תעשיית החלל תלויה במבצע חסר פגמים של מערכות אלקטרוניות כדי להבטיח את הבטיחות, הניווט, התקשורת, והצלחה המשימה הכוללת של שני המטוסים והחללית.מערכות אלה חייבות לעמוד במערך מעניש של קיצוניות סביבתיים, עם רכיבה על אופניים טמפרטורה עומד כאחד ממחזורי הלחץ המתמשכים והמזיקים ביותר.בניגוד לחשיפה לטמפרטורה סטטית, שינויים חוזרים בין מדינות חמות וקורות מעוררות הידרדרות מכנית וחשמלית.

מה זה טמפרטורה Cycling בקונטקסטים חשמליים?

רכיבה על טמפרטורה מתייחסת למעבר החוזר של רכיבים אלקטרוניים ו Assemblies דרך מגוון מוגדר של טמפרטורות גבוהות ונמוכות.ביישומים אווירופייס, מחזורים אלה מונעים על ידי מספר גורמים תפעוליים: עלייה וירידה דרך שכבות אטומות, מעברים של לילה ארוך טווח, טמפרטורה חום המנוע ושלבי קירור, ואפילו שינויים פנימיים של כוח יכול לנוע בין -55 מעלות צלזיוס לקרינה עמוקה או לקרינה מהירה, כאשר הם חשופים לקרינת צללית או קווית עמוק.

קצב שינויי הטמפרטורה (ramp rate) וזמני מגורים בקיצוניות הם חשובים באותה מידה.שינויים מהירים גורמים לזעזוע תרמי, אשר יכול לגרום שברים פתאומיים בחומרים חמים. איטיים, מחזורי זמן ארוכים מאפשרים צמריף ורגיעה מתח להתרחש במפרקים מוכרים ועומס פולימרי פולימריאמרי לא יכול לגרום לאלקטרוניקה בשפע בחלל, מסלול אחד עשוי לייצר אלפי מחזורים על פני חיי לוויין של 15 שנים, בעוד מטוס זה עשוי לדחוף את החמצן לא פעם לא יכול לדחוף כמה דרכים מכניות.

מכניזם של נזק

Thermal Fatigue ו- Coefficient of thermal הרחבה Mismatch

המנגנון העיקרי המניע כשלון תחת רכיבה על טמפרטורה הוא עייפות תרמית הנובעת מ- coefficient of תרמי הרחבה (CTE) לא מתאים.כל חומר באסיפה אלקטרונית מתרחב וחוזים בקצב שונה: לוח מעגלים מודפס (PCB) מחוסנים, עקבות נחושת, משטחים תת-קרקעיים קרמיקה, סיליקון מת, ומוביל בסופו של דבר יש ערכי CTE נפרדים. כאשר ההרכבה מחומם, חומרים אלה נגד זה; במהלך מהירויות קירור, הם חוזרים על פני מחזורים שונים, כמו תאים, כמו תאים משותפים, כמו תאים, כמו תאים מת, כמו תאים משותפים, ולהוביל, כמו מוליכים מעגליים, כמו מחזורים, כמו דחוסים, כמו דחוסים, כמו טמפרטורות מתוחים, כמו דחוסים, כמו דחוסים, דחוסים, דחוסים, טמפרטורות מתוחכמות, טמפרטורות מת, דחוסים, דחוסים, דחוסים, טמפרטורות מת, דחוסים, , דחוסים, דחוסים, דחוסים, היא מחדש, טמפרטורות מת, דחוסים, דחוסים, ולהוביל כל אחד, דחוסים, ובסופו של מחזורים, טמפרטורות מת, היא מחזירים, טמפרטורות מת טמפרטורות מת דחוסים, ובסופו

לדוגמה, ל- PCB טיפוסי יש CTE של 14-17 ppm/ ° C במטוס, בעוד נושאת שבבים ללא קרמיקה (חבילה ceramic) עשויה להיות CTE של 6–8 ppm/ ° C. השגיאה של כמעט 10 ppm/ ° C על פני רכיב 10 מ"מ יכול לייצר מתחים מעל 20 MPa ל- 100 מעלות צלזיוס.

נמכר במשותף Creep ו Recrystallization

⁇ Solder (באופן מסורתי tin-lead, עכשיו ללא עופרת SAC305) הם חומרים מולטיסטיק.תחת ההשפעה המשולבת של טמפרטורה ולחץ, הם עוברים עיוות מצמרר.בטמפרטורה גבוהה שוכנות להאיץ את המצטיף, בעוד שוכנים בטמפרטורה נמוכה יכולים לגרום למתח נזק מיקרו-מבנה לאחר מכן.

Delamination ו- Microcracking in Printed Circuit Boards

חללי Aerospaces מודרניים משתמשים לעתים קרובות בטמפרטורה גבוהה (טמפרטורת מעבר משקפיים) מרבים כמו פולימידיד או cyanate אסטר לעמוד במגוון טמפרטורה מורחב.אפילו חומרים מתקדמים אלה רגישים לדיכאון - הפרדה בין סכיני נחושת לבין שכבות רזסין - כאשר רכיבה מתמדת בין תקלות קיצוניות. Moisture נספג במהלך פעולות קרקע יכול להתחסן במהירות, גורם ללחץ פנימי כי הם פשרות מיקרו-אפילציה סביב דלקתיות (כמו גם כן).

Wire Bond ו- Interconnect Fatigue

זהב, אלומיניום, ואג"ח חוט נחושת המחברים את סיליקון למות החבילה מוביל ניסיון חוזר על הגמישות במהלך רכיבה על טמפרטורה.האג"ל ואת ממשק האג"ח הכדור הם נקודות ריכוז הלחץ.על פני החיים, micro-cracks מופיעים במקומות אלה, המוביל לנגיף או הפסקות חוט.זה קריטי במיוחד במוליכים למחצה כוח ומיקרו-reliability היברידית בשימוש במערכות קריטיות, כמו גם מתחמי לחץ דם גבוה יותר מאשר רכיבים פחמן-מסוגמיים בלחץ גבוה יותר (הוא ממכר) תחת לחץ דם גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיצילומי לחץ דם גבוה יותר מאשר מתחמיצילמיציפליביים בלחץ גבוה יותר מאשר לעתים קרובות יותר מאשר מתחמיים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיציפליביים בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיציבית גבוהה יותר גבוה יותר מאשר לעתים קרובות יותר מאשר מתחמיציפליבי חשמל גבוה יותר מאשר מתחמיציבית גבוהה יותר מאשר מתחמי חמצן בלחץ גבוה יותר מאשר מתחמיציל גבוה יותר

מערכות חלל ספציפיות בסיכון

מטוסים חשמליים ומטוסי בקרת טיסה

מטוסים מסחריים וצבאיים שוכנו במפרץים שאינם תמיד מותנים באופן פעיל.במהלך idle קרקעי באקלים המדבר, טמפרטורות מתחרות יכולות לעלות על +50 מעלות צלזיוס, בעוד בגובה של 40,000 רגל, המפרץ הבלתי מדכא עלול לרדת מתחת ל-40 מעלות צלזיוס, מחזורי הבקרה התרמית החוזרים על עצמם כל מטוס על יחידות בעלות קו-מיקום (LRUs מודרניים) ומערכות טיסות-אוויריות חלשות במיוחד, כלומר, כלי רכב-אוויר (Ricericericericlys) ו-Ap-Ric Remixing) ו-APT) מתואמים, או סוללות (Ricrepicrelimates) מקבצי ARM-Auto-Auto-Autos) מקבציים (Ricrelimates) מקבציים, או סוללות קבועות (Ric Repic Rep-R.MA) מקבציים, כלי רכב גמישים, כלי רכב גמישים, כלי רכב גמישים, או סוללות קבועות (R.MA) מקבצי בקרה גמישים, או סוללות קבועות (R.

אלקטרוניקה ואלקטרוניקה

בחלל, רכיבה על טמפרטורה היא ללא רחמים. לוויין במסלול כדור הארץ נמוך (LEO) עובר מאור השמש הישיר (+125 מעלות צלזיוס על מערך השמש) אל צל כדור הארץ (-120 מעלות צלזיוס) כל 90 דקות. המעברים התרמיים הקיצוניים הללו, בשילוב עם ואקום החלל המונע קירור קונפירי, יצירת ⁇ מסיבים תרמיים חמורים מעבר ללוחי חלל.

יחידות בקרת מנוע ומכשירים אלקטרוניקה

אלקטרוניקה מבוססת מנוע, כגון בקרת מנוע דיגיטלי מלא (FADEC) יחידות, הפנים את הסביבה התרמית האגרסיבית ביותר.הם מחוברים ישירות ל- המנוע, חווים חימום מהיר במהלך המנוע החל תנאים קרים כל כך, ובאופן דומה קירור מהיר באותה מידה במהלך הסגירה בטמפרטורות גבוהות יותר מ 30 מעלות צלזיוס לדקה, עם עלייה של מעל +150 מעלות צלזיוס בתנאים אלה, עייפות תרמית במודולים חיוניים וקיבולת גבוהה היא יעילה מאוד.

בדיקות תקנים ושיטות

כדי לאמת כי מערכות אלקטרוניות אווירופייס יכולות לעמוד בשקיקה של רכיבה על טמפרטורה, מהנדסים כפופים לאבטיפוס כדי להאיץ את בדיקות החיים.הסטנדרטים הרלוונטיים הם קפדניים ומפורטים:

  • (FLT:0)MIL-STD-810H, Method 503.406:FLT:1 מפרט הליכים עבור זעזוע טמפרטורה ורכיבה, עם קיצוניות גבוהה ונמוכות בדרך כלל החל מ -51 מעלות צלזיוס ל +71 מעלות צלזיוס עבור ציוד קרקע ו -55 מעלות צלזיוס ל +125 מעלות צלזיוס עבור ציוד אוויר / לידה.
  • (FLT:0)RTCA DO-160, סעיף 4:FearLT:1 סטנדרט עבור ניסויים סביבתיים של מטוסים מסחריים avionics.It מגדיר קטגוריות רכיבה על אופניים טמפרטורה על בסיס מיקום מטוסים וגובה. Category B2 (סביבה מבוקרת) משתמש -55 מעלות C ל +85 מעלות C, בעוד D2 (אזורים לא מדכאים) משתרע על +125 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0)JEDEC JESD22-A104:03:03:03:03:1) משמש לעתים קרובות עבור הסמכה ברמת הרכיב, המציין טווח טמפרטורה, מספר מחזורים (עד 2000 בדרך כלל), ו-Subty תוכניות אוויריות בדרך כלל להשתמש בתנאי G (-40 מעלות C ל +125 מעלות צלזיוס) או מצב H (55 מעלות C ל +150 מעלות צלזיוס) עם ספירות מותאמות לאמינות (למשל, עבור 5.

בדיקות אלה אינן סטטיות; הן מבוצעות עם ניטור חשמל פעיל כדי ללכוד את נפתח לסירוגין (ANST - רעש פעיל ובדיקה קצרה) וסחף התנגדות ההתנגדות אופיינית היא כי שום התנגדות משותפת מכרה יחיד יכול לעלות על דלה של 20% מהערך הראשוני שלה על פני כל הבדיקה.בנוסף, כלי רכב הבדיקה כוללים רכיבים ממונעים מקובעים כדי למקסם את הלחץ ולפשט את זיהוי החלל האמיתי, הם לעתים קרובות תחת תנאי ריקווה המדויקת או ליתר דיוק.

אסטרטגיות ליעילות לטווח ארוך

בחירה מתקדמת

מיטיגה של CTE לא מתאימה מתחילה ברמת החומר.בחירת מברשות PCB עם CTE תואם הדוק כי של חבילות הגדולות והנוקשות ביותר להפחית את הלחץ המחזורי.לדוגמה, מקרפלקסים PTFE מלאים קרמיקה או מספר רב שכבת נחושת-מוליד-קופר (CMC) ליבות יכולות להביא B-plane מתחת 10m / Conent Component הם עם קיבולת סגורה (ג's) קומפקטית שטחית נמוכה (C) כיסוי עמודהתוספת גבוהה) קרמיקה) מעדיפיםה-Cp-C-Cp-Cp-C-C) דחוסהתוספתן (Cp) דחוסהתוספת עמודהתוספתן (Cp-C) קרמיקה) קרמיקה) דחוסהתוספת עמודהתוספתן) קרמיקה) דחוסהתוספתן (Cp-C-C-C-C-C-C-Cp-C-C-C-C-C-C-C-Cpide יכול להביא סוללות (מסוגודהפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפסידפס

עיצוב: Thermal Strain הקלה

עיצוב מכני ו-Liout יכול להפחית באופן דרמטי את שיעורי הכשל.

  • (FLT:0) סטרס-רמיין באמצעות: גרף 1:(PlaveF:1) , תוך מינוף של דרכים לא מתפקדות סביב כפרים גדולים כדי לאפשר הרחבה של PCB מבלי להעביר מתח מלא כדי למכור כריות.
  • (FLT:0) מוביל: 1FLT 1 באמצעות גור-wing (חבילת נפיחות) מוביל במקום J-leads או BGA ערכות במידת האפשר, ככל שניתן, כפי שניתן לכופף את הצורה המובילה ולספוג את הזן.
  • (FLT:0) אופטימיזציה בגודל של גודל פאד: 1FLT:1 כריות גדולות יותר ליצור כרכים גדולים יותר של מכר שלוקחים יותר מחזורים כדי לפצח, אבל גם להגדיל את הלחץ של מינוף - צורך באיזון זהיר.
  • (FLT:0)Boardנוקשותenereners andמסגרות:03FLT:1 , Aluminium או invar נוקשותenereners הוסיפו ל- PCB תחת הפחתת הגמישות הכוללת במהלך נדנדה תרמי.

טכניקות ניהול נמרץ

הפחתת גודל תנודות הטמפרטורה ישירות מורידה את הנזק העייפות המצטבר.צנרת חום משובצת בהצלחות קרות להעברה חום ממרכיבים חמים לרדינים מרוחקים, מצמצם את ספיגות הטמפרטורה המקומיות (PCMs) כגון תרכובות המבוססות על פרפין סופגות חום במהלך עומסים גבוהים ושחרר אותו במהלך שלבים קרים, למעשה להחליק החוצה טראנסים תרמיים.עבורת, שליטה פסיבית באמצעות ציפויים גבוהים (Ric) או אלקטרוניקה) המכילהחומרים קריטיים (מדומים) או אלקטרוניקה (RicOS) אלקטרוניקה (מדומים) נחשבוחזקים קריטיים) אלקטרוניקה (מדומים (מדומים) אלקטרוניקה) אלקטרוניקה (מדומים (מדומים) אלקטרוניקה) אלקטרוניקה (מדומים) אלקטרוניקה (RicOS) מקיפים מקיפים את העלולים להיות אלקטרוניקה (מתאים מגנטיים) אבל אלקטרוניקה קריטיים) אלקטרוניקה (מדומים (מתאים גמישים) אבל אלקטרוניקה קריטיים) אבל אלקטרוניקה קריטיים) אלקטרוניקה קריטיים) אלקטרוניקה (מדומים (מתאים מגנטיים) אבל אלקטרוניקה (מתאים מגנטיים) אלקטרוניקה) אלקטרוניקה גמישים) אלקטרוניקה קריטיים) אלקטרוניקה (מתאים מגנטיים)

קידוד, סליחות והגנה על רפורמות

ציפויים קונפוראליים (למשל, אקריליות, parylene,סיליקון) להגן מפני לחות באגרסיביות ופריטת כלורה, אבל הם גם מספקים כמה נוקשות מכנית.עם זאת, ציפויים חייבים להיבחר בזהירות - ציפוי נוקשה יכול להעביר מתח נוסף כדי להוביל במהלך רכיבה על אופניים. parylene C הוא לעתים קרובות מעדיף בחלל בגלל המודולים הנמוכים שלה ולחות מצוינות עבור המהימנות הגבוהה ביותר, ייתכן למנוע עומסים גמישים בין רכיבי מכניים.

חיזוי אמינות ודרישה

מהנדסים משתמשים במודלים של פיסיקה-of-failure כגון מערכת היחסים של Coffin-Manson כדי לחזות מחזורים ממוצעים לכשל על בסיס גודל תנודות טמפרטורה קבועות חומרים.המשוואה:0Nf= A) ( ⁇ T)(b)(FLT) גם על בסיס גודל תנודות טמפרטורה 1 (כאשר A ו- B הם קבועים אמפיריים) מסייע להגדיר גורמים בטוחים.

כיוונים עתידיים ואתגרים מתעוררים

דחיפה למטוסים חשמליים יותר (MEA) וכל ארכיטקטורות חלל חשמליות מציבות דרישות גוברות על אלקטרוניקה כוח.רחב להקות למחצה (carbide ו-Gearium nitride) לפעול בטמפרטורות צומת גבוהות יותר (עד +200 מעלות צלזיוס) ומותגות מהר יותר, אבל האריזה שלהם - לעתים קרובות מחוסמת כסף מחוספסת ומכות ישירות של נחושת - אספקת CTE לרכיבי אופניים מסורתיים, כמו גם כן, כמו גם תכונות מכניות).

מסקנה

רכיבה על טמפרטורה נותרה אחד האיומים החזקים ביותר וסובסידיים לאמינות של מערכות אלקטרוניות אווירופייס.ממפצק המיקרוסקופי של המפרקים הנמכרים ביותר לצמצום השכבות PCB שלמות, הנזק המצטבר מטיולים תרמיים חוזרים יכול להפוך עיצוב פונקציונלי ללא ספק לתוך משימה כושלת. מהנדסים להילחם באיום זה באמצעות שילוב של בחירה חומרית זהירה - שילוב של CTEs, תוך שימוש בעקביות תחת לחץ דם תרמי, ובחירת סטנדרטים מכניים הדורשים.