Печатные платы для аэрокосмической промышленности тщательно изготавливаются, чтобы выдерживать суровые условия в космосе. Как собираются эти печатные платы? В этой статье вы прочтете, как печатные платы для аэрокосмической промышленности встраиваются в жизненно важные системы самолетов, космических кораблей и спутников. Они контролируют навигацию и связь, а также управляют функциями двигателя и приборами, которые незаменимы.
По прогнозам, опубликованным The Business Research Company, к 1.38 году объем рынка печатных плат для аэрокосмической и оборонной промышленности составит 2024 млрд долларов США.
Суровые условия аэрокосмической отрасли требуют уникального подхода к проектированию и производству печатных плат. Высокие температуры в непосредственной близости от выхлопных газов реактивных двигателей, воздействие радиации существенно влияют на аэрокосмические приложения.
Под стандартами качества и безопасности для этих сборок я подразумеваю, что отказ может закончиться катастрофическими результатами. Вы также прочтете некоторые из наиболее важных отраслевых стандартов и сертификатов, таких как IPC Class 3 (высший уровень надежности для электронных сборок) и AS/EN 9100.
Почему высокая надежность так важна при сборке печатных плат в аэрокосмической отрасли?
В аэрокосмических приложениях нет места для ошибок. В то время как дефектная деталь, скажем, в коммерческом продукте может только доставить неудобства пользователю, отказ сборки аэрокосмической печатной платы может иметь разрушительные последствия. Вот почему наивысшая степень надежности в этой конкретной области становится все более существенной.
Давайте рассмотрим причины:
Безопасность жизни и имущества:
Аэрокосмические системы, от пассажирских самолетов до военных самолетов и космических кораблей, перевозят ценный человеческий груз и представляют собой миллиарды долларов инвестиций. Один отказ печатной платы может вызвать каскад событий, приводящих к:
1. Критическое завершение работы системы
2. Потеря контроля
3. Разрушение конструкции.
Например, неисправность в печатной плате системы управления полетом может привести к авиакатастрофе. Соответственно, незначительный сбой в навигационной плате космического корабля может поставить под угрозу безопасность астронавтов.
Статистика от Aviation Safety Network https://asn.flightsafety.org/database/ показывают, что только в 2022 году произошло 42 происшествия с участием коммерческих пассажирских самолетов, что подчеркивает потенциальные последствия даже редких отказов.
Экстремальные условия окружающей среды
Аэрокосмические печатные платы должны выдерживать суровые условия. Аспекты надежности ключевых проблем делятся на несколько категорий:
-
Экстремальные температуры: Будь то обжигающая жара (более 300°C) или холод (-260°C), аэрокосмические печатные платы должны работать в огромном температурном спектре. Такие экстремальные расширения и сжатия приводят к напряжению компонентов, что приводит к усталостному отказу, вызванному вибрационными напряжениями транспортного средства с течением времени или плохими паяными соединениями из-за термоциклирования. При этом высокие температуры ускоряют выход компонента из строя и, таким образом, ускоряют окончание срока службы печатной платы.
-
-
Интенсивные вибрации: Системы космических аппаратов подвергаются воздействию очень высоких уровней вибрации, часто превышающих 15G, что может привести к такой нагрузке на паяные соединения и разъемы, что они начнут трескаться или ломаться.
-
-
Радиационное воздействие: На орбите отдельные высокоэнергетические частицы радиации поражают электронику. Это излучение может изменить электрическое поведение отдельных компонентов или вызвать необратимые повреждения и привести к ошибкам в данных.
-
-
Значительные изменения давления: Быстрое изменение давления может нарушить связь воздуха, находящегося в слоистой структуре печатной платы, и привести к расслоению (слои стекловолокна не будут склеиваться).
Цена неудачи:
В аэрокосмической отрасли стоимость отказа намного выше, чем простая замена неисправной печатной платы. Один отказ печатной платы в критической системе космического корабля может означать конец многомиллиардной миссии.
Если PCB внутри самолета выходит из строя, это приведет к финансовому краху авиакомпаний, поскольку несколько рейсов будут отменены и задержаны. В большинстве случаев поданная ошибка PCB заставит всех искать и, возможно, иметь дорогостоящие задачи по поиску.
Этапы производства при сборке печатных плат в аэрокосмической отрасли
Mматериальный отбор: Минимизируйте напряжение от перепадов температур с подложкой для соответствия КТР компонента. Полиимид, как кандидат на высокостабильные передовые материалы
Проверка компонента: Состав проверен с помощью XRF. Кристаллографическая структура и чистота подтверждены XRD. Измерения поверхностного газовыделения и тестирование восприимчивости SEL в компонентах. Паяемость оптимизирована, а коррозия снижена с помощью специализированных свинцовых покрытий.
Промывка деионизированной водой (опционально) — Сопротивление > 18 МОм/см для низкого ионного загрязнения. Единственное отличие в том, что после фильтрации получается сверхчистая деионизированная вода. Многоступенчатая промывка азотом гарантирует полный чистый вакуум.
Трафаретная печать: Точные отверстия трафарета, вырезанные лазером с точностью +-10 микрон, для точного размещения пасты. Профилирование давления для оптимизации контакта пластины с пастой и, следовательно, равномерного переноса пасты. Настройки печати для вязкости паяльной пасты
Pick-n-Place: Размещение компонентов с точностью до +/- 25 микрон с использованием систем технического зрения высокого разрешения. Поддерживает постоянную температуру/влажность, что снижает смещение в размещении.
Пайка оплавлением: Атмосфера с содержанием кислорода в азоте менее 200 ppm может помочь избежать окисления припоя. Контролируемые скорости нагрева и время пребывания в жидкости формируют соединения, идеальные для точного профиля оплавления.
Рентгеновский контроль - Технология Cone Beam обеспечивает 2.5D синтез для радикально улучшенной визуализации фактических паяных соединений в реальном физическом пространстве. Для обнаружения пустот и недостаточного покрытия используется автоматизация, а также идентичные вариации слоев IMC.
3D АИ: Компоненты и соединения проверяются с помощью многоуглового освещения. Сложные алгоритмы обнаруживают выдернутые провода и мельчайшие неисправности, связанные с короткими замыканиями.
Стандарты проектирования печатных плат для аэрокосмической отрасли
Основание: Высокопроизводительный контролируемый КТР FR-4 экстремально температурный чистый полиимид или металлический сердечник. Высокий ток, теплоотвод; большие медные дорожки.
Компоненты: Материалы для космической промышленности, выдерживающие температуру, радиацию, вибрацию и удары. Предпочтительны TH для дополнительной прочности, опционально допускается SMT.
Жестко-гибкая и многослойная структура: Расширенный анализ целостности сигнала. Контролируемые трассы импеданса, тщательное размещение плоскости питания/заземления. Дополнительные уровни изоляции (более высокие напряжения)
Планировка: Размещайте компоненты стратегически, чтобы маршруты были короткими; избегайте шумовой связи. Переходные отверстия используются для целостности сигнала и 4. Развязывающие колпачки, декапы везде
Это включает в себя запуск автоматизированных проверок правил проектирования (DRC) и проверок электрических правил (ERC) для поиска неприятных производственных дефектов или электрических проблем. Проверка соответствия UX производственным возможностям и электрическим характеристикам
Документация: Четко нарисованные схемы, спецификации и наложение каждого слоя. Данные по проектированию связаны для идеального соответствия спецификации
В сборках печатных плат для аэрокосмической промышленности нет места ошибкам и сбоям. Короткий ответ — да, но длинный ответ. Чтобы обеспечить максимально возможный уровень надежности и безопасности, эти сборки должны соответствовать строгим нормам качества.
Какие стандарты и сертификаты требуются для сборки печатных плат в аэрокосмической отрасли?
Стандарты МПК:
IPC-A-610 Класс 3: Это общеотраслевой стандарт, принятый в качестве эталона для всех требований к приемке электронных сборок. Класс 3: Это первоклассная проверка. Кроме того, она требует не менее высоких критериев пайки.
Другие стандарты IPC, такие как:
· IPC-6012 (Требования к квалификации и эксплуатационным характеристикам для жестких печатных плат)
· IPC-WHMA-A-620 (Требования к приемке электронных сборок)
Эти стандарты полезны для проверки определенных областей изготовления печатных плат, имеющих отношение к сборке.
Стандарты системы управления качеством
AS/EN 9100 (или FAA AC-00-56): основанный на ISO 9001, это комплексный стандарт управления качеством, разработанный специально для аэрокосмической промышленности. 1-й: в каждом жизненном цикле производства он проповедует культуру постоянного совершенствования (кайдзен), снижения рисков и строгого контроля процессов.
Nadcap (Национальная программа аккредитации подрядчиков в области аэрокосмической и оборонной промышленности): эта отраслевая программа предлагает аккредитацию поставщикам, выполняющим различные специфические процессы, включая сборку печатных плат. Аудиты Nadcap определяют, обладают ли производители широтой знаний, специализированным оборудованием и строгим контролем качества, необходимым для удовлетворения строгих требований поставщиков в сфере авиации.
Применение печатных плат в аэрокосмической отрасли
Управление полетом: Печатная плата будет интерпретировать сигналы от пилота, данные с датчиков (акселерометров и/или гироскопов) и влиять на стабильный полет, перемещая органы управления самолетом (элероны и закрылки (скорость), рули (рулевое управление)).
Навигация - Печатные платы могут вычислять положение и ориентацию достаточно точно, чтобы обеспечить безопасное перемещение, используя такие датчики, как GPS (глобальная система позиционирования) или инерциальные.
Общение: Вот насколько хорошо организованы обмен данными, управление полетами и четкая голосовая связь между самолетами или космическими аппаратами!
авиационная электроника: Сотни печатных плат питают приборы, органы управления двигателем и дисплеи в кабине, предоставляя пилотам мгновенный снимок данных полета.
Спутники/Космические корабли: Печатные платы управляют электропитанием (генерацией, распределением и управлением), связью с наземными станциями/между космическими аппаратами в созвездии, а также выполняют все диагностические функции по обнаружению неисправностей.
Ракеты-носители: Печатные платы обеспечивают зажигание установленных двигателей, правильное использование приборов и данных для безопасного старта.
PCBasic — производитель комплексных печатных плат для аэрокосмической отрасли
Вам нужна дорогостоящая сборка? Компания PCBasic предоставляет исключительные услуги по производству и сборке печатных плат для аэрокосмической отрасли. Мы ориентируемся на потребности клиентов, уникальные в дизайне, форм-факторе и упаковке. От сложных электромеханических узлов до очень надежной системной интеграции и полной упаковки продукта, мы внедряем самые современные технологии.
Мы предлагаем следующие услуги по изготовлению печатных плат для сборки в аэрокосмической отрасли:
Монтаж печатных плат на поверхность (SMT)
Монтаж печатной платы через сквозное отверстие
Гибкая сборка печатной платы
Заключение
Таким образом, аэрокосмические печатные платы — это не просто части печатных плат. Все, от выбора сырья до производства конечного продукта и соответствия высочайшим стандартам качества, проходит через эти сборки. Более того, они очень надежны в очень суровых условиях космоса и авиации. Их применение охватывает весь спектр миссии аэрокосмического аппарата, работая тихо в фоновом режиме, чтобы предоставлять такие жизненно важные услуги, как навигация, связь и управление.
