Ao contrário das placas de circuito impresso padrão, a montagem de PCB aeroespacial é diferente. As placas precisam manter o desempenho fiel mesmo em condições adversas. Apesar de enfrentar vibrações, umidade flutuante e altas temperaturas, as placas de PCB aeroespaciais devem oferecer desempenho inabalável.
E assim, desde a escolha do material, equipamento e processo de montagem em si, cada etapa exige atenção. Este post destaca tudo o que você precisa saber sobre a montagem de placas de circuito impresso aeroespacial.
Fundamentos da Montagem de PCB Aeroespacial
Aplicação e papel do PCB em campos aeroespaciais
A montagem de PCBs aeroespaciais desempenha um papel fundamental no setor da aviação. Muitos equipamentos e tecnologias da indústria utilizam PCBs. Algumas aplicações específicas de PCBs na indústria aeroespacial incluem sistemas de comunicação, tecnologias de satélite e instrumentação de voo.
Outros incluem instalações de radar, fontes de alimentação de voo, sensores de temperatura e instrumentação de voo, como acelerômetros e sensores de pressão.
Alguns dos equipamentos que utilizam PCBs aeroespaciais
Principais diferenças e características de PCBs aeroespaciais em comparação com PCBs padrão.
Ao comparar os PCBs padrão com as placas de circuito impresso aeroespacial, você perceberá uma diferença substancial entre os dois.
As PCBs aeroespaciais parecem robustas, pois utilizam materiais extra duráveis. Além disso, seu processo de fabricação utiliza tecnologias avançadas para tornar as placas eficientes, seguras e protegidas. Além disso, a indústria aeroespacial campos exigem precisão, exatidão e confiabilidade em ambientes hostis.
Portanto, a indústria exige placas robustas que suportem variações extremas de temperatura, umidade e vibração. É por isso que algumas empresas de fabricação de PCBs aeroespaciais empregam uma camada de alumínio anodizado nas placas. Isso protege a placa contra a oxidação.
Componentes e funções básicas de PCBs aeroespaciais.
Os componentes básicos incluem dispositivos semicondutores e não semicondutores. Transistores, diodos, capacitores, conectores e sensores desempenham um papel vital. São esses componentes que, combinados, permitem que as PCBs encontrem o uso ideal em placas de controle, display e placas de energia de diversos sistemas.
Princípios de Design e Processo de Fabricação
Durabilidade
A maioria dos dispositivos na aviação funciona por um longo período sem inspeção. Portanto, ao considerar a fabricação de conjuntos de PCB para a indústria aeroespacial, você precisa de um projeto de placa que possa funcionar com eficiência por meses sem quebrar com frequência.
E isso exige componentes de alta qualidade com vida útil prolongada. Embora isso possa implicar um alto custo inicial de produção, compensa a longo prazo.
Tolerando Ambientes Severos
Placas de circuito impresso aeroespaciais operam em um ambiente sujeito a pressão, calor e radiação extremos. Portanto, ao fabricar as placas e os equipamentos, é preciso levar isso em consideração.
Proteger a carcaça contra vibrações excessivas e selecionar componentes que suportem altas temperaturas e flutuações nos níveis de umidade é, portanto, essencial. O nível de calor ao redor do motor pode, às vezes, atingir níveis elevados, de -55 a 175 graus centígrados. No entanto, é necessário ter dispositivos eletrônicos para monitorar essas mudanças.
Por outro lado, a radiação pode causar interferência nas comunicações sem fio. Portanto, implemente medidas de proteção contra radiação.
Especificações específicas de materiais para componentes
Os componentes e dispositivos de aviação trabalham com alto nível de precisão e exatidão. Portanto, os componentes da placa devem ser muito específicos, de acordo com o pedido. Além disso, verifique novamente se todas as peças estão funcionando e têm uma ampla tolerância à temperatura.
Componentes de grau de especificação militar (grau de especificação militar)
As placas de circuito impresso aeroespaciais devem manter alta confiabilidade mesmo em situações exigentes. Portanto, os componentes devem ter especificações de nível militar, ou seja, uma tolerância de cerca de 1 a 2%.
Separação de componentes de baixa e alta frequência
A interferência entre as formas de onda de alta e baixa frequência pode levar à distorção dos sinais. Portanto, as placas de circuito impresso aeroespacial devem ter uma separação clara dos componentes de alta e baixa frequência.
Processo de fabricação e principais tecnologias na produção de PCB aeroespacial
O processo de montagem de PCB aeroespacial difere do processo padrão porque apresenta tecnologias avançadas e exige alta precisão.
A etapa inicial é a limpeza das PCBs com ar comprimido e água deionizada para evitar corrosão e outros defeitos. Em seguida, são realizados testes adicionais para verificar se há falhas.
Em seguida, use o estêncil para criar as formas desejadas antes de aplicar a pasta de solda uniformemente na placa. Um processo automatizado com máquinas robóticas auxilia na aplicação da pasta, permitindo que ela se solidifique nos locais corretos e posicionando os componentes.
Usando uma correia transportadora, a placa segue para o forno de refluxo. A próxima etapa do processo de montagem de PCB aeroespacial é testar se o protótipo atende aos padrões estabelecidos para a aviação.
Padrões de Controle de Qualidade em Projeto e Fabricação
Por questões de segurança, existem padrões de qualidade definidos para cada processo de montagem de PCB aeroespacial. Qualquer fabricante deve garantir que atenda, no mínimo, aos requisitos da norma AS 9100. Além disso, todos os outros aspectos da fabricação de PCB devem estar em conformidade com as normas SAE.
Até mesmo as etapas de fabricação, os funcionários envolvidos e os equipamentos devem atender aos padrões estabelecidos pelo Nadcap. Os padrões predefinidos pelo Nadcap são implementados por empresas líderes, como a Boeing.
Seleção de materiais e componentes
Há vários fatores que você deve considerar ao selecionar componentes e materiais para projetos de montagem de PCB aeroespaciais. Em geral, selecione apenas componentes e materiais que tenham alta capacidade de absorção de choque, sejam duráveis e não sejam afetados por temperaturas extremas.
Substratos de cobre ou alumínio geralmente são a primeira escolha de materiais para placas aeroespaciais. Além disso, o uso de laminados fortalece as placas, aumentando sua durabilidade.
Ao contrário dos PCBs padrão, as placas aeroespaciais utilizam componentes de encaixe por pressão. Dessa forma, evitam-se falhas relacionadas à vibração.
Além disso, o processo de montagem deve ser adequado aos materiais escolhidos. Lembre-se de que, ao unir as camadas interna e externa, você pode usar viés enterrado ou cego. Portanto, escolha seus materiais e componentes com cuidado.
Lembre-se de que componentes-chave, como conectores, sensores e outros dispositivos semicondutores, também devem ser adaptados às rigorosas demandas da aviação. Isso exige conectores que se encaixem perfeitamente, fios pré-estanhados e compostos térmicos.
Como os materiais e componentes afetam o desempenho geral e a durabilidade
A escolha de componentes e materiais influencia o desempenho e a durabilidade das placas de diversas maneiras. Por exemplo, em vez de empregar convecção forçada e camadas pesadas de cobre para dissipar o calor, camadas finas de materiais de cobre e grafite parecem superiores em peso e desempenho. Além disso, o uso de um núcleo térmico integrado em PCB multicamadas parece promissor.
As duas tecnologias ajudam a minimizar os problemas generalizados de estresse térmico induzido em componentes no setor aeroespacial. Além disso, a emergente tecnologia de miniaturização também ajudou a reduzir o tamanho, o peso e o número de PCBs usados em equipamentos aeroespaciais. A redução dos problemas de dissipação de calor nos componentes os torna mais duráveis.
Além da leveza, a miniaturização dos componentes e o HDI aumentam a funcionalidade e a confiabilidade da placa. Assim, é possível ter uma placa multifuncional.
A melhoria no processo de fabricação com impressão 3D resultou em uma prototipagem mais acessível. Consequentemente, isso reduz o tempo e o custo de fabricação. A prototipagem rápida, mais personalizável e flexível, impulsiona a fabricação de conjuntos de PCB para o setor aeroespacial.
Aplicações inovadoras de PCBs aeroespaciais
Os PCBs aeroespaciais encontram inúmeras aplicações, incluindo as seguintes:
Instrumentos de vôo
Placas de circuito impresso aeroespaciais encontram aplicação em instrumentos de voo, incluindo painéis de controle de voo, cabines de comando e telas de navegação.
O painel de controle de um avião também usa PCBS aeroespaciais
LED Lighting
O sistema de iluminação LED no exterior ou na cabine de uma aeronave utiliza PCBs aeroespaciais. As placas auxiliam no controle dos padrões de iluminação, exibição e intensidade.
Comunicação por satélite e rádio
Os sistemas de comunicação via satélite e rádio de aeronaves utilizam placas de circuito impresso aeroespacial. Dessa forma, a placa proporciona transmissão de sinal nítida e comunicação estável.
Sistema de Controle e Distribuição de Energia Aeroespacial
O controle e a distribuição de energia na indústria aeronáutica exigem placas de circuito impresso robustas. Essas placas suportam altas correntes e tensões, mas apresentam perdas mínimas.
Dispositivos de radar
A indústria aeroespacial depende da tecnologia de radar para monitoramento climático, controle de tráfego e vigilância militar. Portanto, PCBs aeroespaciais com processamento de alta frequência encontram aplicação nesses casos.
Impacto das tecnologias emergentes em PCBs aeroespaciais.
As tecnologias emergentes estão impactando o setor aeroespacial. A cada dia, aumenta a demanda mundial por dispositivos sofisticados de inteligência artificial, como dispositivos de vigilância. E com a Internet das Coisas, a IoT também amplia a necessidade por dispositivos leves, confiáveis e precisos.
Por exemplo, a IA tornou possível a existência de aeronaves e veículos autônomos. Mais empresas estão investindo na fabricação de pequenos aviões, drones e táxis voadores. Esses dispositivos estão aumentando constantemente a demanda por placas de circuito impresso (PCBs) aeroespaciais, por exemplo, em placas de controle e energia.
Ao mesmo tempo, a IoT aliada à IA possibilitou o monitoramento em tempo real de veículos e aeronaves. Esse monitoramento em tempo real auxilia na detecção precoce de problemas, na manutenção de rotina e na segurança das aeronaves. E esses dispositivos utilizam placas de circuito impresso aeroespaciais.
Drones militares
Desafios e soluções da indústria
Principais desafios enfrentados atualmente no setor de PCB aeroespacial.
Alguns dos principais desafios enfrentados pelo setor de montagem de PCB aeroespacial incluem
· Exposição a radiações iônicas e de Rf no espaço que podem alterar o desempenho da placa.
· Estresse mecânico e de vibração severos que podem deslocar componentes da placa
· Níveis extremos de temperatura
· Produtos químicos no espaço oxidando e corroendo o cobre na placa
· Regulamentos burocráticos a cumprir
Soluções e Estratégias
Algumas das possíveis soluções para os problemas que a indústria enfrenta incluem
Usando PCB flexível ou rígido
Utilizar uma placa flexível ou rígida-flexível com poliamida é uma ótima ideia. Além da leveza, o material se adapta a espaços pequenos, suporta vibrações e choques mecânicos. Além disso, essa placa é resistente a calor extremo e a produtos químicos atmosféricos.
Tecnologia de cobre pesado
Para placas aeroespaciais, é melhor manter uma espessura de cobre de cerca de 3 a 4 gramas por metro quadrado. Esse cobre denso conduz correntes intensas com facilidade.
Revestimentos Conformados
Revestimentos conformais protegem as placas de produtos químicos agressivos, calor extremo e umidade. Portanto, é melhor usar o nivelador sólido HASL com ar quente e, em seguida, finalizar com um spray à base de acrílico. Como alternativa, você também pode optar por um revestimento de imersão em níquel eletrolítico com ouro.
Ângulo de Rota Reto
Muitos especialistas na indústria aeroespacial recomendam manter um ângulo de traceroute inferior a 45 graus para obter uma transmissão de sinal uniforme. É necessário proteger ainda mais os sinais de clock com uma capa de alumínio.
Estanhagem de fios trançados
Boa soldabilidade é essencial para PCBs. Portanto, antes de unir fios trançados aos conectores, estanhe-os com solda derretida.
Escolhendo o fornecedor certo de PCB aeroespacial
Tamanho e complexidade do seu projeto
Ao trabalhar em um projeto complexo ou que exija placas de montagem em massa, opte por um fabricante experiente com vasto conhecimento do setor. Além disso, para projetos com demandas específicas, opte por um fabricante que possua equipamentos especializados adequados para a tarefa.
Se o fornecedor já tivesse lidado com esses projetos no passado, seria mais fácil para o fabricante entregar um trabalho de qualidade e adaptar suas demandas aos padrões do setor. Da mesma forma, deixar que um fornecedor como esse cuide dos seus serviços de montagem de PCB aeroespacial permite que você desfrute de um trabalho pontual e econômico.
PCbásico atua no setor há mais de 10 anos. Por isso, reuniu o pessoal e os equipamentos certos e estabeleceu a base ideal para lidar com um projeto como esse. Assim, você pode contar com a confiabilidade e a experiência do fabricante.
Tempo e Custo
Em seguida, considere o custo aproximado e o tempo que o fornecedor leva para entregar os protótipos. Ao estimar o tempo e o custo de produção dos protótipos, considere também o tempo e o custo de envio. Um bom fornecedor prioriza métodos de envio rápidos.
Lembre-se de que projetos que envolvem tecnologias de ponta podem exigir mais tempo. Portanto, um fornecedor inteligente realiza verificações de SFM. PcBasic acredita na realização de verificações de SFM para revelar erros e omissões que poderiam aumentar o tempo e o custo de produção de protótipos.
Importância e critérios para escolher uma parceria.
A indústria aeroespacial utiliza tecnologias eletrônicas de longo alcance relacionadas a veículos e equipamentos. Assim, PCBs padrão, que normalmente são usados em escritórios, certamente falharão se colocados no exigente ambiente aeroespacial.
É por isso que você precisa escolher um parceiro que entenda todos os detalhes do processo de montagem de PCBs aeroespaciais. E isso exige uma parceria com um fornecedor certificado pela AS9100. Esse fornecedor entende a necessidade de confiabilidade, produz produtos duráveis e leva em consideração peso e tamanho.
Histórias de sucesso e melhores práticas.
Vários ônibus espaciais que obtiveram grande sucesso em suas missões demonstram usos práticos de placas de circuito impresso aeroespaciais. Ônibus espaciais como Discovery, Endeavour e Atlantis utilizam PCBs aeroespaciais nos sistemas de controle, navegação e orientação. Ao realizar mais de 30 missões espaciais em poucos anos, os ônibus espaciais demonstraram as melhores práticas no uso de placas aeroespaciais.
Conclusão
O processo de montagem de PCBs aeroespaciais exige perspicácia e precisão na escolha dos componentes. Portanto, ao escolher a empresa parceira para suas placas de protótipo, escolha com sabedoria. Opte por um fornecedor com anos de experiência, qualificado e certificado para lidar com a fabricação de montagens de PCBs para o setor aeroespacial. Você pode contar com a PcBasic como uma parceira confiável e qualificada.
