Mitä ilmailu- ja avaruusteollisuuden PCB:t tarkoittavat

Ilmailu- ja avaruuselektroniikan osat voivat olla joko kriittisiä tai ei-kriittisiä. Esimerkiksi lentokoneen automaattiohjausjärjestelmässä käytetään painettuja piirilevyjä (PCB). Nämä piirilevyt ovat erittäin tärkeitä ihmisten turvallisuuden kannalta. Jos ne vikaantuvat, seuraukset voivat olla erittäin vakavia.
Sitä vastoin liikennelentokoneessa on piirilevyjä istuimen ohjausta varten. Nämä piirilevyt eivät ole kriittisiä. Jos ne vioittuvat, ihmiset eivät ole vaarassa. Elektroniset laitteet on kuitenkin valmistettava niin, että ne voivat olla “vikasietoisia” eivätkä syty tuleen.

aerospace PCB

Kun suunnittelet sotilas- tai ilmailu- ja avaruuselektroniikkaa, suunnittele ajoissa, että noudatat oikeita sääntöjä. Valitsemiesi osien ja materiaalien on vastattava loppukäytön tarpeita. Jos tuote on tehtäväkriittinen, varaudu pidempiin toimitusaikoihin. Hyväksymisvaiheet vievät enemmän aikaa.

Valmistusvaiheet ja materiaalivalinnat

PCBA-valmistuksessa on kaksi päävaihetta: levyn valmistus ja kokoonpano. Ensimmäinen tärkeä valinta on, mitä levymateriaalia käytetään. Liian usein tähän valintaan ei kiinnitetä riittävästi huomiota. Monet piirilevysuunnitteluohjelmat käyttävät FR4:ää oletusarvoisena dielektrisenä aineena. FR4 toimii moniin käyttötarkoituksiin.
FR4 on joskus riittävän hyvä. Toisinaan taas ei. Ilmailu- ja avaruusalan piirilevyissä vaihtoehtoiset materiaalit, kuten polyimidi, voivat olla parempi valinta. Parempi materiaalivalinta edellyttää materiaalin ominaisuuksien tuntemista ja sitä, miten ne vaikuttavat levyn rakentamiseen. Avaruusjärjestelmien on toimittava ankarissa olosuhteissa. Materiaalivalinta on siis erittäin tärkeä.

Tärkeimmät materiaalitekijät ilmailu- ja avaruusteollisuuden piirilevyissä

Kun valitset materiaaleja ilmailu- ja avaruusteollisuuden piirilevyille, noudata näitä pääkohtia:

  • Vahvuus
    Avaruuteen laukaisu ja lento voivat aiheuttaa voimakasta tärinää ja mekaanista rasitusta. Levyn lujuudella on merkitystä.

  • Kestävyys
    Toisin kuin useimmat maanpäälliset piirilevyt, satelliittipiirilevyjä ei useinkaan voida korjata tai vaihtaa laukaisun jälkeen. Kestävyys on ratkaisevan tärkeää.

  • Lämmönkestävyys
    Piirilevyjen on toimittava äärimmäisessä kuumuudessa ja kylmyydessä ja pysyttävä toiminnassa. Tämä on yksi ilmailu- ja avaruusalan PCBA:n tärkeimmistä tarpeista.

  • Vakaus
    Tilan lämpötila voi olla hyvin korkea tai hyvin matala. Levyjen on kestettävä näitä ääriolosuhteita.

  • Lämpökierto
    Järjestelmien on kestettävä toistuvia syklejä kuumasta kylmään ja takaisin.

  • Joustavuus
    Kaikkien ilmailu- ja avaruusteollisuuden piirilevyjen ei tarvitse taipua. Monissa malleissa käytetään kuitenkin useita levyjä ja joustavia liitoksia. Esimerkkejä ovat pienet satelliitit, kuten CubeSatit.

  • Kemiallinen kestävyys
    Ulkopuolinen ja sisäinen saastuminen voivat vahingoittaa elektroniikka-alueita. Avaruussäteily on suurin huolenaihe. Mutta muitakin epäpuhtauksia voi esiintyä, erityisesti kosteutta. Tämän välttämiseksi valmistajat usein puhdistavat kotelot typellä ja tiivistävät ne. Ne käyttävät myös conformal-pinnoitusta.

Ilmailu- ja avaruusteollisuuden levyjen kaksi yleisintä materiaalia ovat FR4 ja polyimidi. FR4 on hyvä yleisvalinta monille piirilevyille. Polyimidi antaa erinomaiset joustavuus- ja lämpöominaisuudet. Tämän vuoksi se soveltuu parhaiten joihinkin käyttötarkoituksiin. Tarkastellaan näitä vaihtoehtoja edellä luetelluista kohdista.

Polyimidi vs FR4 ilmailu- ja avaruusteollisuuden levyjen osalta

Ilmailu- ja avaruusalustan rakentamisessa on noudatettava monia sääntöjä ja standardeja. Ilmailu- ja avaruusteollisuuden levyjen on täytettävä erityiset liitteet ja speksit, kuten IPC-6012D jäykille levyille ja IPC-6013D flex- ja rigid-flex-levyille. Sekä polyimidi että jotkin FR4-tyypit voivat täyttää ilmailu- ja avaruusalan säännöt. Sinun on siis tarkasteltava yksityiskohtia käyttötarkoitustasi varten. Alla olevassa taulukossa luetellaan, mitä on tarkistettava, kun valitset materiaalia.

Huomautus: Monissa taulukoissa “FR4”-kohteet tarkoittavat FR4-perusmateriaalia. Muut FR4-laadut saattavat osoittaa parempia ominaisuuksia ilmailu- ja avaruuskäyttöön.

Polyimidi ja FR4 eroavat toisistaan keskeisillä tavoilla ilmailu- ja avaruusteollisuuden piirilevyjen osalta. Yksi selkeä ero on joustavuus. Polyimidi on joustava materiaali, jota käytetään jousto- ja jäykkäjäykkiin levyihin. FR4 on tarkoitettu jäykkiin levyihin. Tästä huolimatta polyimidi on usein vahvempi kuin FR4-perusmateriaali. Tämä antaa polyimidille paremman kestävyyden. Jos suunnittelet äärimmäisiä lämpötiloja ja lämpövaihteluita, polyimidi on paras valinta. Molemmat materiaalit kestävät hyvin likaantumista.

Polyimide films

Oikea valinta riippuu tapauksesta. Joissakin järjestelmissä polyimidi on paras vaihtoehto. Toisissa tapauksissa avaruusaluksen sisäinen lämmönsäätö voi pitää ympäristön vakaana. Silloin FR4 saattaa riittää. Myös piirilevyn suunnittelu muuttaa päätöstä. Flex-levyjen suunnittelusäännöt eroavat toisistaan paljon. Esim:

  • Vältä läpivientejä taivutusalueilla.

  • Aseta johtimet niin, että ne taipuvat pitkiksi kaariksi, jotta niiden käyttöikä pitenee.

  • Käytä 45-60 asteen kuparitäytteitä risteyksissä taivutuksen helpottamiseksi. (Jotkut valmistajat käyttävät eri kulmia.)

  • Tarkkaile kerrosten määrää suhteessa taivutussäteeseen.

  • Käytä muita suunnitteluvaiheita kuparin halkeilun vähentämiseksi.

Eri teollisuudenalojen suunnittelijoiden on mukautettava materiaalivalintaprosessia. Ilmailu- ja avaruusalalla tämä vaihe on tärkeämpi. On suunniteltava ääriolosuhteita varten.

PCB:n valmistukseen sovellettavat ilmailu- ja avaruusteollisuuden standardit

Täydellinen opas ilmailu- ja avaruusalan PCB-standardeista on pitkä. Alla on lueteltu tärkeimmät standardit, jotka sinun tulisi tuntea:

  • ISO 9100 - Laadunhallintajärjestelmän perusstandardi. Monet muut standardit perustuvat ISO-ajatteluun. Siinä keskitytään asiakkaiden tarpeisiin, ylimpään johtoon, QMS-prosesseihin ja jatkuvaan parantamiseen.

  • AMS2750E - Kattaa lämpökäsittelylaitteiden korkean lämpötilan tarpeet. Tähän sisältyvät anturit, instrumentit ja testit lämpöprosesseja varten.

  • AS478N - Näyttää, mitä merkkejä käytetään ja mihin merkit sijoitetaan ilmailu- ja avaruustekniikan osissa.

  • AS5553A - Asettaa säännöt ilmailu- ja avaruusalustoissa käytettävien osien toimitusketjulle.

  • AS9006A - Asettaa säännöt ohjelmille ja ohjelmistotuelle, jotka voivat olla osa avaruusalusten järjestelmiä.

  • AS9100D - Asettaa QMS-tarpeet ilmailu- ja avaruusteollisuuden toimittajille. Se kattaa sisäiset ja ulkoistetut valmistusvaiheet. Siinä korostetaan asiakkaiden tarpeita.

  • AS9101E - Näyttää, miten QMS-auditointi ja QMS-tulosten raportointi tehdään.

  • AS9102B - Luettelo ensimmäisen artiklan tarkastuksen (FAI) perustason tarpeista.

aerospace PCB Applications in Aircraft

Nämä ilmailu- ja avaruusalan standardit kattavat elektroniikkaan ja piirilevyihin vaikuttavia aloja. Sinun on noudatettava myös muita sääntöjä, joita sovelletaan tuotteeseesi tai toimitusketjuusi.

Miksi PCB:n tehokas lämmönjohtavuus on tärkeää ilmailu- ja avaruusalalla?

Lämmönhallinta on keskeinen kysymys ilmailu- ja avaruustekniikan PCBA:ssa. Lämmön leviämisellä on merkitystä kaikissa levyissä. Avaruudessa lämpöä on vaikea siirtää pois ilman avulla. Tyhjiö tekee lämmönsiirron ilman avulla mahdottomaksi. Avaruudessa lämpövaurioita kärsivää levyä ei voi korjata. Riski on siis suuri. Ylikuumeneminen voi aiheuttaa piirilevyn vikaantumisen ja estää koko avaruusaluksen toiminnan. Piirilevyn suunnittelussa on oltava keinoja, joilla piirilevy saadaan siirtämään lämpöä pois.

Mikä on PCB:n tehokas lämmönjohtavuus?

Piirilevyn tehokas lämmönjohtavuus on levyn kyky levittää ja poistaa ylimääräistä lämpöä. Näin mikään alue ei jää liian kuumaksi. Jos osa tai materiaali kuumenee liikaa, se voi vioittua ennenaikaisesti.

Mitä tapahtuu, jos lämmönjohtavuus on liian alhainen?

Alhainen tehollinen lämmönjohtavuus voi aiheuttaa suuria ongelmia:

  • Rakenteellinen hajoaminen
    Jos levyn lämpötila nousee materiaalin raja-arvon yläpuolelle, levy voi deformoitua tai hajota. Suuritehoisten osien läheisyyteen voi muodostua kuumia kohtia, jos lämpö ei siirry pois.

  • Komponentin vaurioituminen
    Kullakin osalla on enimmäislämpötila. Jos ylität sen, osa lakkaa toimimasta tai saa fyysisiä vaurioita.

  • Delaminaatio
    Monikerroksisissa levyissä laminointi puristaa kerrokset yhdeksi rakenteeksi. Korkea lämpötila voi materiaalivalinnoista riippuen hajottaa kerrokset levittämisen jälkeen.

  • Palo
    Jos äärimmäinen kuumuus kestää pitkään, osat tai levy voivat syttyä. Ylikuumentuneet eristeet voivat aiheuttaa valokaaren ja sytyttää tulipalon. Tämä on katastrofaalinen seuraus. Se voi tuhota piirilevyn ja muut lähellä olevat osat.

Näiden riskien vuoksi valmistajien on varmistettava, että ilmailu- ja avaruusteollisuuden levyjen lämmönjohtavuus on hyvä.

Miten rakentaa ilmailu- ja avaruusteollisuuden PCBA:ta parhaan lämpösuorituskyvyn saavuttamiseksi?

Avaruusalusten järjestelmät eivät voi maanpäällisiin järjestelmiin verrattuna purkaa lämpöä huoneeseen. Avaruusaluksen elektroniikan on siirrettävä lämpöä järjestelmän sisällä tai lämmönhallintajärjestelmän (TCS) suunnittelemiin alueisiin. TCS on osa avaruusaluksen suunnittelua. TCS:n auttamiseksi PCBA:n on poistettava ylimääräistä lämpöä. Käytä alla olevia oppaita, jotta se onnistuu hyvin.

aerospace PCBA

Lämpösuunnitteluohjeet PCB:n tehokasta johtavuutta varten

  • Tunne lämpötilarajat piirilevyäsi varten kohdeympäristössä.

  • Käytä komponentteja, jotka täyttävät ilmailu- ja avaruustekniikan tuotantostandardit.

  • Valitse levymateriaalit, jotka sopivat yhteen avaruusympäristön tarpeet.

  • Suorita lämpöanalyysi suunnittelusta. Tämä todistaa, että levy pystyy johtamaan lämpöä.

  • Käytä tarvittaessa erityisosia ja -materiaaleja. Esimerkiksi MMIC-elementit ja keraamiset materiaalit kestävät usein korkeampaa lämpötilaa kuin vakio-osat.

  • Noudata edellä mainittuja ohjeita kaikkien sellaisten piirilevyjen kohdalla, jotka vaativat korkeaa lämpösuorituskykyä.

Nämä vaiheet auttavat optimoimaan levyn kykyä siirtää lämpöä pois.

Yhteenveto ja huomautus Philifastista

Avaruuselektroniikan on täytettävä korkeammat kestävyyttä ja luotettavuutta koskevat säännöt. Tämä tekee niiden suunnittelusta ja rakentamisesta erilaista kuin useimpien piirilevyjen. Nämä laatuvaatimukset näkyvät säännöissä ja standardeissa, jotka vaikuttavat työhön sopimusvalmistajan kanssa. CM:n tulisi olla mukana suunnittelussa alusta alkaen. Hänen on varmistettava, että levyt, osat ja kaikki prosessit täyttävät tai ylittävät ilmailualan standardit.

Philifast tarjoaa suunnittelu- ja valmistusapua ilmailu- ja avaruusteollisuuden piirilevyille. Työskentelemme tiukkojen standardien mukaisesti. Voimme auttaa oikean materiaalin valinnassa, tehdä lämpötutkimuksia ja noudattaa tarvittavia laatutarkastuksia. Jos tarvitset apua ilmailu- ja avaruusteollisuuden piirilevyjen suunnittelussa, prototyyppien valmistuksessa tai tuotannossa, Philifast voi tukea sinua suunnittelusta toimitukseen.

Nopea tarkistuslista ilmailu- ja avaruusalan PCB-projekteja varten

  • Suunnittele enemmän hyväksyntämenettelyaikaa, kun tuote on kriittinen.

  • Valitse materiaalit, joilla on tarvittavat lujuus- ja lämpöominaisuudet.

  • Suunnittele joustovyöhykkeet huolellisesti jäykkä- tai joustolevyille.

  • Suorita lämpöanalyysi varhaisessa vaiheessa.

  • Noudatetaan IPC- ja AS-standardeja ilmailu- ja avaruuskäyttöön.

  • Käytä tarvittaessa conformal-pinnoitetta ja kotelon puhdistusta.

Jos haluat, Philifast voi tarkistaa suunnittelusi ja antaa palautetta, jotta piirilevy olisi valmis ilmailu- ja avaruustekniikan käyttöön.

Selaa alkuun