Aerospace PCB - Chinese PCB Manufacturer

PCB trong ngành hàng không vũ trụ có ý nghĩa gì?

Các linh kiện điện tử hàng không vũ trụ có thể được phân loại thành hai loại: quan trọng và không quan trọng. Ví dụ, hệ thống lái tự động trên máy bay sử dụng bảng mạch in (PCBs). Những bảng mạch này rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho hành khách. Nếu chúng bị hỏng, hậu quả có thể rất nghiêm trọng.
Ngược lại, máy bay thương mại sử dụng bảng mạch điện tử để điều khiển ghế ngồi. Những bảng mạch này không phải là bộ phận quan trọng. Nếu chúng hỏng hóc, hành khách sẽ không gặp nguy hiểm. Tuy nhiên, thiết bị điện tử vẫn phải được thiết kế sao cho có thể “hoạt động an toàn” và không gây cháy nổ.

Khi thiết kế điện tử quân sự hoặc hàng không vũ trụ, hãy lập kế hoạch sớm để tuân thủ các quy định đúng đắn. Các linh kiện và vật liệu bạn chọn phải đáp ứng yêu cầu sử dụng cuối cùng. Nếu sản phẩm là thiết yếu cho nhiệm vụ, hãy dự kiến thời gian sản xuất kéo dài hơn. Các bước phê duyệt sẽ mất nhiều thời gian hơn.

Các bước sản xuất và lựa chọn vật liệu

Sản xuất PCBA có hai giai đoạn chính: gia công bảng mạch và lắp ráp. Lựa chọn quan trọng đầu tiên là loại vật liệu bảng mạch nào sẽ sử dụng. Thường thì lựa chọn này không được quan tâm đủ. Nhiều phần mềm thiết kế PCB sử dụng FR4 làm vật liệu cách điện mặc định. FR4 phù hợp cho nhiều ứng dụng.
FR4 đôi khi là lựa chọn đủ tốt. Tuy nhiên, trong một số trường hợp khác, nó không phải là lựa chọn tối ưu. Đối với mạch in (PCB) trong ngành hàng không vũ trụ, các vật liệu thay thế như polyimide có thể là lựa chọn tốt hơn. Việc lựa chọn vật liệu phù hợp phụ thuộc vào việc hiểu rõ đặc tính của vật liệu và cách những đặc tính đó ảnh hưởng đến quá trình sản xuất mạch in. Hệ thống hàng không vũ trụ phải hoạt động trong điều kiện khắc nghiệt. Do đó, việc lựa chọn vật liệu là vô cùng quan trọng.

Các yếu tố vật liệu chính cho bảng mạch in (PCB) trong ngành hàng không vũ trụ

Khi lựa chọn vật liệu cho bảng mạch in (PCB) trong ngành hàng không vũ trụ, hãy lưu ý các điểm chính sau:

Sức mạnh
Việc phóng và bay vào không gian có thể gây ra rung động mạnh và áp lực cơ học. Độ bền của bảng mạch là yếu tố quan trọng.
Độ bền
Không giống như hầu hết các bo mạch in (PCB) trên mặt đất, các bo mạch vệ tinh thường không thể sửa chữa hoặc thay thế sau khi phóng. Độ bền là yếu tố quan trọng.
Điện trở nhiệt
Bo mạch phải hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cực cao và cực thấp mà vẫn duy trì hoạt động. Đây là một trong những yêu cầu hàng đầu đối với bo mạch in (PCBA) trong ngành hàng không vũ trụ.
Ổn định
Nhiệt độ trong không gian có thể rất cao hoặc rất thấp. Các bảng mạch phải chịu được những điều kiện cực đoan này.
Quá trình nhiệt tuần hoàn
Hệ thống phải có khả năng xử lý các chu kỳ lặp đi lặp lại từ trạng thái nóng sang lạnh và ngược lại.
Sự linh hoạt
Không phải tất cả các bảng mạch in (PCB) trong ngành hàng không vũ trụ đều phải uốn cong. Tuy nhiên, nhiều thiết kế sử dụng nhiều bảng mạch và các kết nối linh hoạt. Ví dụ bao gồm các vệ tinh nhỏ như CubeSats.
Khả năng chống hóa chất
Ô nhiễm từ bên ngoài và bên trong có thể gây hại cho các khu vực điện tử. Tia bức xạ vũ trụ là mối lo ngại chính. Tuy nhiên, các chất ô nhiễm khác cũng có thể xuất hiện, đặc biệt là khi có độ ẩm. Để tránh điều này, các nhà sản xuất thường xả khí nitơ vào vỏ thiết bị và đóng kín chúng. Họ cũng sử dụng lớp phủ chống ẩm.

Hai vật liệu phổ biến nhất cho bảng mạch hàng không vũ trụ là FR4 và polyimide. FR4 là lựa chọn tốt cho nhiều loại bảng mạch in (PCB). Polyimide cung cấp độ linh hoạt và tính năng nhiệt xuất sắc. Điều này khiến nó trở thành lựa chọn tốt nhất cho một số ứng dụng cụ thể. Hãy cùng xem xét các tùy chọn này dựa trên các điểm đã nêu ở trên.

Polyimide so với FR4 cho bảng mạch hàng không vũ trụ

Việc sản xuất bảng mạch điện tử trong ngành hàng không vũ trụ phải tuân thủ nhiều quy tắc và tiêu chuẩn. Bảng mạch điện tử hàng không vũ trụ phải đáp ứng các phụ lục và thông số kỹ thuật đặc biệt như IPC-6012D cho bảng mạch cứng và IPC-6013D Đối với bảng mạch linh hoạt và bảng mạch linh hoạt-cứng. Cả polyimide và một số loại FR4 đều có thể đáp ứng các quy định hàng không vũ trụ. Vì vậy, bạn cần xem xét chi tiết cho mục đích sử dụng của mình. Bảng dưới đây liệt kê các yếu tố cần kiểm tra khi chọn vật liệu.

Lưu ý: Các mục “FR4” trong nhiều bảng biểu chỉ đề cập đến loại FR4 cơ bản. Các loại FR4 khác có thể có đặc tính tốt hơn cho ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ.

Polyimide và FR4 có những điểm khác biệt quan trọng đối với bảng mạch in (PCB) trong ngành hàng không vũ trụ. Một điểm khác biệt rõ ràng là độ linh hoạt. Polyimide là vật liệu linh hoạt được sử dụng cho bảng mạch linh hoạt (flex) và bảng mạch cứng-linh hoạt (rigid-flex). FR4 được sử dụng cho bảng mạch cứng. Tuy nhiên, polyimide thường có độ bền cao hơn so với FR4 cơ bản. Điều này giúp polyimide có độ bền tốt hơn. Nếu bạn cần chịu được nhiệt độ cực đoan và chu kỳ nhiệt, polyimide là lựa chọn hàng đầu. Cả hai vật liệu đều có khả năng chống ô nhiễm tốt.

Lựa chọn phù hợp phụ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Đối với một số hệ thống, polyimide là lựa chọn tốt nhất. Đối với những hệ thống khác, hệ thống kiểm soát nhiệt độ bên trong tàu vũ trụ có thể duy trì môi trường ổn định. Trong trường hợp đó, FR4 có thể là đủ. Thiết kế bảng mạch cũng ảnh hưởng đến quyết định. Bảng mạch linh hoạt có các quy tắc thiết kế khác biệt đáng kể. Ví dụ:

Tránh sử dụng lỗ vias ở các khu vực uốn cong.
Đặt các đường dẫn sao cho chúng uốn cong thành các cung dài để kéo dài tuổi thọ.
Sử dụng các miếng đồng có góc 45–60 độ tại các điểm giao nhau để giúp uốn cong. (Một số nhà sản xuất sử dụng các góc khác nhau.)
Theo dõi số lượng lớp so với bán kính uốn cong.
Sử dụng các bước thiết kế khác để giảm hiện tượng nứt đồng.

Các nhà thiết kế trong các ngành công nghiệp khác nhau phải điều chỉnh quy trình lựa chọn vật liệu. Đối với ngành hàng không vũ trụ, bước này đặc biệt quan trọng. Bạn phải lập kế hoạch cho các điều kiện cực đoan.

Tiêu chuẩn ngành hàng không vũ trụ áp dụng cho sản xuất bảng mạch in (PCB)

Một hướng dẫn đầy đủ về tiêu chuẩn PCB trong ngành hàng không vũ trụ là rất dài. Dưới đây là các tiêu chuẩn chính mà bạn nên biết:

ISO 9100 — Tiêu chuẩn hệ thống quản lý chất lượng cơ bản. Nhiều tiêu chuẩn khác cũng được phát triển dựa trên tư duy của ISO. Tiêu chuẩn này tập trung vào nhu cầu của khách hàng, sự tham gia của lãnh đạo cấp cao, các quy trình của hệ thống quản lý chất lượng (QMS) và cải tiến liên tục.
AMS2750E — Phục vụ nhu cầu nhiệt độ cao cho thiết bị xử lý nhiệt. Điều này bao gồm cảm biến, thiết bị đo lường và các thử nghiệm liên quan đến quá trình nhiệt.
AS478N — Hiển thị các dấu hiệu cần sử dụng và vị trí đặt các dấu hiệu trên các bộ phận hàng không vũ trụ.
AS5553A — Xác định các quy tắc cho chuỗi cung ứng của các linh kiện sẽ được sử dụng trong các nền tảng hàng không vũ trụ.
AS9006A — Xác định các quy tắc cho phần mềm và dịch vụ hỗ trợ phần mềm có thể là một phần của hệ thống tàu vũ trụ.
AS9100D — Xác định các yêu cầu của Hệ thống Quản lý Chất lượng (QMS) cho các nhà cung cấp trong ngành hàng không vũ trụ. Nó bao gồm các bước sản xuất nội bộ và gia công bên ngoài. Nó nhấn mạnh vào nhu cầu của khách hàng.
AS9101E — Hướng dẫn cách kiểm toán và báo cáo kết quả Hệ thống Quản lý Chất lượng (QMS).
AS9102B — Liệt kê các yêu cầu cơ bản của Kiểm tra Sản phẩm Đầu tiên (FAI).

Các tiêu chuẩn hàng không vũ trụ này áp dụng cho các lĩnh vực ảnh hưởng đến điện tử và bảng mạch in (PCB). Bạn cũng cần tuân thủ các quy định khác áp dụng cho sản phẩm hoặc chuỗi cung ứng của mình.

Tại sao hệ số dẫn nhiệt hiệu quả của PCB lại quan trọng trong ngành hàng không vũ trụ?

Kiểm soát nhiệt độ là vấn đề quan trọng đối với bo mạch in (PCBA) trong ngành hàng không vũ trụ. Việc tản nhiệt là yếu tố quan trọng đối với tất cả các bo mạch. Trong không gian, việc tản nhiệt bằng không khí là rất khó khăn. Môi trường chân không khiến việc truyền nhiệt qua không khí trở nên bất khả thi. Bạn không thể sửa chữa một bo mạch bị hư hỏng do nhiệt độ cao trong không gian. Do đó, rủi ro là rất cao. Quá nhiệt có thể khiến bo mạch hỏng hóc và làm toàn bộ tàu vũ trụ ngừng hoạt động. Thiết kế bo mạch của bạn phải bao gồm các giải pháp để bo mạch in (PCB) có thể tản nhiệt hiệu quả.

Độ dẫn nhiệt hiệu quả của PCB là gì?

Độ dẫn nhiệt hiệu quả của PCB là khả năng của bảng mạch trong việc phân tán và loại bỏ nhiệt dư thừa. Điều này giúp không có vùng nào trên bảng mạch trở nên quá nóng. Nếu một bộ phận hoặc vật liệu trở nên quá nóng, nó có thể hỏng hóc sớm.

Nếu độ dẫn nhiệt quá thấp thì sẽ xảy ra điều gì?

Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng thấp có thể gây ra những vấn đề nghiêm trọng:

Sự suy thoái cấu trúc
Nếu nhiệt độ của bảng mạch vượt quá giới hạn của vật liệu, bảng mạch có thể bị biến dạng hoặc hư hỏng. Các điểm nóng gần các bộ phận có công suất cao có thể hình thành nếu nhiệt không được tản đi.
Hư hỏng linh kiện
Mỗi bộ phận có một nhiệt độ tối đa. Nếu bạn vượt quá nhiệt độ này, bộ phận sẽ ngừng hoạt động hoặc bị hư hỏng vật lý.
Sự bong tróc
Đối với bảng mạch đa lớp, máy ép laminate ép các lớp thành một cấu trúc duy nhất. Nhiệt độ cao có thể làm hỏng các lớp sau khi triển khai, tùy thuộc vào lựa chọn vật liệu.
Lửa
Nếu nhiệt độ cực cao kéo dài, các bộ phận hoặc bảng mạch có thể bốc cháy. Các bộ phận cách điện bị quá nhiệt có thể tạo ra tia lửa điện và gây cháy. Đây là kết quả thảm khốc. Nó có thể phá hủy bảng mạch và các bộ phận khác gần đó.

Do những rủi ro này, các nhà sản xuất phải đảm bảo khả năng dẫn nhiệt tốt và hiệu quả cho các bảng mạch hàng không vũ trụ.

Cách thiết kế mạch in (PCBA) cho ngành hàng không vũ trụ để đạt hiệu suất nhiệt tối ưu

So với các hệ thống trên mặt đất, các hệ thống tàu vũ trụ không thể thoát nhiệt ra môi trường xung quanh. Các linh kiện điện tử trên tàu phải di chuyển nhiệt bên trong hệ thống hoặc đến các khu vực được thiết kế bởi hệ thống kiểm soát nhiệt (TCS). TCS là một phần của thiết kế tàu vũ trụ. Để hỗ trợ TCS, PCBA phải loại bỏ nhiệt dư thừa. Sử dụng các hướng dẫn dưới đây để thực hiện điều đó một cách hiệu quả.

Hướng dẫn thiết kế nhiệt cho độ dẫn nhiệt hiệu quả của PCB

Biết Giới hạn nhiệt độ cho bảng điều khiển của bạn trong môi trường mục tiêu.
Sử dụng các thành phần đáp ứng Tiêu chuẩn sản xuất hàng không vũ trụ.
Chọn vật liệu bảng phù hợp Môi trường không gian cần.
Chạy một Phân tích nhiệt trên thiết kế. Điều này chứng minh rằng bo mạch có thể tản nhiệt.
Sử dụng các bộ phận và vật liệu đặc biệt khi cần thiết. Ví dụ, MMICs và gốm sứ thường chịu được nhiệt độ cao hơn so với các bộ phận tiêu chuẩn.
Thực hiện các bước trên cho bất kỳ bo mạch nào cần hiệu suất nhiệt cao.

Các bước này sẽ giúp tối ưu hóa khả năng tản nhiệt của bo mạch.

Tóm tắt và một lưu ý về Philifast

Điện tử hàng không vũ trụ phải tuân thủ các tiêu chuẩn khắt khe hơn về độ bền và độ tin cậy. Điều này khiến thiết kế và sản xuất của chúng khác biệt so với hầu hết các bảng mạch in (PCB). Các yêu cầu chất lượng này được quy định trong các tiêu chuẩn và quy định ảnh hưởng đến công việc của bạn với nhà sản xuất hợp đồng (CM). Nhà sản xuất hợp đồng của bạn nên tham gia vào quá trình thiết kế ngay từ ngày đầu tiên. Họ phải đảm bảo rằng các bảng mạch, linh kiện và tất cả các quy trình sản xuất đáp ứng hoặc vượt qua các tiêu chuẩn hàng không vũ trụ.

Philifast cung cấp dịch vụ thiết kế và sản xuất mạch in (PCB) cho ngành hàng không vũ trụ. Chúng tôi tuân thủ các tiêu chuẩn nghiêm ngặt. Chúng tôi có thể hỗ trợ lựa chọn vật liệu phù hợp, thực hiện các nghiên cứu nhiệt và tuân thủ các kiểm tra chất lượng cần thiết. Nếu bạn cần hỗ trợ trong thiết kế PCB hàng không vũ trụ, sản xuất mẫu thử hoặc sản xuất hàng loạt, Philifast có thể đồng hành cùng bạn từ giai đoạn thiết kế đến khi giao hàng.

Danh sách kiểm tra nhanh cho các dự án PCB trong ngành hàng không vũ trụ

Kế hoạch dự phòng thời gian phê duyệt lâu hơn khi sản phẩm có tính chất quan trọng đối với hoạt động.
Chọn vật liệu có độ bền và tính chất nhiệt cần thiết.
Thiết kế các vùng linh hoạt một cách cẩn thận cho bảng mạch cứng-linh hoạt hoặc bảng mạch linh hoạt.
Thực hiện phân tích nhiệt sớm.
Tuân thủ các tiêu chuẩn IPC và AS cho ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ.
Sử dụng lớp phủ chống ẩm và quá trình làm sạch vỏ bảo vệ khi cần thiết.

Nếu bạn muốn, Philifast Chúng tôi có thể xem xét thiết kế của bạn và đưa ra phản hồi để đảm bảo bảng mạch sẵn sàng cho ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ.