O que você deve saber para projetar e construir uma placa de circuito

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O que você deve saber para projetar e construir uma placa de circuito 39 Must-Know para projetar e construir uma placa de circuito para aviação e aeroespacial

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A aviação e aeroespacial é um tópico importante no momento. O número de aeronaves deve dobrar nos próximos 20 anos e o espaço está lentamente se tornando acessível aos turistas. E a SpaceX o levará pelo mundo em menos de uma hora em breve.

Isso significa que o número de placas de circuito para essas aplicações já começou a aumentar. Diante de uma enorme demanda, os designers precisam aprender as regras específicas para projetar uma placa para a aviação e aeroespacial. E os fabricantes precisam ser capazes de atender às necessidades de seus clientes.

Durante a PCB West, Sierra se encontrou com Paul Cooke, diretor de engenharia de aplicação de campo de uma empresa de aviação e aeroespacial. Especialista neste campo, ele nos falou sobre os principais conhecimentos que os projetistas devem ter em mente ao projetar para a aviação e aeroespacial.

A aviação deve saber

1. Confiabilidade é a chave

Para o espaço e aeroespacial, o objetivo principal é criar produtos confiáveis. Um cliente aeroespacial ou satélite espera que seus eletrônicos durem de 15 a 20 anos com zero falha. Portanto, a longevidade da eletrônica e a falha zero são fundamentais.

Para melhorar a confiabilidade nas placas de circuito, você realmente precisa começar na fabricação de PCB e projetar por si mesmo. A primeira coisa que o designer precisa fazer é projetar o quadro para ser confiável. Não use tecnologia de ponta. Use tecnologias padrão que sabemos que são comprovadamente confiáveis, não irão falhar.

Aviação e aeroespacial: Airbus A380

As 5.000 aeronaves que estão no céu a qualquer momento precisam depender de componentes eletrônicos com zero falhas. – Crédito da imagem: Airbus e Air France

2. Use cobre pesado

A maioria das aplicações espaciais usa cobre muito pesado, muito mais pesado que o cobre de 2 onças. Eu vejo muitos projetos com até 5 onças de cobre. Eu vejo alguns produtos de 20 camadas com 20 camadas de cobre de 4 onças. Como eles gerenciam o calor no espaço é basicamente através da dissipação. Eles usam designs de cobre muito pesados, fazem muitas vias térmicas e usam o chassi para dissipar o calor também. Porque lembre-se, a energia em um satélite é fundamental. Você não pode ter sistemas de refrigeração por ventilador, portanto, você precisa usar as propriedades naturais do próprio cobre como parte de suas estratégias de aquecimento e refrigeração. Mas é um desafio e, como você sabe, construir chapas de cobre muito pesadas não é fácil. Além disso, ele estará em um material, como uma poliimida, que é um sistema de resina muito mais difícil de trabalhar, por isso traz seus próprios desafios para atender aos requisitos.

3. Material: Poliimida

A poliimida é provavelmente 95% das aplicações. Depende do satélite. Se for um satélite geoestacionário de 15 a 20 anos, precisará de poliimida. Alguns dos satélites de órbita inferior que talvez sejam úteis apenas por dois a três anos, podem usar outros materiais. Empresas, como Rogers, estão começando a produzir materiais que agora estão se tornando atraentes para os clientes que fazem a aplicação espacial.

4. Redundância

Há muita redundância construída em uma aeronave para garantir que tudo ficará bem no caso de um raio, por exemplo. Normalmente, há mais de um sistema para que você possa alternar para outro em caso de falha. E a maneira como o setor aeroespacial funciona é que eles nunca são fornecidos pelo mesmo fornecedor. Se houver algum defeito, você não deseja correr o risco de ter o mesmo defeito no sistema de backup. Há muita redundância construída dentro da aeronave.

Os motores podem morrer e a aeronave ainda pode voar com um motor. O mesmo na eletrônica. Se uma placa falhar, normalmente também há um backup para esse sistema.

Aviação e aeroespacial: SpaceX BFR

Você embarcaria no SpaceX BFR se não houvesse nenhum sistema de backup? – Crédito da imagem: SpaceX

5. Escolha um fabricante de processo padronizado

Quando você escolhe um fabricante para construir suas placas de circuito para a aviação e aeroespacial, verifique se cada processo é padronizado e repetível. Você precisa ter os controles e medições do processo para garantir que a repetibilidade seja 100% o tempo todo. Os clientes podem solicitar dados dos processos do fabricante. Muitos clientes de satélites solicitarão análises do tipo DPA, basicamente destruindo um bom produto para provar que você tem as espessuras de revestimento corretas, etc., até a análise de controle de processo do SPC para todos os seus diferentes processos.

O design deve ser projetado para ser confiável, e o fabricante precisa ser configurado para construí-lo para ter processos confiáveis ​​também.

6. Esqueça RoHS

A iniciativa RoHS em defesa, aviação e aeroespacial nunca será aplicada. Um dos motivos é que o setor aeroespacial provavelmente nunca vai se afastar do HASL com chumbo. O risco é realmente muito alto. O risco de mudar para um acabamento de superfície diferente, mudar para um SMT diferente, aumentar a temperatura, está realmente adicionando risco potencial adicional aos produtos aeroespaciais. Lido regularmente com a maioria dos clientes aeroespaciais e não há absolutamente nada no horizonte para considerar uma iniciativa do tipo RoHS na indústria aeroespacial. Sempre será HASL.

Você pode usar diferentes acabamentos de superfície. Você pode usar o ENIG, por exemplo, mas no processo de montagem, você precisa usar materiais com chumbo.

7. Eletrônica encapsulada

Em uma aeronave, a maioria dos eletrônicos, como os motores, fica em um ambiente exposto. Os únicos componentes eletrônicos internos seriam seus sistemas de entretenimento, todos os sistemas de iluminação da galera etc. O cockpit também é um ambiente controlado. No entanto, não há diferenciador entre fuselagem interna e externa. Você constrói a eletrônica exatamente da mesma maneira. Eles precisam ser encapsulados e controlados.

Os componentes eletrônicos da fuselagem, do motor e das asas são basicamente encapsulados em caixas hermeticamente fechadas. Portanto, as pranchas em si não estão expostas a nenhum elemento. Mas eles são expostos à temperatura e ao calor e ao ciclismo frio diariamente.

8. Teste, teste e mais testes

Os eletrônicos precisam entrar em um conjunto de requisitos de teste diferentes para garantir que não falhem. Muitos clientes de satélite têm suas próprias câmaras de vácuo nas quais podem fazer ciclos de temperatura de seus produtos. Eles precisam imitar coisas como gravidade zero no vácuo e precisam ir de -50 a +125 graus, dependendo de estarem trabalhando em um satélite de baixa órbita ou geoestacionário.

No lado da aviação, se você imaginar um controlador de motor em uma aeronave, e um deles estiver sediado no Alasca e um avião semelhante no deserto do Oriente Médio, agora você poderá ver as enormes mudanças de temperatura. Você precisa garantir que a aeronave possa lidar com isso quando passar de um desses ambientes para outro. Quando uma aeronave chega a 10.000 pés, está sentada a -50 graus, o que significa que qualquer componente eletrônico exposto precisa suportar essa temperatura. E, obviamente, enfrentará uma temperatura elevada quando cair no chão. As aeronaves precisam percorrer essas temperaturas várias vezes ao dia.

Portanto, quando você está construindo uma placa de circuito para a indústria aeronáutica e aeroespacial, ela vem com todo um conjunto de loops de teste que você precisa pular para provar que o design é confiável. Você precisa ser capaz de fabricar um design confiável para esses tipos de ambiente.

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9. Não tenha medo de papelada

O IPC 6012DS é um documento bem conhecido que o Military and Space exige. É basicamente um IPC Classe 3. aprimorado. Seus requisitos de liberação, seus requisitos de qualidade, revestimento mínimo etc. são elevados dentro dessas especificações.

A papelada é enorme na aviação e aeroespacial. A quantidade de controle de qualidade, testes, relatórios, análises de micro-seções, FAIRS, etc. é muito rigorosa. É ainda mais rigoroso para os clientes de satélite que apenas o levam a mais um nível. Normalmente, você pode fazer 100% de micro-seção para o IPC Classe 3. Alguns clientes de satélite têm 200% de micro-seção. Eles só querem ter certeza de que tudo está exatamente construído da maneira que deseja e que suas próprias especificações estão acima e além do que seria o IPC Classe 3A. Eles são muito rigorosos nas regras de design, muito rigorosos no controle e liberação de processos, etc.

Para obter mais informações sobre regras de design, consulte nossa equipe de DESIGN SERVICE.

Construímos seu PCB aeroespacial no Vale do Silício

A Sierra trabalha com os gigantes da indústria aeroespacial há anos: sabemos tudo sobre suas necessidades! Aqui estão quatro razões pelas quais não falharemos com você e seu quadro espacial:

1. NOSSAS CAPACIDADES

A Sierra ajuda as empresas aeroespaciais a construir seus PCBs de alta velocidade desde o estágio de desenvolvimento e o estágio crítico de não vôo até a placa de vôo perfeita.

Fabricamos placas de interconexão de alta densidade (HDI) Classe 3, flexíveis, rígidas e rígidas flexíveis de 1 a 24 camadas.

Controle sua impedância

Podemos oferecer +/- 5% de ohms para impedância controlada.

Nossa equipe de engenharia pode ajudá-lo a estabelecer um empilhamento sem erros e controlar suas impedâncias ao especificar os ohms alvo em cada camada. As tolerâncias padrão para impedância controlada são +/- 10% ohms, mas podemos oferecer +/- 5% ohms quando você chegar até nós em um estágio inicial do projeto.

Você pode assistir ao vídeo Como controlar sua impedância controlada, para obter algumas dicas úteis e fazer o download do nosso Guia de design de impedância controlada.

Nossos materiais mais utilizados para PCBs espaciais são o Isola 370HR e a Nelco. Ambos têm uma resistência muito boa em áreas de alta temperatura e, portanto, atendem aos requisitos da classe 3.

Secções ao redor

Fazemos testes de seção transversal para evitar possíveis pontos de falha.

Como é essencial controlar a qualidade do seu produto para evitar possíveis pontos de falha, fazemos testes de seção transversal. Recortamos uma pequena parte do quadro – que chamamos de cupom de teste – e verificamos vários aspectos para garantir que cumprimos seus requisitos de qualidade.

E boas notícias: fazemos montagem também. Sem mais atrasos, aborrecimentos e falta de comunicação entre diferentes fornecedores, cuidamos muito da sua placa, desde o design e fabricação do layout até a montagem.

Utilizamos nossa máquina de apalpador voador para controlar eletromecanicamente os componentes na montagem. Realizamos testes de circuito aberto e curto-circuito, medimos os valores dos componentes (valores do resistor de .1W – 100MW, valores de caps de 1pF – 100mF e valores de indutância de 1uH – 10H podem ser verificados por nossa máquina), testamos a localização e a polaridade dos componentes e, por último, mas não menos importante, identificamos componentes ausentes.

Aqui está o seu voo perfeito.

2. PROJETO PARA AEROSPACE

Nossos engenheiros e designers de PCB fazem o layout e projetam placas aeroespaciais regularmente. Greg Albers, um dos projetistas de PCB da Sierra, disse: “Ao projetar uma placa para a indústria espacial, você tem um certo número de regras e padrões escritos a seguir. Você precisa criar uma placa robusta que resista às vibrações da força-g, problemas térmicos e até ao efeito plasma, porque, no espaço, a placa pode se liquefazer completamente. ”

Robustez é a palavra-chave para aeroespacial.

Robustez é a palavra-chave para aeroespacial. Na Sierra, a maioria das pranchas que entregamos para esta indústria apresenta vias de furo passante com um diâmetro mínimo de 21 mils e traços com uma largura mínima de 8 mils, com duas a quatro onças de cobre na camada interna. “Uma particularidade ao projetar para o espaço, acrescentou Greg, é que você coloca um bloco em cada camada, mesmo que não precise de um. Isso torna o PCB mais robusto – você não quer que ele se quebre lá! ”

3. NOSSO SERVIÇO

A perfeição rima com administração.

Na Sierra, sabemos que alcançar a perfeição rima com a administração, e é por isso que entregamos aos nossos clientes todos os documentos de rastreabilidade e tolerância necessários para as inspeções recebidas.

O gerente de contas aeroespaciais da Sierra, Michael Cussary, explicou: “Quando a maioria dos clientes solicita apenas alguns documentos, podemos ser obrigados a entregar até dez certificados de rastreabilidade e tolerância para a indústria aeroespacial. Eles precisam acompanhar as informações, como códigos de lote, datas de vencimento, tempos reais de cura e assim por diante. ”

Abaixo está uma lista não exaustiva da documentação que estamos acostumados a fornecer:

– IPC J-STD-001E
– Ferramentas calibradas usadas durante o registro de fabricação
– Relatório AOI ou Relatório de Inspeção Visual
– Sonda voadora ou relatório de teste em circuito
– Relatório de teste de limpeza iônica
– Certificado de conformidade
– Especificações do material
– Cópia de perfil de refluxo (incluída no primeiro artigo)
– Requisitos de foto
– Relatório de inspeção do primeiro artigo

4. NOSSAS CERTIFICAÇÕES

A Sierra é a principal fabricante de PCBs desde 1986. Acreditamos que a repetição de negócios de nossos clientes ilustra melhor nossos altos padrões e compromisso com a excelência. Essa é a métrica da qual nos orgulhamos e da qual nos medimos.

E, é claro, temos todas as certificações necessárias para construir seus PCBs aeroespaciais:

– Carta de Registro ITAR
– Certificado ISO 9001: 2015
– IPC-A-600
– Classe 3 do IPC

Saiba mais sobre todas as nossas certificações.

VISIT SIERRA

Convidamos regularmente designers de PCB, engenheiros e qualquer pessoa interessada em visitar nossas instalações em Sunnyvale, Califórnia. Durante sua excursão nos bastidores, mostraremos a você nossa fabricação, montagem, nossas máquinas e o que fazemos para nos diferenciar de outras lojas de placas de circuito impresso para produzir placas de alta qualidade.

Tour pelas instalações da Sierra Circuits

Ligue para (408) 735-7137 para reservar um passeio!

Mil-Spec / Aeroespacial

Tags: pcb design, PCB Manufacturing, espaço

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