Rymdfartskretskort tillverkas noggrant för att tåla tuffa miljöer i rymden. Hur monteras dessa kretskort? I den här artikeln ska du läsa om hur rymdfartskretskort integreras i viktiga system på flygplan, rymdfarkoster och satelliter. De styr navigering och kommunikation samt hanterar motorfunktioner och instrument som är oersättliga.
Marknaden för kretskort för flyg- och försvarsindustrin förväntas omsätta 1.38 miljarder dollar år 2024, enligt en rapport publicerad av The Business Research Company.
Den tuffa miljön inom flyg- och rymdteknik kräver en unik metod för kretskortsdesign och tillverkning. De höga temperaturerna i närheten av avgaser från jetmotorer och strålningsexponering påverkar flyg- och rymdtillämpningar avsevärt.
Med kvalitets- och säkerhetsstandarder för dessa enheter menar jag, eftersom ett fel kan få katastrofala konsekvenser. Du kommer också att läsa om några av de mest relevanta branschstandarderna och certifieringarna, såsom IPC klass 3 (högsta tillförlitlighetsnivå för elektroniska enheter) och AS/EN 9100.
Varför hög tillförlitlighet är avgörande vid montering av kretskort inom flyg- och rymdindustrin?
Det finns inget utrymme för misstag när det gäller flyg- och rymdtillämpningar. Medan en defekt del i, säg, en kommersiell produkt bara kan orsaka olägenheter för användaren, kan en felaktig kretskortsmontering inom flyg- och rymdteknik få förödande konsekvenser. Därför blir det allt viktigare att ha högsta möjliga grad av tillförlitlighet inom just detta område.
Låt oss titta på orsakerna:
Säkerhet för liv och egendom:
Flygplanssystem, från passagerarflygplan till militära flygplan och rymdfarkoster, transporterar värdefull mänsklig last och representerar miljarder dollar i investeringar. Ett enda kretskortsfel kan utlösa en kaskad av händelser som leder till:
1. En kritisk systemavstängning
2. Förlust av kontroll
3. Strukturellt fel.
Till exempel kan ett fel i ett flygkontrollsystems kretskort leda till en flygolycka. Därefter kan ett mindre fel i ett rymdfarkosts navigationskretskort göra astronauternas säkerhet sårbar.
Statistik från nätverket för flygsäkerhet https://asn.flightsafety.org/database/ avslöjar att det enbart under 2022 inträffade 42 olyckor med kommersiella passagerarflygplan, vilket belyser de potentiella konsekvenserna av även sällsynta haverier.
Extrema miljöförhållanden
Kretskortsmonteringar för flyg- och rymdindustrin måste klara tuffa miljöer. Tillförlitlighetsaspekter av viktiga utmaningar delas in i några olika kategorier:
-
Extrema temperaturer: Oavsett om det är den stekande hettan (över 300 °C) eller kylan (-260 °C), måste kretskort för flyg- och rymdteknik fungera inom ett enormt temperaturspektrum. Sådana extrema utvidgnings- och kontraktionsförhållanden leder till påfrestningar på komponenterna, vilket leder till utmattningsbrott orsakade av vibrationsspänningar från fordon över tid eller dåliga lödfogar på grund av termisk cykling. Höga temperaturer påskyndar komponentens nedbrytning och därmed dess livslängd.
-
-
Intensiva vibrationer: Rymdfarkostsystem utsätts för mycket höga vibrationsnivåer, ofta större än 15G, vilket kan belasta lödfogar och kontakter så mycket att de spricker eller går sönder.
-
-
Strålningsexponering: I omloppsbana träffar individuella högenergipartiklar av elektronik. Denna strålning kan förändra det elektriska beteendet hos enskilda komponenter eller orsaka permanenta skador och leda till datafel.
-
-
Stora tryckförändringar: En snabb tryckförändring kan utmana luftbindningen i ett kretskortslaminat och leda till delaminering (glasfiberlager som inte klibbar ihop).
Kostnad för misslyckande:
Inom en flyg- och rymdtillämpning är kostnaderna för fel mycket högre än att bara byta ut ett felaktigt kretskort. Ett enda kretskortsfel i ett rymdfarkosts kritiska system kan innebära slutet på ett uppdrag värt flera miljarder dollar.
Om ett kretskort inuti ett flygplan går sönder, kommer det att leda till att flygbolagen går i ekonomiskt konkurs, med flera inställda och försenade flygningar. För det mesta skulle ett rapporterat kretskortsfel leda till att alla måste söka och eventuellt ha kostsamma sökuppgifter.
Tillverkningssteg i montering av kretskort för flyg- och rymdteknik
MmaterialvalMinimera stress från temperatursvängningar med substratet till komponentens CTE-matchning. Polyimid, som en kandidat för avancerade material med hög stabilitet
Inspektion av komponent: Sammansättning verifierad med hjälp av XRF. Kristallografisk struktur och renhet har stödts av XRD. Mätningar av ytgasning och SEL-känslighetstestning i komponenter. Lödbarheten är optimerad och korrosionen minskas med specialiserade blybehandlingar.
Sköljning med avjoniserat vatten (valfritt) — Resistivitet > 18 MOhm/cm för låg jonisk kontaminering. Den enda skillnaden är att det resulterar i ultrarent avjoniserat vatten efter filtrering. En flerstegs kvävgassköljning garanterar ett helt rent vakuum.
SchablonutskriftNoggranna laserskurna stencilöppningar på +-10 mikron för att placera pasta exakt. Tryckprofilering för optimerad kontakt mellan skiva och pasta och därmed jämn pastaöverföring. Utskriftsinställningar för lödpastas viskositet.
Pick-n-PlaceFinplacering av komponenter med noggrannhet på +/- 25 mikron med hjälp av högupplösta visionssystem. Bibehåller konstant temperatur/fuktighet vilket minskar placeringsförskjutningar.
Reflow-lödningEn atmosfär med mindre än 200 ppm syre i kväve kan bidra till att undvika lödoxidation. Kontrollerade ramphastigheter och tid i vätskan skapar fogarna som är idealiska för en exakt återsmältningsprofil.
Röntgeninspektion - Cone Beam-tekniken ger 2.5D-syntes för en drastiskt förbättrad visualisering av de faktiska lödfogarna i verkliga, fysiska utrymmen. Detektering av tomrum och otillräcklig täckning använder automatisering, såväl som identiska IMC-lagervariationer.
3D AOI: Komponenter och fogar inspekteras med hjälp av belysning från flera vinklar. Sofistikerade algoritmer detekterar dragna ledningar och minsta möjliga kortslutningsfel.
Standarder för design av kretskort för flyg- och rymdindustrin
Substrat: Högpresterande CTE-kontrollerad FR-4 Extrem temperatur ren polyimid eller metallkärna. Hög ström, kylfläns; större kopparspår.
Komponenter: Rymdmaterial för temperatur, strålningsvibrationer och stötar. Föredragen TH för extra hållfasthet, SMT är valfritt tillåtet.
Rigid-Flex och flerskiktsuppbyggnadAvancerad signalintegritetsanalys. Kontrollerade impedansspår, noggrann placering av effekt-/jordplan. Extra isoleringsnivåer (högre spänningar)
Layout: Placera komponenter strategiskt så att vägarna är korta; undvik bruskoppling. Vior används för signalintegritet och 4. Frikoppling av kapslar, avkapslar överallt
Detta inkluderar att köra automatiserade designregelkontroller (DRC) och elektriska regelkontroller (ERC) för att leta efter obehagliga tillverkningsfel eller elektriska problem. Validera att användarupplevelsen matchar fabrikens kapacitet och elektriska egenskaper.
Dokumentation: Tydligt ritade scheman, stycklistor och uppbyggnaden av varje lager. Konstruktionsdata länkade för perfekt specifikationsmatchning
Det finns inget utrymme för fel och misslyckanden i kretskortsmonteringar för flyg- och rymdindustrin. Det korta svaret är ja, men det långa svaret är. För att säkerställa högsta möjliga nivå av tillförlitlighet och säkerhet måste dessa monteringar uppfylla strikta kvalitetsregler.
Vilka standarder och certifieringar krävs för montering av kretskort för flyg- och rymdindustrin?
IPC-standarder:
IPC-A-610 Klass 3: Detta är en branschomfattande standard som accepteras som riktmärke för godkännandekrav för elektronikmontering. Klass 3: Detta är den högsta inspektionen. Dessutom kräver den minsta höga lödkriterier.
Andra IPC-standarder, såsom:
· IPC-6012 (Kvalifikations- och prestandakrav för styva tryckta kort)
· IPC-WHMA-A-620 (Krav för godkännande av elektroniska enheter)
Dessa standarder är bra för att kontrollera specifika områden inom kretskortstillverkning som är relevanta för montering.
Standarder för ett kvalitetsledningssystem
AS/EN 9100 (eller FAA AC-00-56): Denna standard är härledd från ISO 9001 och har utformats speciellt för flygindustrin. 1: Standarden predikar en kultur av kontinuerlig förbättring (kaizen), riskreducering och strikt processkontroll i varje tillverkningscykel.
Nadcap (National Aerospace and Defense Contractors Accreditation Program): Detta branschledda program erbjuder ackreditering till leverantörer som utför olika specifika processer, inklusive kretskortsmontering. Nadcap-revisionerna avgör om tillverkarna har den bredd av kunskap, specialutrustning och strikta kvalitetskontroller som de behöver för att möta de höga kraven från leverantörer inom flygindustrin.
Applikationer för flyg- och rymdkretskort
Flygkontroll: Kretskortskortet tolkar signaler från piloten, data från sensorer (accelerometrar och/eller gyron) och påverkar en stabil flygning genom att röra flygplanets kontroller (skevroder och klaffar (hastighet), roder (girstyrning)).
Navigering - Kretskort kan beräkna position och orientering tillräckligt exakt för att kunna färdas säkert, med hjälp av sensorer som GPS (Global Positioning System) eller tröghetssensorer.
Kommunikation: Så här bra fungerar datadelningen, uppdragskontrollen och den tydliga röstchatten mellan flygplan eller rymdfarkoster!
AvionicsHundratals kretskort för styrinstrument, motorkontroller och displayer i cockpiten ger piloter en omedelbar ögonblicksbild av flygdata.
Satelliter/rymdfarkosterKretskort hanterar kraftproduktion, distribution och styrning, kommunikation med markstationer/mellan rymdfarkoster i konstellation samt all diagnostik för feldetektering.
LanseringsfordonKretskort säkerställer tändning av de utrustade motorerna, korrekt användning av instrument och data för en säker lyftning.
PCBasic - Tillverkare av allt-i-ett-kretskortsmontering för flyg- och rymdindustrin
Behöver du montering av hög kvalitet? PCBasic erbjuder exceptionella tjänster inom tillverkning och montering av kretskort för flyg- och rymdindustrin. Vi fokuserar på kundspecifika behov och är unika i design, formfaktor och förpackning. Från komplexa elektromekaniska enheter till mycket robust systemintegration och komplett produktförpackning, använder vi den senaste tekniken.
Vi erbjuder följande kretskortstillverkning för montering i flyg- och rymdfart:
Ytmonterad kretskortsmontering (SMT)
Genomgående håls-kretskortsmontering
Flexibel kretskortsmontering
Slutsats
Således är kretskortsaggregat för flyg- och rymdteknik inte bara kretskort. Allt från val av råmaterial till tillverkning av slutprodukten och uppfyllandet av mycket höga kvalitetsstandarder går igenom dessa aggregat. Dessutom är de mycket tillförlitliga i den mycket tuffa miljön inom rymd och flyg. Deras tillämpningar täcker hela spektrumet av ett flygfarkosts uppdrag och arbetar tyst i bakgrunden för att tillhandahålla viktiga tjänster som navigering, kommunikation och styrning.
