Uzay Elektronik Sistemlerinde Sıcaklık Bisikletinin Etkisi

Havacılık endüstrisi, en kalıcı ve zararlı strese sahip olan sıcaklıkların kusursuz bir şekilde işlenmesine, sıcak ve soğuk devletler arasındaki dalgalanmaları, her iki uçağın ve uzay aracının genel görevini anlamalıdır. Bu sistemler sadece akademik bir egzersiz değildir; doğrudan etkiler sistemi güvenilir, bakım döngüleri ve son maliyetle, uzaysal sıcaklık maruziyetinin sonuçlarını, soğuk ve soğuk devletler arasındaki dalgalanmaları ve elektriksel bozulmaları analiz eder.

Havacılıkta Uzay Kıtalarında Ne Bisiklet?

Sıcaklık bisiklet, tanımlanmış yüksek ve düşük sıcaklıklar üzerinden tekrarlanan elektronik bileşenlerin ve meclislerin geçişine atıfta bulunur. Uzayda uygulamalar, bu döngüler birkaç operasyonel faktör tarafından yönlendirilir: atmosferde ve atmosfer tabakaları ile, gece yörünge ve soğuk uçlu fazlar, motor ısı-up ve hatta iç güç dağılımı değişir.

Sıcaklık değişikliği (kamp oranı) ve aşırılarda zaman eşit derecede önemlidir. Hızlı değişiklikler, 15 yıllık tasarım yaşamında aniden kırılmalara neden olabilir. Yavaş, uzun zamandır uyku döngüleri, satılan ortaklar ve polimerik enkapsullar için çok fazla strese yol açıyor. Uzaya doğru yapılan değişiklikler için, tek bir yörüngede binlerce döngü üretebilir, uçak akıtları uçuş başına birkaç döngü yaşayabilirken, bu tür yükler, mekanik ve elektrik sınırları içinde sabit olan elektrik sınırlarına kadar uzanır.

Hasarın Temel Mekanizmaları

Termal Fatigue ve Termal Genişlemenin Dayanıklılığı

Sıcaklık bisikletinde başarısız olan birincil mekanizma, termal genişleme katsayısı (CTE) yanlış bir uyum sağlar. Elektronik bir toplantıda her malzeme farklı hızlarda genişliyor: baskılı devreler (PCB) laminatlar, bakır izleri, seramik substratlar, silikonlar ve liderlik tüm parçalar ısıtılırken, bu malzemeler birbirine karşı baskı yapıyor; tekrarlanan döngüler sırasında, farklı hızlarda sözleşmeleri.

Örneğin, tipik bir FR-4 PCB, uçaktaki 14-17 ppm /°C'nin CTE'si var, bir seramik öncülü çip taşıyıcı (ceramic paketi) CTE'ye 6-8 ppm/°C'nin bir parçasıyla karakterize edilebilir, yaklaşık 10 mm'nin üzerindeki yanlış bir eşleşmesi 100 °C ısıyı 20 MPa'yı 100 °C ısıya yükseltebilir.

Solder Joint Creep ve Rekristallization

Leydik alaşımları (geleneksel olarak tin-lead, şimdi liderliksiz SAC305) vizektomi ve stresin birleşik etkisi altında, çatlaklar olarak ortaya çıkan zayıf uçaklar, özellikle de düşük sıcaklık aralıklarında (BGA) ve daha sonra mikroyapısal hasarlara neden olabilir. Zamanla, satılan elektrik topları birincil mekanik ve rektörlütücüler olarak şekillendirebilirler.

Kat Devre Kurulu'nda Delaminasyon ve Mikrokracking

Modern havacılık PCBleri genellikle yüksek hacimli (cam geçiş sıcaklığı) zemin operasyonları sırasında soğutulmuş veya yüksek sıcaklık aralıklarına dayanacak kadar yüksek çözünürlükte bulunan yüzeyler kullanır. Bu gelişmiş malzemeler bile bakır folyo ve reçine tabakaları arasındaki dengeyi azaltılır - zemin operasyonları sırasında sürekli olarak absorbe edildiğinde, bu çatlakları sürekli olarak çökertme ve sürekli olarak çatlakları tespit etmek için sürekli olarak azaltılabilir.

Wire Bond ve Interconnect Fatigue

Altın, alüminyum ve bakır tel bağlar, silikonun ölümüne yol açıyor ve bu, özellikle de yüksek frekanslı sıvı mikrocirler sırasında tekrarlanan flexure deneyimini sunuyor. Benzer şekilde, COTS'de (kommerik dışı) yapıştırıcı bağlar sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık sık kullanılan hidroksit ısıtın altında yumuşatılır.

Riskli Uzay Sistemleri

Uçak Avioniks ve Uçuş Kontrol Bilgisayarları

Ticari ve askeri uçaklar aviyonikler her zaman aktif olarak şartsız olmayan körfezlerde bulunurlar. Çöl iklimlerinde yer alan boş binalar +50°C'yi geçebilir, bin dolarlık yüksek basınçlı BGA paketlerine ve özellikle de hassas birimlerin herhangi birinde aşırı talepler tekrarlanabilir.

Uydu ve Uzay Elektronik

Uzayda, sıcaklık bisikleti sürekli olarak tükeniyor. Düşük Dünya yörüngesinde bir uydu (LEO) doğrudan güneş ışığı (+125°C güneş dizilerinde) Dünya'nın gölgesi (-120°C) her 90 dakika boyunca, bu aşırı ısı geçişi, tek bir kapasitör veya ısınıcının bozulmasına engel olan uzayın vakumlanmasıyla birlikte, onlarca milyon dolarlık bir dizi işlemden hayatta kalmamalıdır.

Motor Kontrol Birimleri ve Tür Elektronik

Motor destekli elektronik, tam yazarlık dijital motor kontrolü (FADEC) birimleri gibi, en agresif termal çevre ile karşı karşıyadır. Doğrudan motor gövdelerine bağlanırlar, soğuktan başlayarak hızlı ısıtma ile çalışır ve bu alanda da soğutma için önemli bir tasarım uygulamalarıdır.

Standartları ve Yöntemleri Test

Havacılık elektronik sistemlerinin sıcaklık bisikletinin sancılarına dayanabileceğini doğrulamak için, mühendislere konu prototipleri hızlandırılmış yaşam testleri için uygulanabilir ve ayrıntılı:

Bu testler statik değildir; geçici olarak açılmak için aktif elektrik izleme ile yapılır (ANST – aktif gürültü ve kısa test) ve direniş sürüklenir. Tipik bir kabul kriteri, termal ortamı daha doğru bir şekilde simüle etmek için tek bir ortak direncin% 20'sini geçebilmesidir.

Uzun Süreli Yeniden Tanımlama Stratejileri

Gelişmiş Malzeme Seçimi

Örneğin, seramik dolu şampuanlar veya birden çok katmanlı bakır-molybdenum-copper (CMC) çekirdeği 10 ppm /°C’nin altındaki alüminyum parçaları aynı şekilde seçiliyor: Seramik sütunlu yüzeyler (CGA) uyumlu sütunlar yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte kullanılır.

Termal Strain Relief için Tasarım

Layout ve mekanik tasarım, başarısızlık oranlarının dramatik bir şekilde azaltılabilir. Anahtar uygulamalar şunları içerir:

Termal Yönetim Teknikleri

Sıcaklık miktarını doğrudan yorgunluk hasarına düşürün. Soğuk plakalarda yer alan ısı boruları uzaktan radyatörlere, yerel sıcaklık artışlarına kadar ısıtın. Faz değişikliği malzemeleri (PCMs) ve çok katmanlı yalıtım (MLI) battaniyeler, yüksek yük fazlar sırasında ısı elektronik ısıtılır ve ısıtılır.

Kaplama, Encapsulation ve Conformal Koruma

Conformal kaplamalar (örneğin, akrilikler, parylene, silikon) nem ingre ve koroyum deşarjına karşı koruma sağlar, ancak aynı zamanda mekanik sertleştirici bir kaplama olarak seçilmelidir - sert bir kaplama, bileşenler arasında bağıl hareket ettirebilir. Parylene Culus ve mükemmel bariyer özellikleri nedeniyle uzayda sık sık sık tercih edilir.

Güvenilirlik Önüm ve Deing

Mühendisler, sıcaklık hız ve malzeme sabitlerine dayanarak, hızlanma ve malzeme sabitlerine dayalı olarak başarısız olma anlamına gelen Coffin-Manson ilişkisi gibi fizik-failure modellerini kullanır. denklemleri = A ve b) 345T = 0 (-b)[D) 345C. . 345T) . 345C. maksimum ısıyı sınırlamak ve minimum soğuk sıcaklık kontrol etmek için daha fazla ısıtıcık için bir bileşene sahip olabilir.

Future Yol ve Gelişen Meydanlar

Daha fazla elektrikli uçak (MEA) ve tüm elektrikli uzay aracı mimarisi, güç elektroniklerinde talepler artıyor. Wide bandgap yarı iletkenleri ( ⁇ lik ve galium nitride) daha yüksek bir kavim sıcaklıklarında ( +200°C) çalışır ve daha hızlı değiştirir, ancak ambalajları - geleneksel ve doğrudan bağdaştırıcı bakır substratları - yeni CTE yanlış eşleştirme noktalarına entegre etmek için yeni CTE eklenme noktalarına entegre etmek için.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Sıcaklık bisiklet, tekrarlanan termal gezilerin hasarını kullanarak, çevresel bir seçimle mücadele eden, güvenli bir şekilde uçuşa karşı olan tüm standartları kullanarak, çevresel kontrol ve kontrol sıcaklıklarının zararını sağlayan tasarım uygulamaları olarak görür.