بردهای مدار چاپی هوافضا با دقت ساخته میشوند تا در برابر محیط سخت فضا مقاومت کنند. این بردهای مدار چگونه مونتاژ میشوند؟ در این مقاله، خواهید خواند که چگونه بردهای مدار چاپی هوافضا در سیستمهای حیاتی هواپیما، فضاپیما و ماهوارهها گنجانده میشوند. آنها ناوبری و ارتباطات را همراه با مدیریت عملکرد موتور و ابزار دقیق که غیرقابل تعویض هستند، کنترل میکنند.
طبق گزارشی که توسط شرکت تحقیقات تجاری منتشر شده است، پیشبینی میشود بازار برد مدار چاپی هوافضا و دفاع تا سال 1.38 به 2024 میلیارد دلار برسد.
محیط سخت هوافضا نیازمند رویکردی منحصر به فرد برای طراحی و ساخت PCB است. دمای بالا در مجاورت اگزوز موتور جت و قرار گرفتن در معرض تابش، به طور قابل توجهی بر کاربردهای هوافضا تأثیر میگذارد.
منظورم از استانداردهای کیفیت و ایمنی برای این مجموعهها این است که یک شکست میتواند به نتایج فاجعهباری منجر شود. همچنین برخی از مرتبطترین استانداردها و گواهینامههای صنعتی مانند IPC Class 3 (بالاترین سطح قابلیت اطمینان برای مجموعههای الکترونیکی) و AS/EN 9100 را خواهید خواند.
چرا قابلیت اطمینان بالا در مونتاژ PCB هوافضا ضروری است؟
در کاربردهای هوافضا جایی برای خطا وجود ندارد. در حالی که یک قطعه معیوب در مثلاً یک محصول تجاری ممکن است فقط باعث ناراحتی کاربر شود، اگر یک مجموعه PCB هوافضا خراب شود، میتواند نتایج ویرانگری داشته باشد. به همین دلیل است که داشتن بالاترین درجه قابلیت اطمینان در این حوزه خاص بیش از پیش ضروری میشود.
بیایید به دلایل نگاه کنیم:
ایمنی جان و مال:
سیستمهای هوافضا، از جتهای مسافربری گرفته تا هواپیماهای نظامی و فضاپیماها، محمولههای ارزشمند انسانی را حمل میکنند و میلیاردها دلار سرمایهگذاری را به خود اختصاص میدهند. یک خرابی PCB میتواند منجر به مجموعهای از رویدادها شود که منجر به موارد زیر میشود:
1. خاموش شدن بحرانی سیستم
2. از دست دادن کنترل
3. شکست ساختاری.
برای مثال، نقص در برد مدار چاپی سیستم کنترل پرواز میتواند منجر به سقوط هواپیما شود. متعاقباً، یک نقص جزئی در برد مدار چاپی ناوبری فضاپیما میتواند ایمنی فضانوردان را به خطر بیندازد.
آمار شبکه ایمنی هوانوردی https://asn.flightsafety.org/database/ نشان میدهد که تنها در سال ۲۰۲۲، ۴۲ سانحه مربوط به هواپیماهای مسافربری تجاری رخ داده است که پیامدهای بالقوه حتی نقصهای نادر را برجسته میکند.
شرایط محیطی شدید
مونتاژهای PCB هوافضا باید در محیطهای سخت دوام بیاورند. جنبههای قابلیت اطمینان چالشهای کلیدی در چند دسته مختلف قرار میگیرند:
-
درجه حرارت شدید: چه در گرمای شدید (بیش از ۳۰۰ درجه سانتیگراد) و چه در سرما (-۲۶۰ درجه سانتیگراد)، بردهای مدار چاپی هوافضا باید در طیف دمایی عظیمی کار کنند. چنین انبساط و انقباض شدیدی منجر به ایجاد تنش بر روی قطعات میشود که به شکست خستگی ناشی از تنشهای ارتعاشی خودرو در طول زمان یا اتصالات لحیم بد به دلیل چرخه حرارتی منجر میشود. در نتیجه، دمای بالا باعث تسریع در خرابی قطعه و در نتیجه افزایش سرعت پایان عمر برد مدار چاپی میشود.
-
-
لرزشهای شدید: سیستمهای فضاپیما در معرض ارتعاشات بسیار بالایی، اغلب بیشتر از ۱۵G، قرار دارند که میتواند اتصالات لحیم و رابطها را آنقدر تحت فشار قرار دهد که ترک بخورند یا بشکنند.
-
-
قرارگیری در معرض تشعشع: ذرات تابشی پرانرژی در مدار، قطعات الکترونیکی را از کار میاندازند. این تابش میتواند رفتار الکتریکی قطعات را تغییر دهد یا باعث آسیب دائمی و خطاهای دادهای شود.
-
-
تغییرات شدید فشار: تغییر سریع فشار میتواند پیوند هوای محبوس شده در لمینت PCB را به چالش بکشد و منجر به لایه لایه شدن (عدم چسبیدن لایههای فایبرگلاس به یکدیگر) شود.
هزینه شکست:
در کاربردهای هوافضا، هزینههای خرابی بسیار بیشتر از تعویض یک برد مدار چاپی معیوب است. یک خرابی برد مدار چاپی در یک سیستم حیاتی فضاپیما میتواند پایان یک ماموریت چند میلیارد دلاری را رقم بزند.
اگر برد مدار چاپی (PCB) داخل هواپیما دچار مشکل شود، باعث ورشکستگی مالی خطوط هوایی و لغو و تأخیر چندین پرواز خواهد شد. در بیشتر موارد، ثبت خرابی برد مدار چاپی (PCB) باعث میشود که همه به دنبال آن بگردند و احتمالاً کارهای جستجوی پرهزینهای انجام دهند.
مراحل تولید در مونتاژ PCB هوافضا
Mانتخاب هواییبه حداقل رساندن تنش ناشی از نوسانات دما با زیرلایه تا تطبیق CTE قطعه. پلیآمید، به عنوان کاندیدایی برای مواد پیشرفته با پایداری بالا
بازرسی قطعه: ترکیب با کمک XRF تأیید شد. ساختار کریستالوگرافی و خلوص توسط XRD تأیید شد. اندازهگیریهای گاززدایی سطحی و آزمایش حساسیت SEL در قطعات. لحیمپذیری بهینه شده و خوردگی با پرداختهای سربی تخصصی کاهش یافته است.
آبکشی با آب مقطر (اختیاری) — مقاومت ویژه > 18 مگا اهم بر سانتیمتر برای آلودگی یونی کم. تنها تفاوت این است که پس از فیلتراسیون، آب دیونیزه فوقالعاده خالصی حاصل میشود. شستشوی چند مرحلهای با نیتروژن، خلاء کاملاً تمیز را تضمین میکند.
چاپ استنسیلروزنههای دقیق استنسیل برش لیزری +-10 میکرون برای قرار دادن دقیق خمیر لحیم، پروفایل فشار برای تماس بهینه ویفر با خمیر لحیم و در نتیجه انتقال یکنواخت خمیر لحیم. تنظیمات چاپ برای ویسکوزیته خمیر لحیم
انتخاب و مکانقرار دادن قطعات با گام ریز با دقت +/- 25 میکرون با استفاده از سیستمهای بینایی با وضوح بالا. حفظ دما/رطوبت ثابت که باعث کاهش جابجایی در قرارگیری قطعات میشود.
لحیم کاری مجدداتمسفری با کمتر از ۲۰۰ ppm اکسیژن در نیتروژن میتواند به جلوگیری از هرگونه اکسیداسیون لحیم کمک کند. سرعتهای رمپ کنترلشده و زمان ماندگاری در مایعات، اتصالاتی ایدهآل برای یک پروفیل جریان مجدد دقیق ایجاد میکنند.
بازرسی با اشعه ایکس - فناوری پرتو مخروطی (Cone Beam) با استفاده از سنتز دو و نیم بعدی، تجسم اتصالات لحیم واقعی را در فضای فیزیکی واقعی به طور چشمگیری بهبود میبخشد. تشخیص فضای خالی و پوشش ناکافی از اتوماسیون و همچنین تغییرات یکسان لایه IMC استفاده میکند.
موضوع مورد بحث سه بعدی: قطعات و اتصالات با استفاده از نورپردازی چند زاویهای بازرسی میشوند. الگوریتمهای پیشرفته، کشیده شدن سیمها و کوچکترین خرابیهای اتصال کوتاه پین را تشخیص میدهند.
استانداردهای طراحی PCB هوافضا
لایه: هسته فلزی یا پلیآمید خالص FR-4 با عملکرد بالا و کنترلشده با CTE و مقاوم در برابر دمای بالا. جریان بالا، سینک حرارتی؛ مسیرهای مسی بزرگتر.
قطعات: مواد فضایی برای دما، ارتعاش تابشی و شوک ترجیحاً TH برای استحکام بیشتر، SMT به صورت اختیاری مجاز است.
انباشتگی سفت و سخت-انعطافپذیر و چندلایهتحلیل پیشرفته یکپارچگی سیگنال. ردیابی امپدانس کنترلشده، قرارگیری دقیق صفحه توان/زمین. سطوح اضافی عایق (ولتاژهای بالاتر)
طرح: قطعات را به طور استراتژیک قرار دهید تا مسیرها کوتاه باشند؛ از اتصال نویز جلوگیری کنید. از Viaها برای یکپارچگی سیگنال استفاده میشود و ۴. جدا کردن درپوشها، در همه جا درپوشها را جدا کنید
این شامل اجرای بررسیهای خودکار قوانین طراحی (DRC) و بررسیهای قوانین الکتریکی (ERC) برای یافتن نقصهای تولید نامطلوب یا مشکلات الکتریکی است. اعتبارسنجی تطابق تجربه کاربری با قابلیتهای ساخت و ویژگیهای الکتریکی
مستندات: شماتیکها، BOMها و چیدمان هر لایه به وضوح ترسیم شدهاند. دادههای طراحی برای تطابق کامل با مشخصات، لینک شدهاند.
در مونتاژهای PCB هوافضا جایی برای خطا و خرابی وجود ندارد. پاسخ کوتاه بله است، اما پاسخ طولانیتر است. برای اطمینان از بالاترین سطح قابلیت اطمینان و ایمنی ممکن، این مونتاژها باید مقررات سختگیرانه کیفیت را رعایت کنند.
چه استانداردها و گواهینامههایی برای مونتاژ PCB هوافضا مورد نیاز است؟
استانداردهای IPC:
IPC-A-610 کلاس ۳: این یک استاندارد در سطح صنعت است که به عنوان معیار در بین الزامات پذیرش مونتاژ قطعات الکترونیکی پذیرفته شده است. کلاس ۳: این بازرسی بالاترین سطح است. علاوه بر این، علاوه بر داشتن معیارهای لحیم کاری بالا، به معیارهای لحیم کاری بالایی نیز نیاز دارد.
سایر استانداردهای IPC، مانند:
· IPC-6012 (الزامات صلاحیت و عملکرد برای بردهای چاپی سخت)
· IPC-WHMA-A-620 (الزامات پذیرش مجموعههای الکترونیکی)
این استانداردها برای بررسی بخشهای خاصی از ساخت PCB که مربوط به مونتاژ هستند، مفید هستند.
استانداردهای سیستم مدیریت کیفیت
AS/EN 9100 (یا FAA AC-00-56): این استاندارد که از ISO 9001 گرفته شده است، یک استاندارد مدیریت کیفیت پیچیده است که به طور خاص برای صنعت هوافضا تدوین شده است. اول: در هر چرخه عمر تولید، فرهنگ بهبود مستمر (کایزن)، کاهش ریسک و کنترل دقیق فرآیند را ترویج میدهد.
Nadcap (برنامه ملی اعتباربخشی پیمانکاران هوافضا و دفاع): این برنامه تحت هدایت صنعت، به تأمینکنندگانی که فرآیندهای خاص مختلفی از جمله مونتاژ PCB را انجام میدهند، اعتبارنامه ارائه میدهد. ممیزیهای Nadcap تعیین میکند که آیا تولیدکنندگان از دانش گسترده، تجهیزات تخصصی و کنترلهای کیفی دقیق مورد نیاز برای برآورده کردن خواستههای دقیق تأمینکنندگان در هوانوردی برخوردارند یا خیر.
کاربردهای PCB هوافضا
کنترل پرواز: برد مدار چاپی (PCB) سیگنالهای دریافتی از خلبان و دادههای دریافتی از حسگرها (شتابسنجها و/یا ژیروسکوپها) را تفسیر کرده و با حرکت دادن کنترلهای هواپیما (بالگردها و فلپها (سرعت)، سکانها (فرمان انحراف)) بر یک پرواز پایدار تأثیر میگذارد.
ناوبری - بردهای مدار چاپی (PCB) میتوانند موقعیت و جهت را با دقت کافی محاسبه کنند تا بتوانند با خیال راحت سفر کنند، با استفاده از حسگرهایی مانند GPS (سیستم موقعیتیابی جهانی) یا حسگرهای اینرسی.
ارتباطات: این نشان میدهد که اشتراکگذاری دادهها، کنترل ماموریت و گفتگوی صوتی شفاف بین هواپیماها یا فضاپیماها چقدر خوب پیش میرود!
آویونیکصدها برد مدار چاپی (PCB) برای کنترل ابزار دقیق، کنترل موتور و نمایشگر در کابین خلبان، تصویری آنی از دادههای پرواز را در اختیار خلبانان قرار میدهند.
ماهوارهها/فضاپیماهابردهای مدار چاپی (PCB) وظیفه مدیریت برق (تولید، توزیع و کنترل)، ارتباطات با ایستگاههای زمینی/بین فضاپیماها در منظومه و همچنین تشخیص تمام خرابیها را بر عهده دارند.
وسایل نقلیه پرتاببردهای مدار چاپی (PCB) احتراق موتورهای مجهز، استفاده صحیح از ابزارها و دادهها را برای یک پرتاب ایمن تضمین میکنند.
PCBasic - تولیدکنندهی جامع مونتاژ PCB هوافضا
آیا به مونتاژ با ارزش بالا نیاز دارید؟ PCBasic خدمات استثنایی در زمینه تولید و مونتاژ PCB هوافضا ارائه میدهد. ما بر نیازهای خاص مشتری، منحصر به فرد در طراحی، شکل ظاهری و بستهبندی تمرکز میکنیم. از مونتاژهای پیچیده الکترومکانیکی گرفته تا یکپارچهسازی بسیار قوی سیستم و بستهبندی کامل محصول، ما فناوری پیشرفته را ارائه میدهیم.
ما تولید PCB زیر را برای مونتاژ هوافضا ارائه میدهیم:
مونتاژ PCB سطحی (SMT)
مونتاژ PCB از طریق سوراخ
مونتاژ PCB فلکس
نتیجه
بنابراین، مجموعههای PCB هوافضا فقط قطعاتی از بردهای مدار چاپی نیستند. همه چیز از انتخاب مواد اولیه گرفته تا تولید محصول نهایی و رعایت استانداردهای بسیار با کیفیت، از طریق این مجموعهها انجام میشود. علاوه بر این، آنها در محیط بسیار سخت فضا و هوانوردی بسیار قابل اعتماد هستند. کاربردهای آنها کل طیف ماموریت یک وسیله نقلیه هوافضا را پوشش میدهد و بیسروصدا در پسزمینه برای ارائه خدمات حیاتی مانند ناوبری، ارتباطات و کنترل کار میکند.
