برخلاف بردهای مدار چاپی استاندارد، مونتاژ PCB هوافضا متفاوت است. بردها باید حتی در شرایط سخت نیز عملکرد خود را حفظ کنند. بردهای PCB هوافضا باید با وجود مواجهه با ارتعاشات، رطوبت متغیر و دمای بالا، عملکرد بینقصی ارائه دهند.
و بنابراین، از انتخاب مواد، تجهیزات و فرآیند مونتاژ واقعی، هر مرحله نیاز به دقت و توجه دارد. بنابراین، این پست تمام آنچه را که باید در مورد مونتاژ برد مدار چاپی هوافضا بدانید، برجسته میکند.
اصول مونتاژ PCB هوافضا
کاربرد و نقش PCB در زمینههای هوافضا
مونتاژ PCB هوافضا نقش اساسی در حوزه هوانوردی ایفا میکند. بسیاری از قطعات تجهیزات و فناوریها در این صنعت از PCB استفاده میکنند. برخی از کاربردهای خاص PCB در صنعت هوافضا عبارتند از سیستمهای ارتباطی، فناوریهای ماهوارهای و ابزار دقیق پرواز.
موارد دیگر شامل نصب رادار، منبع تغذیه پرواز، حسگرهای دما و ابزارهای پروازی مانند شتابسنجها و حسگرهای فشار است.
برخی از تجهیزاتی که از PCB های هوافضا استفاده می کنند
تفاوتها و ویژگیهای کلیدی بردهای مدار چاپی هوافضا در مقایسه با بردهای مدار چاپی استاندارد.
وقتی PCB های استاندارد را با بردهای مدار چاپی هوافضا مقایسه میکنید، متوجه تفاوت قابل توجهی بین این دو خواهید شد.
بردهای مدار چاپی هوافضا به دلیل استفاده از مواد بادوامتر، حس استحکام را القا میکنند. علاوه بر این، فرآیند تولید آنها از فناوریهای پیشرفتهای برای افزایش کارایی، ایمنی و سلامت بردها استفاده میکند. علاوه بر این، بردهای مدار چاپی هوافضا زمینهها نیازمند دقت، صحت و قابلیت اطمینان در محیطهای خشن هستند.
بنابراین، صنعت به بردهای محکمی نیاز دارد که در برابر تغییرات شدید دما، رطوبت و لرزش مقاومت کنند. به همین دلیل است که برخی از شرکتهای تولید مونتاژ PCB هوافضا از یک لایه آلومینیوم آنودایز شده روی بردها استفاده میکنند. انجام این کار از اکسیداسیون برد جلوگیری میکند.
اجزای اساسی و کارکردهای PCB های هوافضا.
اجزای اساسی شامل قطعات نیمههادی و غیر نیمههادی هستند. ترانزیستورها، دیودها، خازنها، کانکتورها و حسگرها نقش حیاتی ایفا میکنند. این اجزا هستند که با هم ترکیب میشوند تا PCBها را قادر سازند تا کاربرد ایدهآلی در کنترل، نمایش و بردهای قدرت سیستمهای مختلف پیدا کنند.
اصول طراحی و فرآیند تولید
دوام
بیشتر دستگاهها در هوانوردی برای مدت طولانی بدون بازرسی کار میکنند. بنابراین، هنگام بررسی تولید مونتاژ PCB برای هوافضا، به طراحی بردی نیاز دارید که بتواند ماهها بدون خرابی مکرر، به طور کارآمد کار کند.
و این مستلزم اجزای باکیفیت با طول عمر طولانی است. اگرچه این ممکن است هزینه اولیه تولید بالایی داشته باشد، اما در درازمدت ارزشش را دارد.
تحمل محیط سخت
بردهای مدار چاپی هوافضا در محیطی کار میکنند که با فشار، گرما و تابش شدید مواجه است. به همین دلیل، هنگام ساخت بردها و تجهیزات، باید این موارد را در نظر بگیرید.
از این رو، محافظت از محفظه در برابر ارتعاشات بیش از حد و انتخاب قطعاتی که در برابر گرمای زیاد و نوسانات سطح رطوبت مقاومت میکنند، ضروری است. سطح گرما در اطراف موتور گاهی اوقات میتواند به درجههای بالایی، از -55 تا 175 درجه سانتیگراد، افزایش یابد. با این حال، شما باید دستگاههای الکترونیکی برای نظارت بر چنین تغییراتی داشته باشید.
از سوی دیگر، تشعشعات میتوانند باعث تداخل در ارتباطات بیسیم شوند. بنابراین، اقدامات حفاظتی در برابر تشعشعات را انجام دهید.
مشخصات مواد خاص برای قطعات
قطعات و دستگاههای هوانوردی با دقت و صحت بالایی کار میکنند. بنابراین اجزای برد باید طبق سفارش بسیار خاص باشند. علاوه بر این، بررسی کنید که هر قطعه کار میکند و تحمل دمایی وسیعی دارد.
قطعات با درجه مشخصات نظامی (درجه Mil-Spec)
بردهای مدار چاپی هوافضا باید حتی در شرایط سخت نیز قابلیت اطمینان بالایی را حفظ کنند. از این رو، قطعات باید دارای مشخصات درجه نظامی باشند، یعنی تلرانس حدود ۱ تا ۲ درصد.
جداسازی اجزای فرکانس پایین و بالا
تداخل بین شکل موجهای فرکانس بالا و پایین ممکن است منجر به اعوجاج سیگنالها شود. بنابراین، بردهای مدار چاپی هوافضا باید اجزای فرکانس بالا و پایین را به طور مجزا از هم جدا کنند.
فرآیند تولید و فناوریهای کلیدی در تولید برد مدار چاپی هوافضا
فرآیند مونتاژ برد مدار چاپی هوافضا با فرآیند استاندارد متفاوت است، زیرا دارای فناوریهای پیشرفته است و به دقت بالایی نیاز دارد.
مرحله اولیه تمیز کردن بردهای مدار چاپی با استفاده از هوای فشرده و آب دیونیزه شده برای جلوگیری از خوردگی و سایر نقصها است. سپس آزمایشهای اضافی برای بررسی هرگونه نقص انجام میشود.
پس از آن، قبل از اعمال یکنواخت خمیر لحیم روی برد، از شابلون برای ایجاد اشکال دلخواه استفاده کنید. یک فرآیند خودکار با استفاده از ماشینهای رباتیک به اعمال خمیر کمک میکند، اجازه میدهد در مکانهای مناسب سفت شود و قطعات را قرار دهد.
با استفاده از یک تسمه نقاله، برد به کوره reflow منتقل میشود. مرحله بعدی فرآیند مونتاژ PCB هوافضا، آزمایش نمونه اولیه برای مطابقت با استانداردهای تعیین شده هوانوردی است.
استانداردهای کنترل کیفیت در طراحی و ساخت
برای اهداف ایمنی، استانداردهای کیفیتی مشخصی برای هر فرآیند مونتاژ برد مدار چاپی هوافضا وجود دارد. هر تولیدکنندهای باید اطمینان حاصل کند که حداقل الزامات AS 9100 را برآورده میکند. علاوه بر این، تمام جنبههای دیگر تولید برد مدار چاپی باید با استانداردهای SAE مطابقت داشته باشند.
حتی مراحل تولید، کارکنان درگیر و تجهیزات باید استانداردهای تعیینشدهی نادکاپ را برآورده کنند. استانداردهای از پیش تعیینشدهی نادکاپ توسط شرکتهای پیشرو مانند بوئینگ وضع میشوند.
انتخاب مواد و اجزاء
عوامل مختلفی وجود دارد که باید هنگام انتخاب قطعات و مواد برای پروژههای مونتاژ PCB هوافضا در نظر بگیرید. در مجموع، فقط قطعات و موادی را انتخاب کنید که قابلیت جذب ضربه بالایی داشته باشند، بادوام باشند و تحت تأثیر دمای شدید قرار نگیرند.
بنابراین، زیرلایههای مسی یا آلومینیومی معمولاً اولین انتخاب مواد برای تختههای هوافضا هستند. علاوه بر این، استفاده از لمینتها تختهها را تقویت میکند و در نتیجه دوام آنها را افزایش میدهد.
برخلاف بردهای مدار چاپی استاندارد، بردهای هوافضا از اجزای پرسکاری شده استفاده میکنند. به این ترتیب، از بروز خطاهای مربوط به ارتعاش جلوگیری میشود.
همچنین، فرآیند مونتاژ باید با موادی که انتخاب میکنید مطابقت داشته باشد. به یاد داشته باشید، در اتصال لایههای داخلی و خارجی، ممکن است از اریب پنهان یا کور استفاده کنید. بنابراین، مواد و اجزای خود را عاقلانه انتخاب کنید.
به یاد داشته باشید که اجزای کلیدی مانند کانکتورها، حسگرها و سایر دستگاههای نیمههادی نیز باید متناسب با نیازهای دشوار هوانوردی طراحی شوند. این امر مستلزم کانکتورهایی است که محکم به هم متصل میشوند، سیمهای از پیش قلع اندود شده و ترکیبات حرارتی.
چگونه مواد و قطعات بر عملکرد کلی و دوام تأثیر میگذارند
انتخاب اجزا و مواد از بسیاری جهات بر عملکرد و دوام بردها تأثیر میگذارد. به عنوان مثال، به جای استفاده از همرفت اجباری و لایههای سنگین مس برای دفع گرما، لایههای نازک مواد گرافیت مس از نظر وزن و عملکرد برتر به نظر میرسند. علاوه بر این، استفاده از یک هسته حرارتی یکپارچه در PCB چند لایه امیدوارکننده به نظر میرسد.
این دو فناوری به کاهش مشکلات گسترده هوافضا در مورد تنش ناشی از حرارت بر روی قطعات کمک میکنند. علاوه بر این، فناوری نوظهور کوچکسازی به کاهش اندازه، وزن و تعداد PCB های مورد استفاده در تجهیزات هوافضا نیز کمک کرده است. کاهش مشکلات اتلاف حرارت، دوام قطعات را افزایش میدهد.
علاوه بر سبکی، کوچکسازی قطعات و HDI، عملکرد و قابلیت اطمینان برد را افزایش میدهد. بنابراین، میتوان یک برد چندمنظوره داشت.
بهبود در فرآیند تولید با استفاده از چاپ سهبعدی، امکان نمونهسازی اولیهی در دسترستری را فراهم کرده است. به طور کلی، این امر باعث کاهش زمان و هزینهی تولید میشود. نمونهسازی سریع که قابل تنظیمتر و انعطافپذیرتر است، باعث تقویت تولید مونتاژ PCB برای هوافضا میشود.
کاربردهای نوآورانه PCB های هوافضا
بردهای مدار چاپی هوافضا کاربردهای بیشماری از جمله موارد زیر را دارند:
ابزارهای پرواز
بردهای مدار چاپی هوافضا در ابزارهای پرواز کاربرد دارند. این شامل پنلهای کنترل پرواز، کابین خلبان و نمایشگرهای ناوبری میشود.
پنل کنترل هواپیما نیز از PCB های هوافضا استفاده میکند.
روشنایی به رهبری
سیستم روشنایی LED در قسمت بیرونی یا کابین هواپیما از PCB های هوافضایی استفاده میکند. این بردها به کنترل الگوهای روشنایی، نمایش و شدت آن کمک میکنند.
ارتباطات ماهوارهای و رادیویی
سیستمهای ارتباطی ماهوارهای و رادیویی هواپیماها به بردهای مدار چاپی هوافضا متصل میشوند. با انجام این کار، برد از انتقال سیگنال واضح و ارتباط پایدار پشتیبانی میکند.
سیستم کنترل و توزیع برق هوافضا
کنترل و توزیع برق در صنعت هواپیماسازی نیازمند بردهای مدار چاپی مقاوم است. چنین بردهایی میتوانند مقادیر زیادی جریان و ولتاژ را تحمل کنند، اما در عین حال کمترین تلفات را داشته باشند.
دستگاههای رادار
صنعت هوافضا برای نظارت بر آب و هوا، کنترل ترافیک و نظارت نظامی به فناوری رادار متکی است. بنابراین، PCB های هوافضایی با قابلیت کار با فرکانس بالا در این موارد کاربرد پیدا میکنند.
تأثیر فناوریهای نوظهور بر بردهای مدار چاپی هوافضا.
فناوریهای نوظهور بر حوزه هوافضا تأثیر میگذارند. هر روز، اشتیاق جهان برای دستگاههای هوشمند مصنوعی پیشرفته مانند سیستمهای نظارتی افزایش مییابد. و با اینترنت اشیا، اینترنت اشیا نیاز به دستگاههای سبک، قابل اعتماد و دقیق را نیز افزایش میدهد.
برای مثال، هوش مصنوعی امکان ساخت هواپیماها و وسایل نقلیه خودران را فراهم کرده است. شرکتهای بیشتری در حال سرمایهگذاری در ساخت هواپیماهای کوچک، پهپادها و تاکسیهای پرنده هستند. چنین دستگاههایی به طور پیوسته تقاضا برای بردهای PCB هوافضا، به عنوان مثال در بردهای کنترل و برق، را افزایش میدهند.
در عین حال، اینترنت اشیا به همراه هوش مصنوعی امکان نظارت بلادرنگ بر وسایل نقلیه و هواپیماها را فراهم کرده است. چنین نظارت بلادرنگی به تشخیص زودهنگام مشکلات، تعمیر و نگهداری روتین و ایمنی هواپیماها کمک میکند. و چنین دستگاههایی از بردهای مدار چاپی هوافضا استفاده میکنند.
پهپادهای نظامی
چالش ها و راه حل های صنعت
چالشهای عمدهای که در حال حاضر در بخش هوافضای PCB با آن مواجه هستیم.
برخی از چالشهای عمده پیش روی بخش مونتاژ PCB هوافضا عبارتند از:
· قرار گرفتن در معرض تشعشعات یونی و Rf در فضا که ممکن است عملکرد برد را تغییر دهد.
· تنش مکانیکی و ارتعاشی شدید که ممکن است قطعات را از برد جدا کند
· سطوح دمایی شدید
· مواد شیمیایی موجود در فضا که باعث اکسید شدن و خوردگی مس روی برد میشوند
· رعایت مقررات اداری
راه حل ها و استراتژی ها
برخی از راهحلهای ممکن برای مشکلات پیش روی صنعت عبارتند از:
استفاده از برد مدار چاپی Rigid Flex یا Flex
استفاده از تخته انعطافپذیر یا تخته انعطافپذیر سخت با پلیآمید ایده هوشمندانهای است. این ماده علاوه بر سبکی، در فضاهای کوچک جا میشود، در برابر لرزش و شوکهای مکانیکی مقاومت میکند. علاوه بر این، چنین تختهای در برابر گرمای شدید و مواد شیمیایی جوی مقاوم است.
فناوری مس سنگین
برای بردهای هوافضا، بهترین ضخامت مس حدود ۳ تا ۴ اونس برای هر فوت مربع است. چنین مس سنگینی جریانهای سنگین را به راحتی هدایت میکند.
پوشش های مطابق
پوششهای همدیس بردها را از مواد شیمیایی مضر، گرمای شدید و رطوبت محافظت میکنند. بنابراین، بهتر است از ترازکننده جامد هوای گرم HASL استفاده کنید و سپس با اسپری پایه اکریلیک آن را نهایی کنید. به عنوان یک جایگزین، میتوانید نیکل الکترولس با پوشش غوطهوری طلا را نیز انتخاب کنید.
زاویه مسیر راست
بسیاری از متخصصان صنعت هوافضا طرفدار رعایت زاویه ردیابی کمتر از ۴۵ درجه برای انتقال یکنواخت سیگنال هستند. محافظت بیشتر از سیگنالهای ساعت با استفاده از یک پوشش آلومینیومی ضروری است.
قلع اندود کردن سیمهای رشتهای
لحیمپذیری خوب برای بردهای مدار چاپی ضروری است. بنابراین، قبل از اتصال سیمهای رشتهای به کانکتورها، آنها را با لحیم مذاب قلع اندود کنید.
انتخاب تامین کننده PCB مناسب برای صنایع هوافضا
اندازه و پیچیدگی پروژه شما
هنگام کار روی پروژهای که پیچیده است یا به بردهای مونتاژ انبوه نیاز دارد، به سراغ یک سازنده باتجربه و دارای دانش گسترده در صنعت بروید. همچنین، برای پروژههایی با نیازهای خاص، سازندهای را انتخاب کنید که تجهیزات تخصصی مناسب برای آن کار را داشته باشد.
اگر تأمینکننده قبلاً چنین پروژههایی را انجام داده بود، برای تولیدکننده آسانتر بود که کار با کیفیتی ارائه دهد و خواستههای شما را با استانداردهای صنعت تطبیق دهد. به همین ترتیب، سپردن خدمات مونتاژ PCB هوافضا به چنین تأمینکنندهای به شما این امکان را میدهد که از کار به موقع و مقرون به صرفه لذت ببرید.
پیسیبیسیک بیش از 10 سال است که در این صنعت فعالیت دارد. به همین دلیل، پرسنل و تجهیزات مناسب را گردآوری کرده و پایه و اساس مناسبی را برای انجام چنین پروژهای بنا نهاده است. بنابراین، میتوانید روی سازندهای قابل اعتماد و باتجربه حساب کنید.
زمان و هزینه
در مرحله بعد، هزینه تقریبی و مدت زمان لازم برای تحویل نمونه اولیه بردها توسط تأمینکننده را در نظر بگیرید. هنگام تخمین زمان و هزینه تولید نمونه اولیه، زمان و هزینه حمل و نقل را نیز در نظر بگیرید. یک تأمینکننده خوب، روشهای حمل و نقل سریع را در اولویت قرار میدهد.
به یاد داشته باشید پروژههایی که شامل فناوریهای پیشرفته هستند ممکن است به زمان بیشتری نیاز داشته باشند. بنابراین، یک تأمینکنندهی خردمند، بررسیهای SFM را انجام میدهد. پیسیبیسیک معتقد به انجام بررسیهای SFM برای آشکار کردن خطاها و کاستیهایی است که در غیر این صورت میتوانند زمان و هزینه تولید نمونههای اولیه را طولانیتر کنند.
اهمیت و معیارهای انتخاب یک مشارکت.
هوافضا به فناوریهای الکترونیکی گستردهای در مورد وسایل نقلیه و قطعات تجهیزات دسترسی دارد. بنابراین، بردهای مدار چاپی استاندارد که معمولاً برای دفاتر مناسب هستند، اگر در محیط هوافضای دشوار قرار گیرند، مطمئناً شکست خواهند خورد.
به همین دلیل است که شما باید شریکی را انتخاب کنید که جزئیات دقیق فرآیند مونتاژ PCB هوافضا را درک کند. و این مستلزم همکاری با تأمینکنندهای است که دارای گواهینامه AS9100 باشد. چنین تأمینکنندهای نیاز به قابلیت اطمینان، تولید محصولات بادوام و در نظر گرفتن وزن و اندازه را درک میکند.
داستانهای موفقیت و بهترین شیوهها.
چندین شاتل فضایی شاتلهایی که در ماموریتهای خود به موفقیتهای بزرگی دست یافتهاند، کاربردهای عملی بردهای مدار چاپی هوافضا را نشان میدهند. شاتلهایی مانند دیسکاوری، اندیور و آتلانتیس از PCBS هوافضا در سیستمهای کنترل، ناوبری و هدایت استفاده میکنند. با انجام بیش از 30 ماموریت فضایی در چند سال، شاتلهای فضایی بهترین شیوههای استفاده از بردهای مدار چاپی هوافضا را نشان دادهاند.
نتیجه
فرآیند مونتاژ PCB هوافضا نیازمند دقت و توجه در انتخاب قطعات است. بنابراین، هنگام انتخاب شریک برای ساخت نمونه اولیه بردهای خود، عاقلانه انتخاب کنید. به دنبال تأمینکنندهای باشید که سالها در این زمینه فعالیت داشته، ماهر و دارای گواهینامه برای مدیریت تولید مونتاژ PCB برای هوافضا باشد. میتوانید روی PcBasic به عنوان یک شریک قابل اعتماد و واجد شرایط حساب کنید.
