministro de piezas que se utilizarán en plataformas aeroespaciales.

  • AS9006A - Establece normas para el software y el soporte de software que pueden formar parte de los sistemas de las naves espaciales.

  • AS9100D - Establece las necesidades de SGC de los proveedores del sector aeroespacial. Abarca las fases de fabricación internas y externas. Hace hincapié en las necesidades del cliente.

  • AS9101E - Muestra cómo auditar e informar de los resultados del SGC.

  • AS9102B - Enumera las necesidades básicas de la Inspección del Primer Artículo (FAI).

aerospace PCB Applications in Aircraft

Estas normas aeroespaciales cubren áreas que afectan a la electrónica y las placas de circuito impreso. También tendrá que seguir otras normas que se apliquen a su producto o cadena de suministro.

Por qué es importante la conductividad térmica efectiva de los PCB en el sector aeroespacial

El control térmico es una cuestión clave para los PCBA aeroespaciales. La propagación del calor es importante en todas las placas. En el espacio, es difícil alejar el calor por aire. El vacío hace que la transferencia de calor por aire sea imposible. No se puede reparar una tarjeta que sufra daños térmicos en el espacio. Así que el riesgo es alto. El sobrecalentamiento puede hacer que una placa falle y que toda la nave deje de funcionar. El diseño de tu placa debe incluir formas de hacer que el PCB aleje el calor.

¿Qué es la conductividad térmica efectiva de los PCB?

La conductividad térmica efectiva de las placas de circuito impreso es la capacidad de la placa para difundir y eliminar el calor adicional. De este modo, ninguna zona se calienta demasiado. Si una pieza o material se calienta demasiado, puede fallar antes de tiempo.

¿Qué ocurre si la conductividad térmica es demasiado baja?

Una baja conductividad térmica efectiva puede causar grandes problemas:

  • Degradación estructural
    Si la temperatura de la placa supera el límite de un material, la placa puede deformarse o romperse. Pueden formarse puntos calientes cerca de las piezas de alta potencia si el calor no se aleja.

  • Daños en los componentes
    Cada pieza tiene una temperatura máxima. Si la supera, la pieza deja de funcionar o sufre daños físicos.

  • Delaminación
    En el caso de las placas multicapa, la laminación comprime las capas en una sola estructura. Las altas temperaturas pueden romper las capas tras la implantación, dependiendo del material elegido.

  • Fuego
    Si el calor extremo dura mucho tiempo, las piezas o la placa pueden incendiarse. Los aislantes sobrecalentados pueden arquearse y provocar un incendio. Este es un resultado catastrófico. Puede destruir la placa y otras piezas cercanas.

Debido a estos riesgos, los fabricantes deben garantizar una buena conductividad térmica efectiva para las placas aeroespaciales.

Cómo fabricar PCBA aeroespaciales para obtener el mejor rendimiento térmico

En comparación con los sistemas terrestres, los sistemas de las naves espaciales no pueden evacuar el calor al exterior. Los componentes electrónicos de una nave deben mover el calor dentro del sistema o a zonas diseñadas por el sistema de control térmico (TCS). El TCS forma parte del diseño de la nave espacial. Para ayudar al TCS, el PCBA debe eliminar el calor extra. Utilice las guías a continuación para hacerlo bien.

aerospace PCBA

Directrices de diseño térmico para la conductividad efectiva de las placas de circuito impreso

  • Conozca la límites de temperatura para su placa en el entorno de destino.

  • Utilice componentes que cumplan normas de fabricación aeroespacial.

  • Elija materiales de tablero que combinen necesidades del entorno espacial.

  • Ejecutar un análisis térmico en el diseño. Esto demuestra que la placa puede disipar el calor.

  • Utilice piezas y materiales especiales cuando sea necesario. Por ejemplo, los MMIC y la cerámica suelen soportar temperaturas más altas que las piezas estándar.

  • Siga los pasos anteriores para cualquier placa que necesite un alto rendimiento térmico.

Estos pasos ayudarán a optimizar la capacidad de la placa para alejar el calor.

Resumen y nota sobre Philifast

La electrónica espacial debe cumplir normas más estrictas de durabilidad y fiabilidad. Esto hace que su diseño y fabricación sean diferentes a los de la mayoría de las placas de circuito impreso. Estas necesidades de calidad aparecen en las reglas y normas que afectan a su trabajo con un fabricante contratado (CM). El CM debe formar parte del diseño desde el primer día. Debe asegurarse de que las placas, las piezas y todos los procesos cumplen o superan las normas aeroespaciales.

Philifast ofrece ayuda para el diseño y la fabricación de placas de circuito impreso aeroespaciales. Trabajamos con normas estrictas. Podemos ayudarle a elegir el material adecuado, realizar estudios térmicos y seguir los controles de calidad necesarios. Si necesita ayuda con el diseño, la creación de prototipos o la producción de PCB aeroespaciales, Philifast puede ayudarle desde el diseño hasta la entrega.

Lista de comprobación rápida para proyectos aeroespaciales de PCB

  • Prevea un mayor tiempo de aprobación cuando el producto sea de misión crítica.

  • Elija materiales con la resistencia y las características térmicas necesarias.

  • Diseñe cuidadosamente las zonas flexibles para placas rígido-flexibles o flexibles.

  • Realice el análisis térmico con antelación.

  • Cumplen las normas IPC y AS para uso aeroespacial.

  • Utilice revestimiento de conformación y purga del recinto cuando sea necesario.

Si quieres, Philifast puede revisar su diseño y darle su opinión para que la placa esté lista para su uso aeroespacial.

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