Las PCB aeroespaciales se fabrican cuidadosamente para resistir las duras condiciones del espacio. ¿Cómo se ensamblan estas placas de circuito? En este artículo, descubrirá cómo las PCB aeroespaciales se incorporan a sistemas vitales de aeronaves, naves espaciales y satélites. Controlan la navegación y la comunicación, además de gestionar funciones de motores e instrumentación, que son irremplazables.
Se prevé que el mercado de PCB para la industria aeroespacial y de defensa alcance los 1.38 millones de dólares en 2024, según un informe publicado por The Business Research Company.
El entorno aeroespacial hostil exige un enfoque único para el diseño y la fabricación de PCB. Las altas temperaturas en la proximidad de los gases de escape de los motores a reacción y la exposición a la radiación afectan significativamente las aplicaciones aeroespaciales.
Me refiero a los estándares de calidad y seguridad para estos ensambles, ya que un fallo puede tener consecuencias catastróficas. También leerá sobre algunos de los estándares y certificaciones más relevantes de la industria, como IPC Clase 3 (máximo nivel de fiabilidad para ensambles electrónicos) y AS/EN 9100.
¿Por qué la alta confiabilidad es esencial en el ensamblaje de PCB aeroespacial?
En las aplicaciones aeroespaciales, no hay margen de error. Si bien una pieza defectuosa en, por ejemplo, un producto comercial, puede causar solo inconvenientes al usuario, si falla un conjunto de PCB aeroespacial, las consecuencias pueden ser devastadoras. Por ello, contar con el máximo nivel de fiabilidad en este ámbito específico se vuelve cada vez más esencial.
Veamos las razones:
Seguridad de la vida y la propiedad:
Los sistemas aeroespaciales, desde aviones de pasajeros hasta aeronaves militares y naves espaciales, transportan valiosa carga humana y representan miles de millones de dólares en inversiones. Un solo fallo en la PCB puede desencadenar una serie de eventos que pueden provocar:
1. Un apagado crítico del sistema
2. Pérdida de control
3. Fallo estructural.
Por ejemplo, un fallo en la placa de circuito impreso (PCB) de un sistema de control de vuelo puede provocar un accidente aéreo. Posteriormente, un fallo menor en la PCB de navegación de una nave espacial puede poner en riesgo la seguridad de los astronautas.
Estadísticas de la Red de Seguridad de la Aviación https://asn.flightsafety.org/database/ revelan que solo en 2022 hubo 42 accidentes que involucraron aviones comerciales de pasajeros, lo que resalta las posibles consecuencias de fallas incluso raras.
Condiciones ambientales extremas
Los conjuntos de PCB aeroespaciales deben resistir entornos hostiles. Los aspectos de fiabilidad de los desafíos clave se dividen en varias categorías:
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Temperaturas extremas: Ya sea con temperaturas abrasadoras (superiores a 300 °C) o bajas (-260 °C), las PCB aeroespaciales deben operar en un amplio espectro de temperaturas. Estos extremos de expansión y contracción generan tensión en los componentes, lo que a su vez provoca fallos por fatiga causados por las vibraciones del vehículo con el tiempo o por soldaduras defectuosas debido a ciclos térmicos. Por lo tanto, las altas temperaturas aceleran la descomposición del componente y, por lo tanto, el final de su vida útil.
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Vibraciones intensas: Los sistemas de las naves espaciales están sujetos a niveles muy altos de vibración, a menudo superiores a 15G, que pueden estresar tanto las juntas soldadas y los conectores que provocan grietas o fracturas.
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Exposicion a la radiación: En órbita, partículas individuales de radiación de alta energía impactan los componentes electrónicos. Esta radiación puede alterar el comportamiento eléctrico de componentes individuales o provocar daños permanentes y errores en los datos.
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Grandes cambios de presión: Un cambio rápido de presión puede desafiar la unión del aire atrapado dentro de un laminado de PCB y provocar delaminación (las capas de fibra de vidrio no se adhieren entre sí).
Costo del fracaso:
En una aplicación aeroespacial, los costos de una falla son mucho mayores que simplemente reemplazar una PCB defectuosa. Una sola falla de una PCB en un sistema crítico de una nave espacial puede significar el fin de una misión multimillonaria.
Si falla una placa de circuito impreso (PCB) dentro de un avión, las aerolíneas sufrirán pérdidas financieras, con la cancelación y el retraso de múltiples vuelos. En la mayoría de los casos, una falla de PCB registrada obligaría a todos a buscar, lo que podría resultar en costosas tareas de búsqueda.
Etapas de fabricación en el ensamblaje de PCB aeroespacial
MSelección de materialMinimizar la tensión causada por las fluctuaciones de temperatura del sustrato para que coincida con el CTE del componente. La poliimida es un candidato para materiales avanzados de alta estabilidad.
Inspección del componente: Composición verificada mediante XRF. La estructura cristalográfica y la pureza se corroboraron mediante XRD. Se realizaron mediciones de desgasificación superficial y pruebas de susceptibilidad SEL en componentes. Se optimizó la soldabilidad y se redujo la corrosión con acabados de plomo especializados.
Enjuague con agua desionizada (opcional) — Resistividad > 18 MOhms/cm para una baja contaminación iónica. La única diferencia es que se obtiene agua desionizada ultrapura después de la filtración. Un enjuague multietapa con nitrógeno garantiza un vacío limpio y completo.
Impresión con esténcilAberturas de plantilla cortadas con láser con una precisión de +-10 micras para una aplicación precisa de la pasta. Perfilado de presión para optimizar el contacto entre la oblea y la pasta y, por lo tanto, una transferencia de pasta uniforme. Ajustes de impresión para la viscosidad de la pasta de soldadura.
Recoger y colocarColocación precisa de componentes con paso fino de +/- 25 micras mediante sistemas de visión de alta resolución. Mantiene una temperatura y humedad constantes, lo que reduce los desplazamientos en la colocación.
Soldadura por reflujoUna atmósfera con menos de 200 ppm de oxígeno en nitrógeno puede ayudar a evitar la oxidación de la soldadura. Las velocidades de rampa controladas y el tiempo en líquido forman uniones ideales para un perfil de reflujo preciso.
Inspección por rayos X - La tecnología Cone Beam proporciona síntesis 2.5D para una visualización drásticamente mejorada de las uniones de soldadura en el espacio físico real. La detección de vacíos y cobertura insuficiente utiliza automatización, así como variaciones idénticas de la capa IMC.
Área de interés 3D: Los componentes y las uniones se inspeccionan mediante iluminación multiángulo. Sofisticados algoritmos detectan cables desconectados y el más mínimo cortocircuito.
Estándares de diseño de PCB aeroespaciales
Sustrato: FR-4 de alto rendimiento con control de CTE, núcleo de poliimida pura o metal para temperaturas extremas. Alta corriente, disipador de calor; pistas de cobre de mayor tamaño.
Componentes: Materiales espaciales para temperatura, radiación, vibración y choque. Se prefiere TH para mayor resistencia, se permite SMT opcionalmente.
Apilamiento rígido-flexible y multicapaAnálisis avanzado de integridad de señal. Control de trazas de impedancia, ubicación precisa del plano de alimentación/tierra. Niveles adicionales de aislamiento (voltajes más altos).
Diseño: Coloque los componentes estratégicamente para que las rutas sean cortas; evite el acoplamiento por ruido. Las vías se utilizan para la integridad de la señal y... 4. Condensadores de desacoplamiento, decapadores por todas partes.
Esto incluye la ejecución de Verificaciones Automatizadas de Reglas de Diseño (DRC) y Verificaciones de Reglas Eléctricas (ERC) para detectar defectos de fabricación o problemas eléctricos graves. Validar la correspondencia de la experiencia de usuario (UX) con las capacidades de la fábrica y las características eléctricas.
Documentación: Esquemas, listas de materiales y apilamiento de cada capa claramente definidos. Datos de diseño vinculados para una perfecta adaptación a las especificaciones.
No hay margen para errores ni fallos en los conjuntos de PCB aeroespaciales. La respuesta corta es sí, pero la respuesta larga es sí. Para garantizar el máximo nivel de fiabilidad y seguridad posible, estos conjuntos deben cumplir estrictas normas de calidad.
¿Qué normas y certificaciones se requieren para el ensamblaje de PCB aeroespacial?
Estándares de la PCI:
IPC-A-610 Clase 3: Este es un estándar industrial aceptado como referencia para los requisitos de aceptación de ensambles electrónicos. Clase 3: Esta es la inspección de más alto nivel. Además, exige criterios de soldadura rigurosos.
Otras normas IPC, como:
· IPC-6012 (Requisitos de calificación y rendimiento para placas impresas rígidas)
· IPC-WHMA-A-620 (Requisitos para la aceptación de conjuntos electrónicos)
Estas normas son útiles para verificar áreas específicas en la fabricación de PCB que son relevantes para el ensamblaje.
Normas para un Sistema de Gestión de Calidad
AS/EN 9100 (o FAA AC-00-56): Derivada de la ISO 9001, es una norma compleja de gestión de calidad que fue redactada especialmente para la industria aeroespacial. 1º: en cada ciclo de vida de fabricación predica una cultura de mejora continua (kaizen), mitigación de riesgos y un estricto control de procesos.
Nadcap (Programa Nacional de Acreditación de Contratistas Aeroespaciales y de Defensa): Este programa, dirigido por la industria, ofrece acreditación a proveedores que realizan diversos procesos específicos, incluido el ensamblaje de PCB. Las auditorías de Nadcap determinan si los fabricantes cuentan con los amplios conocimientos, el equipo especializado y los rigurosos controles de calidad necesarios para satisfacer las exigentes demandas de los proveedores del sector de la aviación.
Aplicaciones de PCB aeroespaciales
Control de vuelo: La PCB interpretará las señales del piloto, los datos de los sensores (acelerómetros y/o giroscopios) y afectará un vuelo estable moviendo los controles de la aeronave (alerones y flaps (velocidad), timones (dirección de guiñada)).
Navegación - Los PCB pueden calcular la posición y la orientación con la suficiente precisión para poder viajar con seguridad, utilizando sensores como GPS (Sistema de Posicionamiento Global) o inerciales.
Comunicación: ¡Así de bien funcionan el intercambio de datos, el control de la misión y el chat de voz claro entre aviones o naves espaciales!
Aviónica:Cientos de PCB alimentan instrumentos, controles de motor y pantallas en la cabina, proporcionando a los pilotos una instantánea de los datos del vuelo.
Satélites/naves espacialesLas PCB manejan la energía (generación, distribución y control), las comunicaciones con estaciones terrestres/entre naves espaciales en constelación, así como todos los diagnósticos de detección de fallas.
Vehículos de lanzamiento:Los PCB garantizan el encendido de los motores equipados, la correcta utilización de los instrumentos y los datos para un despegue seguro.
PCBasic: fabricante integral de ensamblajes de PCB para la industria aeroespacial
¿Necesita un ensamblaje de alto valor? PCBasic ofrece servicios excepcionales de fabricación y ensamblaje de PCB aeroespaciales. Nos centramos en las necesidades específicas de cada cliente, con diseños, formatos y empaques únicos. Desde complejos ensamblajes electromecánicos hasta una integración robusta de sistemas y un empaquetado completo del producto, incorporamos tecnología de vanguardia.
Ofrecemos la siguiente fabricación de PCB para el ensamblaje aeroespacial:
Conjunto de PCB de montaje superficial (SMT)
Conjunto de PCB con orificio pasante
Conjunto de PCB flexible
Conclusión
Por lo tanto, los conjuntos de PCB aeroespaciales no son solo piezas de circuitos impresos. Todo, desde la selección de las materias primas hasta la fabricación del producto final y el cumplimiento de los más altos estándares de calidad, pasa por estos conjuntos. Además, son altamente fiables en el exigente entorno espacial y de la aviación. Sus aplicaciones abarcan toda la gama de misiones de un vehículo aeroespacial, trabajando silenciosamente en segundo plano para proporcionar servicios vitales como la navegación, la comunicación y el control.
