הבנת הסביבה החללית והתעופפת

לוחות מעגלים מודפסים המיועדים לפלטפורמות לוויין ואווירה חייבים לפעול בתנאים שישמידו באופן מיידי אלקטרוניקה מסחרית סטנדרטית.הסביבה מעבר לאטמוספירה של כדור הארץ, ואפילו במשטרי טיסה בעלי יכולת גבוהה, יש שילוב של מתחים שנקלעו לעתים נדירות ביישומים ארציים.

במסלול כדור הארץ נמוך (LEO), לווינים חווים כ-16 זריחות ושקיעות ביום, רכיבה על אופניים בין חשיפה סולארית ישירה לבין הצל הקר של כדור הארץ.טמפרטורות פני השטח יכולות להתנדנדנד מ +125 מעלות צלזיוס ל-140 מעלות צלזיוס תוך דקות.ללוויינים גיאוסטריים מול חגורת קרינה מתמשכת, בעוד שבדיקות עמוקות של חלל נתקלות קוסמיות שיכולות לנפץ צומת חללים או לפלטפורמות חלליות מהירות כמו רחפנים מהירים ומכוניות מהירות, מעל פני שטחיות מתקדמות, מעל פני שטח, 000, לחץ אוויריות, לחץ אוויריות, וטמפרטורות מהירות, ממהירות, מעל פני שטח, מקרינה מתקדמת, מעל פני טמפרטורות מהירות גבוהה יותר, מעל פני טמפרטורות מהירות גבוהה יותר, מעל פני שטחית, מקרינה מתקדמת, 000, 000, לחץ אוויריות, 000, לחץ אוויריות, לחץ אוויריות, מקרינה מתקדמת, לחץ אוויריות, גבוה יותר, מקרינה מתקדמת, מקרינה מתקדמת, גבוה יותר, מעל פני שטח עמוק, מעל פני טמפרטורות מהירות גבוהה יותר, מקרינה קוסמית, ממהירות גבוהה יותר, מעל פני טמפרטורות מהירות גבוהה יותר, מעל פני טמפרטורות מהירות גבוהה יותר, מעל פני טמפרטורות מהירות גבוהה יותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000

אתגרים מרכזיים בעיצוב אווירי ולוויינים

השפעות קרינה ומוטיבציה

קרינה איתנה בחלל מגיעה ממקורות מרובים: חלקיקים לכודים ואלקטרונים בחגורת ואן אלן, חלקיק השמש אירועים, וקרני קוסמים גלקטיים.חלקיקים אלה גורמים גם נזק מצטבר (מינוי יון או TID) והפרעות מיידיות (אפקטים של Single-event) או SEEs) משמרות מאוס מתחים טרנזיסטוריסט, סטיות בהתנגדות, וגורמים ל-St יחיד (אפילו כישלונות) יכולים בסופו של זיכרון פונקציונליות חד-אפילו (אפילו לאטום-פעמי) או SET-אפילו פגום).

מהנדסים נלחמים באפקטים אלה באמצעות מספר גישות.קרינת-הרד (רד-הרד) מרכיבים מיוצרים על תהליכים מיוחדים כגון סיליקון-on-inulator (SOI) או סיליקון-גרמיום (SiGe) BCMOS אשר מתנגדים באופן טבעי ל-TID.עבור שיטות מגע מסחריות מחוץ ל-Hacks-shelf (COTS) כולל הגנה עם טנטלום או אלומיניום יכול להפחית את שיעור המינון, אם כי מגבלות המוניות זו הן מגבילות וזיהוי קודים (D) ו-Creditectate (DIRCT (D) כולל , ו-Creditectate) ו-Creditrate (DIRST (DIRST (DIRST) כולל , כולל , כולל , SD (DIRST) , , , , , , , , , , , , , , כולל למערכות אבטחה חלקית (DIRST (DIRST (DPS) קיבולת זיכרון, קיבולת חלקית (REECDC) ו-CDC, כולל קיבולת חלקית (DPS) ו-Creditectate) קיבולת חלקית, כולל קיבולת

ניהול קיצוני

ניהול תרמי בחלל שונה ביסודו מקירור יבשתי.ללא הדבקה או התנהגות באמצעות האוויר, חום חייב להיות הוסר לחלוטין על ידי התנהגות באמצעות ה- PCB substrate ורכיבים לתוך מבנה החללית, ולאחר מכן קורנ לחלל.התנודות הטמפרטורה הרחבה יוצרות מתחים הרחבה וההתכווצויות בכל מפרק נמכר, באמצעות ממשק חומרי.

אסטרטגיות תרמיות יעילות כוללות שימוש ב- PCB מתכת-core עם אלומיניום או נחושת למודולים בעלי עוצמה גבוהה, הטמעת מטוסים נחושת עבה (2 oz עד 6 oz או יותר) בערימה, והפעלה תרמית באמצעות מערךים תחת רכיבים חמים.חומרי ממשק תרמי (TIM) חייבים להיות נבחרים עבור גזים נמוכים ויציבות בטווח הטמפרטורות.

רובוסטנטיות מכנית תחת שיגור ומבצע

שלב ההשקה של PCB נושאים לתנוחה קיצונית, רעש אקוסטי והאוצה גבוהה - לעתים קרובות מעל 20 גרם RMS. Pyrotechnic הלם משלב הפרדה ו- Jettison הופך דחפים קידוד גבוה שיכול לפצח קרמיקה או מפרקי שבר מוכרים.פעם על מסלול, מנגנונים כגון פריסת מערך השמש וירי דחף לייצר זעזועים נוספים.

תכנון עבור חזקות מכנית דורש תת-סטריט עבה יותר (2.0 מ"מ ל 3.2 מ"מ או יותר) וסמלי ערימה מבוקרת למנוע עמוד מלחמה. ציפוי קונפורטיבי עם חומרים כגון paryleneleneleneen או סיליקון מספק הגנה סביבתית ולחקות מכנית. Sking adhesivesivesives מאובטח רכיבים כבדים כמו ממתנים ו-FEA מזהה תדרים גדולים, כמו מתמריצים.

Vacuum ו-Outgassing

הריק של החלל יוצר מצבי כשלון ייחודיים. Outgassing - שחרור של תנודתיות לכודות מחומרים - יכול להפקיד contaminants על משטחים אופטיים, לוחות סולאריים, ורדיוורים תרמיים, ביצועים משפילים. חומרים פולימרים חייבים לעמוד בדרישות גזיות קפדניות נאס"א (אובדן מסהטי < 1.0% ואסף חומרים דחוסים ונופחים 0.1%) יכול גם להחמיר את הפערים נמוכים כמו מתחים נמוך כמו גם במתחים נמוך.

בחירה חומרית עבור תאימות ואקום משתרעת מעבר ללומנים לכלול מסיכות מכר, דבקים, תרכובות צנרת, ו insulation כבל. עיצובים נמרצים מאפשרים גזים לכודים כדי לברוח מאשר blister או להרוס את הלוח. Creepage ומרחקי ניקוי חייבים להיות מוגברת לסטנדרטים כגון IPC-2221 או MIL-D-275 כדי למנוע מעקב חלקי.

זמינות ו Obsolescence

תוכניות לוויין יכולות להימשך 10 עד 20 שנים מעיצוב באמצעות סיום המשימה, הרבה מעבר למעגל החיים של מוליכים למחצה מסחריים. obsolescence Component הוא אתגר מתמשך, במיוחד עבור rad-hard או QML (רשימת יצרנים מיומנים) חלקים עם ריצות ייצור מוגבלות. צוותי עיצוב חייבים לתכנן עבור רכישות בזמן האחרון, לשמור על נתונים, ולעתים קרובות זכאים מקורות חלופיים.

בחירה מעשית לגמישות קיצונית

חומרים מורכבים

תקן FR-4 אינו מתאים לרוב החלל והלוויינים בשל המקדם הגבוה של התרחבות תרמית (CTE), טמפרטורת מעבר זכוכית מוגבלת (Tg -130 ° C), ורגישויות להתפשטות Z-Axis ו CAF (שפישת אנדיקים) צמיחה.

  • (ב) ⁇ (בדוגמא: PI, Kapton): אנדרט 1 גבוה Tg (260 מעלות צלזיוס+), יציבות תרמית מעולה, גזי גז נמוך והתנגדות קרינה טובה.
  • (FLT:0Cyanate ester (CE): ההרחבה 1 (נמוכה) גורם דיאלקטרי נמוך וניתוק בתדרים גבוהים, גבוה Tg (220-250 מעלות צלזיוס), ספיגה לחות נמוכה ויציבות ממדית מעולה.
  • (FLT:0) PTFE מורכב PTFE מלא (למשל, רוג'רס RO4000 סדרה): veFLT:1 אובדן נמוך מאוד עבור תדרי גל מילימטר, התאם CTE לנחושה, קבוע דיאלקטרי יציב על פני הטמפרטורה.
  • (FLT:0Ceramic substrates (alumina, אלומיניום nitride): 1FreaLT עבור מוליכות תרמית קיצונית ויישומים בעלי עוצמה גבוהה, כגון מגברי חשמל ונהגי לייזר.בדרך כלל דורשים סמיבים-סרט או טכניקות ייצור היברידיות פיל דק.

Copper Foils ו-Plating

רולד ארענד (RA) נחושת הוא המועדף על סיכל אלקטרודישוי (ED) עבור מעגלים גמישים ויישומים הדורשים דיקטיביות גבוהה לשרוד אופניים תרמיים חוזרים על עצמם, RA נחושת יש משטח חלק יותר והמשך גבוה יותר, צמצום עייפות סדקים. עבור לוחות קשיחים, כבד (2 oz /ft2 ומעל) נושאת זרמים גבוהים והתנהגויות חום, אבל דורש הדמיה מיוחדת ומיקרומטרה (p2) בדרך כלל, 000 מינימלית, בדרך כלל, 000 מינימלית, 000) עם דרישות מינימלית מינימלית מינימלית (מינימום של 20.00) עם מינימום של 2x2 מיקרומטר) עם מינימום, 000) עם מינימום, 000 מינימלית (מינימום של 2x2 מיקרומטר) עם 2x2 מיקרומטר) עם עובי לפחות, 000) עם 2x2 עובי לפחות, 000) עם עובי 2x2 עובי 2x2, 000) עם 2x2, בדרך כלל, 000 לפחות, בדרך כלל, 000 מינימלית (מינימום, 000) עם עובי לפחות, 000) עם עובי לפחות, 000 מינימלית (מינימום, 000) עם עובי לפחות, 000) עם עובי לפחות, 000) עם עובי לפחות, 000) עם עובי לפחות, 000 1x2, 000 1x /

מסכה וקונפורמנטלית

מסכות סטנדרטיות של נמכרות נוזליות לעתים קרובות החוצה גז באופן מוגזם וסדקים תחת לחץ תרמי. מערכות אמינות גבוהה להשתמש במסכות הנמכרות על ידי פולימד או להסתמך על ציפוי תואם להגנה סביבתית.

  • (FLT:0)Parylene C ו- Parylene HT:FLT ( 1 Vapor-deposited, pinhole-free, dielectric Properties, נמוך מאוד מגז, ויציבות טמפרטורה גבוהה (Parylene HT ל-350 מעלות צלזיוס).
  • (ב) ⁇ :0 (RTV): ⁇ 1) יכולות עתיריות גבוהות, גמישות טובה וקלות של עבודה מחדש, דורשות זהירות מההסמכה.
  • (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אסטרטגיות עיצוב מתקדמות למשימות-Critical Reliability

אדריכלות: Redundancy and Fault Tolerance

כשלים חד-פעמיים אינם מקובלים במערכות לוויין.מעצבים ליישם את הצפה ברמות מרובות: אוטובוסים של כוח מרוקנים, ממשקי תקשורת כפולים-מקודדים (למשל, MIL-STD-1553 או SpaceWire עם ערוצים מחוסנים), ו-3-מודולים אדומים (TMR) לפונקציות לוגיות קריטיות.

טכניקת לייל

מעבר למבחר רכיב, הפריסה משפיעה מאוד על סובלנות לקרינה.

  • (ב) טבעות ומוטות: 1FLT:1) המקיף מעגלים אנלוגיים רגישים או קו-חתים מעורבים עם טבעות שמירה מעומקות לאסוף photocurrents מ ionizing חלקיקים ולמנוע הדבקה.
  • (FLT:0) קידוד בכל פיה:FreaLT:1 ,מספרים של capacitors עבור פיית כוח - לעתים קרובות שילוב של טנטלום גדול, קרמיקה, קטן ערך גבוה ⁇ - ממוקם קרוב ככל האפשר כדי להתקן pins. Capacitors צריך להיות derated לפחות 50% של מתח מדורג.
  • (FLT:0) , נימוקים אנלוגיים ודיגיטליים: ההרחבה 1 (Star-point) או מפצחת מטוסים קרקעיים עם מסנן אינדוקטור/capacitor כדי למנוע החלפת רעשים דיגיטליים מהפיכה למעגלים אנלוגיים רגישים.
  • (ב) ,0) , מדרשים: "ה'" (ב)"ב[[1924]]]], "[[1924]]]]]]" ([[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]

יישום ניהולי

עיצוב תרמי יעיל משלב טכניקות מרובות. Embedded נחושת טכנולוגיה מציבה נחושת מוצקה מכניסה ישירות תחת מרכיבים בעלי עוצמה גבוהה להפיץ חום ביעילות דרך עובי הלוח.thermal באמצעות מערךים עם באמצעות פנקס (VIP) ודרך Plugging להפחית צומת אל הסיפון התנגדות תרמית. עבור מקרים קיצוניים, צינורות חום מוטבעים ב- PCB או המצורפים לחום תת-מוח מתכת ייעודי לרדיורדמתים, כולל זיהומים חמים של תאים חמים, כולל דלקתיים חמים של דלקתיים חמים, כולל זיהומים חמים של דלקתיים חמים, כולל זיהומים חמים של דלקתיים חמים, כולל דלקתיים חמים, כולל דלקתיים חמים.

עיצוב עבור אחריות גבוהה

סוללות סוללות אין מקום לייצור פגמים.עיצובים חייב להתאים את בקרת תהליכים הדוקים יותר: טבעות אנריות רחבות יותר (מינימום 0.05 מ"מ עבור שכבות פנימיות, 0.13 מ"מ עבור חיצוני), רוחבי מינימום גדולים יותר וספאקים (0.2 מ"מ אופייניים ל- IPC Class 3), וקצבות מבוקרות של ±10% או צמודות יותר.

ייצור ואסיפה למען הסביבה הקיצונית

IPC Class 3 דרישות

כל חלל ולוויינים PCB מיוצרים לתקני IPC Class 3 (גבוהים).זה מטיל קריטריונים קפדניים לכל היבט של ייצור: סובלנות לרישום שכבה פנימית של ±0.05 מ"מ, שליטה דיאלקטרית בתוך ±10%, אין רִיק בפסה דרך חורות, ורמות ניקוי מוחלטות (לא ניתן לראות שאריות לאחר ניקוי).

בקרת הפצה וזיהום

שאריות No-clean flux עלול לגרום זרמי דליפות וקורוזיון תחת ואקום ותנאים לחות גבוהים. וכתוצאה מכך, כל האסמפרסיות עוברות ניקוי קפדני באמצעות תהליכים אקסקליים או חצי-אקזויים עם מים מחוסנים ו- saponifiers, ואחריו בדיקות זיהום ionic עבור IPC-650 (get 1.56 μg Na המקבילה לכיכר נמכרה) סגסוגת מוגבלת ל-ipreprepreligicine.

הערכה ואיכות

בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) בכל שכבה במהלך ייצור תופס רישום ובעיות פגם מוקדם. X-ray בדיקת סימולציות מוסתרות של מפרקים מכרים ב BGAs ו QFN. Cross-סעיף של קופונים בדיקה מכל פאנל ייצור מאשר עובי, יושרה דיאלקטרית, ומוכר איכות משותפת.Serialization ועקביות נשמרים באמצעות סימן לייזר עם קודים, קישור להיסטוריית הבדיקה והד שלה.

פרוטוקולי בדיקה ואימות

Cycling ו Vacuum Testing

PCB עבור החלל חייב לשרוד מאות עד אלפי מחזורים תרמיים בטווח התפעולי שלהם.פרופילי מבחן טיפוסי מ -55 מעלות C ל +125 מעלות צלזיוס בשיעור של 10-15 מעלות צלזיוס לדקה, עם תקופות מגורים מספיקות כדי להשיג ייצוב תרמי (לעתים קרובות 10-15 דקות בכל אחד קיצוני) ואקום הקר (TVAC) משלבת טמפרטורה עם רמות ריק מתחת 10 -5 Torr, סימולטור הסביבה בפועל שטח מתגלה רק בעיות דלקתיות.

בדיקות וזעזוע

בדיקות רטט אקראיות משכפלות את סביבת ההשקה בטווח תדר של 20-2000 הרץ עם תצפיות ספקטרליות כוח עד 0.2 g2 /Hz, למשך 3 דקות ציר (בדרך כלל 3 צירים) בדיקות סינטוטריות סון מזהה תדרים חוזרים לפני ואחרי החשיפה למדידת זעזועים מכניים משתמשת pushockators (לוחות פלדה או חומר נפץ) לייצר עד 0.22 בדיקות מיד לאחר החשיפה.

בדיקות קרינה

סך המינון (TID) בדיקות משתמש מקורות gamma cobalt-60 או מקורות רנטגן לחשוף PCB ורכיבים למינונים מצטברים המקבילים למשימות חיים (בדרך כלל 10-100 krad for LEO, 100-1000 krad for Geostationary או interplanetary) בדיקות חד-אפילוט (SEE) משתמשות ב-acels או Proams כדי להיות מוקרן בתנאים הגרועים ביותר, ו-perty-perty-perty-pertary).

Burn-In and Accelerated Life Testing

בטמפרטורה גבוהה (בדרך כלל 125 מעלות צלזיוס ל- 168 שעות עם כוח החל תחת הטיה) מאיצה את התמותה של תינוקות. בדיקות חיים מואצות מאוד (HALT) משלבות אופניים טמפרטורה, מעברים תרמיים מהירים, ורטטים רב-אקסי לדחוף עיצובים מעבר לגבולותיהם וזיהוי נקודות חלשות מ HALT חזרה לתוך עיצובים כדי להשיג מוצרי טיסה בוגרים, חזקים לפני ייצור הטיסה.

תקני תעשייה והסמכת

(העיצוב, ההמצאה והבדיקות החוזיות חייבות לעמוד במערך מקיף של סטנדרטים:0IPCIPCIPCS ComplementFLT:1 כולל IPC-6012 (הכשרת לוח חומרים קשיחים), IPC-6013 (מצטבר ו-A-60010) דרישות בחירה אופציונליות של דירקטוריון ותכניות ניהול כלי רכב (F2D) מגדירות דרישות הסמכה של MIL-F2D2D2D) ו-R (R)

מסקנה

תכנון PCB עבור יישומים לווייניים ואווירה דורש גישה מקיפה המשלבת מדע חומרי, הנדסה תרמית, ניתוח מכני, פיזיקה קרינה ומערכות איכות קפדניות.כל החלטה - החל מבחירה תת-סטריט ומשקל נחושת לרכיב כיסוי בדיקות - משפר את ההסתברות להצלחה המשימה.הספקים בקושי יכולים להיות גבוהים יותר: כשל אחד במסלול יכול להשבית תקשורת ביקורתית, ניווט מדעי או כלי תקשורת, פוטנציאל לסיים משימה לפני ייעוד המתוכנן שלה.

העיצובים המצליחים ביותר מגיעים מנקודת מבט ברמת מערכות שבה מהנדסי PCB עובדים לצד מהנדסי מערכות, אנליסטים תרמיים, מהנדסים מבניים ומומחים לאמינות בשלבים המוקדמים ביותר של המושגים.על ידי הבנת הספקטרום המלא של מתח סביבתיים, החל אסטרטגיות עיצוב מוכחות, בחירת חומרים ורכיבים שהוכשרו לטיסה בחלל, ואימות כל אבטיפוס באמצעות בדיקות מישות, צוותי הנדסה יכולים לספק כי לענות על המהימנות המחמירה ביותר של קבוצות לוויינים, כמו גם על פני מערכות תעופה חזקות יותר, ודרישה, רק על פני תכנון עמוק, ודרישה, ודרישה, רק את העיצוב, ודרישה, ודרישה את תהליכי פיתוח ארכיטקטור, רק את תהליכי פיתוח לוויינים חזקים יותר, רק את תהליכי פיתוח לוויינים חזקים יותר, ודרישה, ודרישה, ודרישה, ודרישה, רק את תהליכי פיתוח לוויינים חזקים יותר, ודרישה, רק עבור תוכניות מתקדמות יותר, ודרישה, ודרישה מתקדמת יותר, רק עבור תוכניות מתקדמות יותר, ומניעה של מערכות CRM, רק עבור תוכניות מתקדמות יותר, ופעולות מתקדמות יותר, ומניעה של מערכות CRM, ופעולות לוויינים חזקים יותר, אשר יגבירו של מערכות CRM, ופעולות מתקדמות יותר, ופעולות מתקדמות יותר