Les circuits imprimés aérospatiaux sont fabriqués avec soin pour résister aux environnements spatiaux difficiles. Comment ces circuits imprimés sont-ils assemblés ? Dans cet article, vous découvrirez comment les circuits imprimés aérospatiaux sont intégrés aux systèmes vitaux des avions, des engins spatiaux et des satellites. Ils contrôlent la navigation et les communications, ainsi que les fonctions moteurs et l'instrumentation, des fonctions irremplaçables.
Selon un rapport publié par The Business Research Company, le marché des circuits imprimés pour l'aérospatiale et la défense devrait générer 1.38 milliard de dollars d'ici 2024.
L'environnement aérospatial exigeant exige une approche unique pour la conception et la fabrication de circuits imprimés. Les températures élevées à proximité des gaz d'échappement des réacteurs et l'exposition aux radiations ont un impact significatif sur les applications aérospatiales.
Par normes de qualité et de sécurité pour ces assemblages, j'entends qu'une défaillance peut avoir des conséquences catastrophiques. Vous découvrirez également certaines des normes et certifications industrielles les plus pertinentes, telles que la norme IPC Classe 3 (niveau de fiabilité le plus élevé pour les assemblages électroniques) et la norme AS/EN 9100.
Pourquoi une fiabilité élevée est essentielle dans l’assemblage de circuits imprimés aérospatiaux ?
Dans les applications aérospatiales, l'erreur est inadmissible. Si une pièce défectueuse, par exemple dans un produit commercial, peut être source d'inconvénients pour l'utilisateur, la défaillance d'un assemblage de circuits imprimés pour l'aérospatiale peut avoir des conséquences désastreuses. C'est pourquoi il est essentiel d'assurer une fiabilité optimale dans ce domaine spécifique.
Voyons les raisons :
Sécurité des personnes et des biens :
Les systèmes aérospatiaux, des avions de ligne aux avions militaires et aux engins spatiaux, transportent un précieux chargement humain et représentent des milliards de dollars d'investissement. Une seule défaillance de circuit imprimé peut déclencher une cascade d'événements entraînant :
1. Un arrêt critique du système
2. Perte de contrôle
3. Défaillance structurelle.
Par exemple, un dysfonctionnement du circuit imprimé d'un système de commandes de vol peut provoquer un accident d'avion. Par la suite, une défaillance mineure du circuit imprimé de navigation d'un vaisseau spatial peut compromettre la sécurité des astronautes.
Statistiques du Réseau de sécurité aérienne https://asn.flightsafety.org/database/ révèlent qu'en 2022 seulement, 42 accidents impliquant des avions de ligne commerciaux se sont produits, soulignant les conséquences potentielles de défaillances même rares.
Conditions environnementales extrêmes
Les assemblages de circuits imprimés pour l'aéronautique doivent résister à des environnements difficiles. Les aspects liés à la fiabilité des principaux défis se répartissent en plusieurs catégories :
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Températures extrêmes : Qu'il s'agisse de chaleurs extrêmes (plus de 300 °C) ou de froid intense (-260 °C), les circuits imprimés aérospatiaux doivent fonctionner dans une plage de températures très large. Ces variations extrêmes de dilatation et de contraction engendrent des contraintes sur les composants, pouvant entraîner des défaillances dues à la fatigue, notamment dues aux vibrations du véhicule au fil du temps ou à des soudures défectueuses dues aux cycles thermiques. De ce fait, les températures élevées accélèrent la dégradation des composants et donc la fin de vie du circuit imprimé.
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Vibrations intenses : Les systèmes de vaisseaux spatiaux sont soumis à des niveaux de vibrations très élevés, souvent supérieurs à 15 G, qui peuvent solliciter les soudures et les connecteurs à un point tel qu'ils se fissurent ou se fracturent.
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Exposition aux radiations: En orbite, des particules de rayonnement à haute énergie détruisent les composants électroniques. Ce rayonnement peut modifier le comportement électrique de certains composants, provoquer des dommages permanents et entraîner des erreurs de données.
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Changements de pression importants : Un changement rapide de pression peut remettre en cause la liaison de l'air emprisonné dans un stratifié PCB et entraîner un délaminage (les couches de fibre de verre ne collent pas ensemble).
Coût de l'échec :
Dans une application aérospatiale, les coûts d'une panne sont bien plus élevés que le simple remplacement d'un circuit imprimé défectueux. Une seule panne de circuit imprimé dans un système critique d'un vaisseau spatial peut signifier la fin d'une mission de plusieurs milliards de dollars.
La défaillance d'un circuit imprimé à l'intérieur d'un avion peut entraîner la faillite des compagnies aériennes, avec l'annulation et le retard de nombreux vols. Dans la plupart des cas, une défaillance de circuit imprimé signalée entraînerait des recherches, potentiellement coûteuses.
Étapes de fabrication dans l'assemblage de circuits imprimés pour l'aérospatiale
MSélection des matériaux: Minimiser les contraintes dues aux variations de température du substrat pour adapter le coefficient de dilatation thermique (CTE) du composant. Le polyimide, candidat pour les matériaux avancés à haute stabilité.
Inspection des composants : Composition vérifiée par fluorescence X (XRF). Structure cristallographique et pureté confirmées par DRX. Mesures du dégazage de surface et tests de sensibilité SEL des composants. Soudabilité optimisée et réduction de la corrosion grâce à des finitions plomb spécialisées.
Rinçage à l'eau déionisée (facultatif) — Résistivité > 18 MOhms/cm pour une faible contamination ionique. La seule différence réside dans le fait que l'eau déionisée obtenue après filtration est ultra-pure. Un rinçage à l'azote en plusieurs étapes garantit un vide parfaitement propre.
Impression au pochoirOuvertures de pochoir découpées au laser avec une précision de +/-10 microns pour un placement précis de la pâte. Profilage de pression pour un contact optimisé entre la plaquette et la pâte, et donc un transfert de pâte homogène. Paramètres d'impression pour la viscosité de la pâte à braser.
Pick-n-PlacePlacement de composants à pas fin, précis à +/- 25 microns grâce à des systèmes de vision haute résolution. Maintien d'une température et d'une humidité constantes, réduisant ainsi les décalages de positionnement.
Soudure par refusionUne atmosphère contenant moins de 200 ppm d'oxygène dans l'azote peut contribuer à éviter toute oxydation de la soudure. Des vitesses de montée en température et des temps de maintien en liquide contrôlés forment des joints idéaux pour un profil de refusion précis.
Inspection aux rayons X - La technologie Cone Beam offre une synthèse 2.5D pour une visualisation considérablement améliorée des soudures réelles dans l'espace physique. La détection des vides et des insuffisances de couverture est automatisée, ainsi que les variations identiques des couches IMC.
Zone d'intérêt 3D : Inspection des composants et des joints grâce à un éclairage multi-angle. Des algorithmes sophistiqués détectent les fils arrachés et les moindres courts-circuits.
Normes de conception de circuits imprimés pour l'aérospatiale
Substrat: Fil FR-4 hautes performances à coefficient de dilatation thermique contrôlé, noyau en polyimide pur ou en métal, pour températures extrêmes. Courant élevé, dissipateur thermique ; pistes de cuivre plus grandes.
Composants: Matériaux spatiaux pour la température, les vibrations de rayonnement et les chocs TH préféré pour une résistance supplémentaire, SMT autorisé en option.
Empilement rigide-flexible et multicoucheAnalyse avancée de l'intégrité du signal. Traces d'impédance contrôlées, placement précis du plan d'alimentation et de masse. Niveaux d'isolation supplémentaires (tensions plus élevées).
Mise en page: Disposer les composants stratégiquement afin que les chemins soient courts et éviter le couplage de bruit. Vias utilisés pour l'intégrité du signal et 4. Capuchons de découplage, décapuchons partout.
Cela comprend l'exécution de vérifications automatisées des règles de conception (DRC) et des règles électriques (ERC) pour détecter les défauts de fabrication ou les problèmes électriques. Valider l'adéquation de l'expérience utilisateur aux capacités de fabrication et aux caractéristiques électriques.
Documentation: Schémas, nomenclatures et empilement de chaque couche clairement dessinés. Données de conception liées pour une parfaite adéquation aux spécifications.
Les assemblages de circuits imprimés pour l'aéronautique ne laissent aucune place aux erreurs et aux défaillances. La réponse est oui, mais la réponse est longue. Pour garantir le plus haut niveau de fiabilité et de sécurité possible, ces assemblages doivent respecter des normes de qualité strictes.
Quelles normes et certifications sont requises pour l’assemblage de circuits imprimés aérospatiaux ?
Normes IPC :
IPC-A-610 Classe 3 : Il s'agit d'une norme sectorielle reconnue comme référence pour les exigences d'acceptation des assemblages électroniques. Classe 3 : Il s'agit de l'inspection la plus performante. De plus, elle exige des critères de soudure au moins aussi élevés.
Autres normes IPC, telles que :
· IPC-6012 (Exigences de qualification et de performance pour les circuits imprimés rigides)
· IPC-WHMA-A-620 (Exigences d'acceptation des assemblages électroniques)
Ces normes sont utiles pour vérifier des domaines spécifiques de la fabrication de PCB qui sont pertinents pour l'assemblage.
Normes pour un système de gestion de la qualité
AS/EN 9100 (ou FAA AC-00-56) : Dérivée de la norme ISO 9001, il s'agit d'une norme complexe de gestion de la qualité qui a été rédigée spécialement pour l'industrie aérospatiale. 1er : dans chaque cycle de vie de fabrication, elle prône une culture d'amélioration continue (kaizen), d'atténuation des risques et de contrôle rigoureux des processus.
Nadcap (Programme national d'accréditation des entrepreneurs de l'aérospatiale et de la défense) : Ce programme, piloté par l'industrie, accrédite les fournisseurs réalisant divers processus spécifiques, dont l'assemblage de circuits imprimés. Les audits Nadcap déterminent si les fabricants disposent des connaissances approfondies, des équipements spécialisés et des contrôles qualité rigoureux nécessaires pour répondre aux exigences rigoureuses des fournisseurs du secteur aéronautique.
Applications de circuits imprimés aérospatiaux
Contrôle de vol : Le PCB interprétera les signaux du pilote, les données des capteurs (accéléromètres et/ou gyroscopes) et affectera un vol stable en déplaçant les commandes de l'avion (ailerons et volets (vitesse), gouvernails (direction de lacet)).
Navigation - Les PCB peuvent calculer la position et l'orientation avec suffisamment de précision pour pouvoir voyager en toute sécurité, à l'aide de capteurs tels que le GPS (Global Positioning System) ou l'inertie.
La communication: C'est ainsi que se déroulent le partage de données, le contrôle de mission et le chat vocal clair entre avions ou engins spatiaux !
Avionique:Des centaines de circuits imprimés alimentent les instruments, les commandes des moteurs et les écrans du cockpit, offrant aux pilotes un aperçu instantané des données de vol.
Satellites/Vaisseaux spatiaux:Les PCB gèrent l'énergie (génération, distribution et contrôle), les communications avec les stations au sol/entre les engins spatiaux de la constellation ainsi que tous les diagnostics de détection de panne.
Véhicules de lancement:Les PCB assurent l'allumage des moteurs équipés, la bonne utilisation des instruments et des données pour un décollage en toute sécurité.
PCBasic – Fabricant d'assemblages de circuits imprimés tout-en-un pour l'aérospatiale
Avez-vous besoin d'un assemblage de grande valeur ? PCBasis fournit des services exceptionnels de fabrication et d'assemblage de circuits imprimés aérospatiaux. Nous nous concentrons sur les besoins spécifiques de nos clients, avec une conception, un format et un conditionnement uniques. Des assemblages électromécaniques complexes à l'intégration de systèmes très robustes et au conditionnement complet des produits, nous intégrons une technologie de pointe.
Nous fournissons la fabrication de circuits imprimés suivants pour l'assemblage aérospatial :
Assemblage de circuits imprimés à montage en surface (CMS)
Assemblage de circuits imprimés traversants
Assemblage de circuits imprimés flexibles
Conclusion
Ainsi, les assemblages de circuits imprimés pour l'aérospatiale ne se résument pas à de simples pièces de circuits imprimés. De la sélection des matières premières à la fabrication du produit final, en passant par le respect de normes de qualité très strictes, ils passent par ces assemblages. De plus, ils sont extrêmement fiables dans les environnements très exigeants de l'espace et de l'aviation. Leurs applications couvrent l'ensemble des missions d'un véhicule aérospatial, fonctionnant discrètement en arrière-plan pour fournir des services essentiels tels que la navigation, la communication et le contrôle.
