مشخصات پردازش برای تولید PCB هوافضا

مشخصات فرآیند تولید PCB هوافضا: اطمینان از قابلیت اطمینان در محیط های شدید

صنعت هوافضا خواستار PCB (تابلوهای مدار چاپی) است که قادر به تحمل دمای شدید ، تابش ، لرزش و استرس مکانیکی در حالی که عملکرد بی عیب و نقص را در طی چند دهه خدمت حفظ می کند. بر خلاف الکترونیک تجاری ، PCB های هوافضا در سیستمهایی ادغام می شوند که در آن خرابی می تواند مأموریت ها یا زندگی انسان را به خطر بیندازد ، مانند ارتباطات ماهواره ای ، هوایی یا راه اندازی سیستم های کنترل وسیله نقلیه. برای برآورده کردن این چالش ها ، تولید کنندگان به مشخصات دقیق فرآیند که حاکی از انتخاب مواد ، شیوه های طراحی ، تکنیک های مونتاژ و کنترل کیفیت هستند ، پایبند هستند. این مقاله به بررسی مشخصات فرآیند بحرانی شکل دادن به تولید PCB هوافضا و نقش آنها در دستیابی به قابلیت اطمینان مأموریت مهم می پردازد.

انتخاب مواد برای دمای بالا و مقاومت در برابر تابش

PCB های هوافضا در محیط هایی با افراط دما از -55 درجه سانتیگراد در فضا تا بیش از 200 درجه سانتیگراد در نزدیکی موتورهای موشک کار می کنند. مواد استاندارد FR-4 ، که به طور گسترده در الکترونیک مصرفی مورد استفاده قرار می گیرند ، به دلیل ثبات حرارتی محدود آنها نامناسب هستند. در عوض ، تولید کنندگان به لمینت های با کارایی بالا مانند پلی آمید ، PTFE پر از سرامیک (Polytetrafluoroethylene) یا Thermoset Polyphenylene اتر (PPE) متکی هستند. این مواد دمای انتقال شیشه (TG) بیش از 250 درجه سانتیگراد را ارائه می دهند و از پایداری بعدی و عملکرد الکتریکی تحت استرس حرارتی طولانی مدت اطمینان می دهند.

مقاومت در برابر تابش یکی دیگر از نیازهای مهم برای PCB است که در ماهواره ها یا پروب های بین سیاره ای مورد استفاده قرار می گیرد. قرار گرفتن در معرض طولانی در پرتوهای کیهانی و شعله های خورشیدی می تواند مواد دی الکتریک را تخریب کند و منجر به تجزیه عایق یا رانش سیگنال شود. برای کاهش این امر ، تولید کنندگان لمینت های سخت تابش را با مواد افزودنی مانند پرکننده های معدنی یا پلیمرهای متقاطع که ذرات شارژ را جذب یا از بین می برند ، انتخاب می کنند. به عنوان مثال ، PCB ها در ماهواره های مدار کم زمین (LEO) ممکن است کامپوزیت های مبتنی بر تفلون با مقاومت پیشرفته در برابر اثرات دوز یونیزه کننده کل (TID) را در خود جای دهند.

جذب رطوبت نیز یک نگرانی است ، زیرا رطوبت می تواند باعث لایه لایه شدن یا نشت الکتریکی در PCB هایی شود که در هنگام پرتاب یا ورود مجدد در معرض تراکم قرار می گیرند. مواد درجه هوافضا به طور معمول میزان جذب رطوبت زیر 0.1 ٪ دارند ، در مقایسه با 0.2-0.3 ٪ برای FR-4 درجه تجاری. علاوه بر این ، تولید کنندگان پوشش های کنفورماسی یا لایه های پارلن را برای مهر و موم آثار و اجزای در معرض استفاده می کنند ، و بیشتر در برابر رطوبت و خوردگی محافظت می کنند.

شیوه های طراحی برای ثبات مکانیکی و یکپارچگی سیگنال

PCB های هوافضا تنش های مکانیکی شدید را تحمل می کنند ، از جمله لرزش از پرتاب موشک ، شوک صوتی در هنگام پرواز مافوق صوت و دوچرخه سواری حرارتی بین روز و شب در فضا. برای اطمینان از ثبات مکانیکی ، طراحان معماری PCB سفت و سخت را در اولویت قرار می دهند که لایه های سفت و سخت را برای نصب قطعات با بخش های انعطاف پذیر برای جذب ارتعاشات ترکیب می کنند. مدارهای انعطاف پذیر اغلب با پلی آمید یا سفت کننده های فولادی ضدزنگ تقویت می شوند تا از خم شدن خستگی در مناطق پر فشار جلوگیری کنند.

مسیریابی ردیابی و از طریق محل قرارگیری برای به حداقل رساندن میکرو خرد شدن ناشی از عدم تطابق انبساط حرارتی بین مواد بهینه شده است. به عنوان مثال ، طراحان از گوشه های تیز در آثار خودداری می کنند و از انتقال اشک بین پد و VIA برای توزیع استرس به طور مساوی استفاده می کنند. از VIA های انباشته شده در مناطق پر لرزه ای جلوگیری می شود ، زیرا نقاط غلظت استرس ایجاد می کنند که می تواند منجر به نارسایی زودرس شود. در عوض ، از طریق آرایه ها یا Vias کور برای تقویت قابلیت اطمینان استفاده می شود.

یکپارچگی سیگنال در PCB های هوافضا مهم است ، که داده های پر سرعت از سنسورها ، سیستم های تله متری یا آرایه های رادار را کنترل می کنند. طراحان برای حفظ امپدانس مشخصه ثابت (به طور معمول 10 ٪ تحمل) به دستورالعمل های امپدانس کنترل شده ، محاسبه عرض کمیاب ، فاصله و ضخامت دی الکتریک پایبند هستند. جفت های دیفرانسیل با تطبیق دقیق با طول دقیق مسیریابی می شوند تا در رابط های سریال با سرعت بالا مانند Spacewire یا MIL-STD-1553 جلوگیری شود. علاوه بر این ، PCB ها شامل لایه های محافظ یا VIA های بخیه برای جلوگیری از تداخل الکترومغناطیسی (EMI) از فرستنده های پردازنده یا منابع خارجی مانند شعله های خورشیدی هستند.

تکنیک های مونتاژ و لحیم کاری برای عملکرد دفاعی صفر

مونتاژ PCB هوافضا برای از بین بردن نقص هایی که می توانند قابلیت اطمینان را به خطر بیاندازند ، دقت می کند. تولید کنندگان از سیستم های بازرسی نوری (AOI) و اشعه ایکس برای تشخیص حفره های لحیم کاری ، پل ها یا مقبره ها در حین مونتاژ استفاده می کنند. برای اجزای با قابلیت اطمینان بالا مانند آرایه های شبکه توپ (BGAS) یا چهار سربرگ مسطح (QFN) ، پروفایل های لحیم کاری بازتاب برای جلوگیری از شوک حرارتی یا پیچ و تاب ، کاملاً کنترل می شوند. اجاق های بازتاب نیتروژن اغلب برای کاهش اکسیداسیون و بهبود مرطوب شدن استفاده می شوند و در نتیجه اتصالات لحیمر قوی تر به وجود می آیند.

فرآیندهای تمیز کردن به همان اندازه بسیار مهم هستند ، زیرا باقیمانده های شار می توانند رطوبت را به خود جلب کنند یا با گذشت زمان رشد دندریتیک را ایجاد کنند. PCB های هوافضا برای از بین بردن همه آلاینده ها ، تحت تمیز کردن مافوق صوت با آب دیونیزه شده یا الکل ایزوپروپیل قرار می گیرند و به دنبال آن پخت برای از بین بردن رطوبت باقیمانده است. برای کاربردهای مهم برای ماموریت ، تولید کنندگان ممکن است از فرمولاسیون شار بدون تمیز استفاده کنند که حداقل باقی مانده را ترک می کنند ، اما اینها هنوز هم تحت آزمایشات پیری شتاب برای اطمینان از ثبات طولانی مدت به اعتبار سنجی نیاز دارند.

انتخاب و کنترل مؤلفه برای جلوگیری از تخلیه الکترواستاتیک (ESD) یا آسیب مکانیکی ، از پروتکل های سخت پیروی کنید. اجزای درجه هوافضا با دامنه دمای طولانی (-55 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد یا بالاتر) و تحمل پرتوهای زیاد تهیه می شوند. در حین مونتاژ ، اجزای موجود در بسته بندی ESD-SAFE ذخیره می شوند و با تسمه های مچ دست یا تشک های زمینی استفاده می شوند. دستگاه های انتخابی و انتخابی خودکار با سیستم های بینایی ، قرار دادن دقیق را تضمین می کنند و خطر سوء استفاده یا استرس مشترک لحیم کاری را کاهش می دهند.

کنترل و آزمایش کیفیت طبق استانداردهای هوافضا

PCB های هوافضا تحت آزمایش های گسترده ای قرار می گیرند تا بتوانند عملکرد را در شرایط مأموریت شبیه سازی شده تأیید کنند. تست های دوچرخه سواری حرارتی PCB را به تغییرات سریع دمای بین 55 درجه سانتیگراد و +125 درجه سانتیگراد برای صدها چرخه برای ارزیابی خستگی مواد و یکپارچگی مفصل لحیم کاری. آزمایش لرزش مقاومت در برابر ارتعاشات تصادفی یا سینوسی ، تقلید از راه اندازی یا محیط پرواز را ارزیابی می کند. تست های شوک ، مانند تست های افت از ارتفاعات مشخص شده ، توانایی PCB را در مقاومت در برابر اثرات ناگهانی بدون آسیب ساختاری تأیید کنید.

آزمایش الکتریکی شامل بررسی های پیوستگی ، اندازه گیری مقاومت عایق و تست های شکست ولتاژ بالا برای اطمینان از وجود مدار کوتاه یا مسیرهای نشت وجود دارد. برای PCB های پر سرعت ، بازتاب سنجی دامنه زمان (TDR) یا آنالایزر شبکه بردار (VNA) برای تأیید کنترل امپدانس و یکپارچگی سیگنال استفاده می شود. آزمایش عملکردی تأیید می کند که PCB مطابق برنامه نهایی خود ، چه کنترل می کند ، کنترل نگرش یک ماهواره یا پردازش داده ها را از جعبه سیاه هواپیما انجام می دهد.

قابلیت ردیابی سنگ بنای مدیریت کیفیت هوافضا است. به هر PCB یک شماره سریال منحصر به فرد یا کد LOT اختصاص داده می شود و به تولید کنندگان این امکان را می دهد تا مواد اولیه ، دسته تولید و نتایج آزمایش را در طول چرخه عمر خود ردیابی کنند. این امر مطابق با استانداردهایی مانند MIL-PRF-31032 (مشخصات عملکرد برای تابلوهای سیم کشی چاپی) یا IPC-6012 (صلاحیت و مشخصات عملکرد برای تابلوهای چاپی سفت و سخت) را تضمین می کند ، که مستندات مفصلی را برای هر مرحله تولید صادر می کند.

از آنجا که مأموریت های هوافضا به سمت اکتشافات عمیق تر و مسافرتی به فضای عمیق تر سوق می یابد ، تولید کنندگان PCB با تقاضای مینیاتوری ، بهره وری انرژی و سخت شدن تابش روبرو می شوند. با رعایت این مشخصات فرآیند ، این صنعت می تواند PCB هایی را تولید کند که مطابق با استانداردهای غیر سازنده بخش هوافضا برای قابلیت اطمینان ، دوام و عملکرد باشد.