航空航天是當(dāng)前的熱門話題。未來20年，飛機(jī)數(shù)量可能翻番，游客可以慢慢進(jìn)入太空。 SpaceX將在不到一個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)飛到全球各地。

這意味著這些應(yīng)用的電路板數(shù)量已經(jīng)開始增加。面對(duì)巨大的需求，設(shè)計(jì)師必須學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)航空和航天航天板的具體規(guī)則。制造商必須能夠滿足客戶的需求。

在PCB West期間，Sierra會(huì)見了航空航天公司現(xiàn)場應(yīng)用工程總監(jiān)Paul Cooke。他告訴我們，在設(shè)計(jì)航空和航天領(lǐng)域時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)該牢記這一領(lǐng)域的專家：

可靠性是關(guān)鍵

對(duì)于航天和航天領(lǐng)域，主要目標(biāo)是建立可靠的產(chǎn)品。航空航天客戶或衛(wèi)星客戶預(yù)計(jì)他們的電子產(chǎn)品將持續(xù)15至20年，零故障。因此，電子產(chǎn)品的壽命和零故障是關(guān)鍵。

為了提高電路板的可靠性，您需要從PCB制造和設(shè)計(jì)開始。設(shè)計(jì)師需要做的第一件事就是將電路板設(shè)計(jì)得可靠。不要使用尖端技術(shù)。使用我們知道可靠且不會(huì)失敗的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。

任何時(shí)候天空中的5,000架飛機(jī)都需要依靠零故障電子設(shè)備。 - 圖片來源：Airbus和Air France

使用重銅

大多數(shù)太空應(yīng)用都使用非常重的銅，比2盎司銅重得多。我看到很多設(shè)計(jì)都含有高達(dá)5盎司的銅。我看到一些20層產(chǎn)品，含有20層4盎司銅。他們?nèi)绾喂芾硖罩械臒崃炕旧鲜峭ㄟ^消散。它們使用非常厚的銅設(shè)計(jì)，做大量的散熱過孔，并使用機(jī)箱散熱。因?yàn)橛涀?，衛(wèi)星中的能量是關(guān)鍵。您不能使用風(fēng)扇冷卻系統(tǒng)，因此您需要使用銅本身的自然屬性作為加熱和冷卻策略的一部分。但這是一個(gè)挑戰(zhàn)，如你所知，建造非常重的銅板并不容易。此外，它將采用像聚酰亞胺一樣的材料，這是一種更難以使用的樹脂系統(tǒng)，因此它帶來了自身的挑戰(zhàn)以滿足要求。

材料：聚酰亞胺

聚酰亞胺可能是95％的應(yīng)用。這取決于衛(wèi)星。如果它是一顆15至20年的地球同步衛(wèi)星，它將需要聚酰亞胺。一些可能僅在兩到三年內(nèi)使用的低軌道衛(wèi)星可以使用其他材料。像羅杰斯這樣的公司正在開始生產(chǎn)現(xiàn)在對(duì)正在進(jìn)行空間應(yīng)用的客戶具有吸引力的材料。

冗余

飛機(jī)內(nèi)置了大量冗余設(shè)備，以確保在發(fā)生雷擊時(shí)一切正常。通常，有多個(gè)系統(tǒng)，因此您可以在發(fā)生故障時(shí)切換到另一個(gè)系統(tǒng)。航空航天工作的方式是它們不是同一供應(yīng)商提供的。如果存在缺陷，則不希望存在在備份系統(tǒng)上出現(xiàn)相同缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。飛機(jī)內(nèi)部存在大量冗余。

發(fā)動(dòng)機(jī)可能會(huì)死亡，飛機(jī)仍然可以在一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)上飛行。電子產(chǎn)品也一樣。如果一個(gè)電路板出現(xiàn)故障，通常也會(huì)為該系統(tǒng)提供備份。

如果沒有任何備份系統(tǒng)，你會(huì)登上SpaceX BFR嗎？ - 圖片來源：SpaceX

選擇標(biāo)準(zhǔn)化流程制造商

當(dāng)您選擇制造商時(shí)為航空和航天制造電路板，確保每個(gè)過程都標(biāo)準(zhǔn)化，可重復(fù)。您必須擁有過程控制和測(cè)量，以確保可重復(fù)性始終為100％。客戶可以向制造商的流程索取數(shù)據(jù)。很多衛(wèi)星客戶會(huì)要求進(jìn)行DPA型分析，基本上是要破壞好的產(chǎn)品以證明你有合適的電鍍厚度等，一直到SPC過程控制分析所有你不同的過程。

設(shè)計(jì)必須設(shè)計(jì)得可靠，并且需要設(shè)置制造商以構(gòu)建它以獲得可靠的工藝。

忘記RoHS

國防，航空和航天領(lǐng)域的RoHS倡議永遠(yuǎn)不會(huì)適用。一個(gè)原因是航空航天可能永遠(yuǎn)不會(huì)離開含鉛的HASL。風(fēng)險(xiǎn)實(shí)在太高了。移動(dòng)到不同的表面處理，轉(zhuǎn)向不同的SMT，升高溫度的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)際上增加了航空航天產(chǎn)品的潛在風(fēng)險(xiǎn)。我經(jīng)常與大多數(shù)航空航天客戶打交道，而且在航空航天領(lǐng)域看到有一項(xiàng)RoHS類型的計(jì)劃絕對(duì)沒有任何意義。它始終是HASL。

您可以使用不同的表面處理。例如，您可以使用ENIG，但在裝配過程中，您需要使用含鉛材料。

封裝電子產(chǎn)品

在飛機(jī)上，大多數(shù)電子產(chǎn)品，如發(fā)動(dòng)機(jī)，都處于暴露的環(huán)境中。內(nèi)部唯一的電子設(shè)備將是您的娛樂系統(tǒng)，所有廚房照明系統(tǒng)等。駕駛艙也是一個(gè)受控制的環(huán)境。但是，內(nèi)部和外部機(jī)身之間沒有區(qū)別。您以完全相同的方式構(gòu)建電子設(shè)備。它們必須進(jìn)行封裝和控制。

機(jī)身，發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)翼電子設(shè)備基本上都封裝在密封盒中。因此，電路板本身不會(huì)暴露于任何元素。但是它們每天都會(huì)受到溫度，熱量和冷循環(huán)的影響。

測(cè)試，測(cè)試和更多測(cè)試

電子產(chǎn)品必須進(jìn)入一整套不同的測(cè)試要求，以確保它們不會(huì)失敗。許多衛(wèi)星客戶都有自己的真空室，可以在其中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行溫度循環(huán)。它們必須在真空中模仿零重力等物體，它們需要從-50度到+125度，這取決于它們是在低軌道還是地球靜止衛(wèi)星上工作。

航空方面，如果你想象一架飛機(jī)上的發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，其中一架位于阿拉斯加，一架類似的飛機(jī)位于中東的沙漠中，現(xiàn)在你可以看到巨大的溫度變化。當(dāng)飛機(jī)從其中一個(gè)環(huán)境移動(dòng)到另一個(gè)環(huán)境時(shí)，您需要確保飛機(jī)能夠處理它。當(dāng)飛機(jī)高達(dá)10,000英尺時(shí)，它處于-50度，這意味著任何暴露的電子設(shè)備必須能夠承受該溫度。顯然，當(dāng)它落在地面上時(shí)會(huì)面臨升高的溫度。飛機(jī)必須每天多次循環(huán)通過這些溫度。

因此，當(dāng)您為航空和航天工業(yè)制造電路板時(shí)，它需要一整套測(cè)試環(huán)路，您需要跳過這些測(cè)試環(huán)路來證明設(shè)計(jì)是可靠的。您需要能夠?yàn)檫@些類型的環(huán)境制造可靠的設(shè)計(jì)。

不要害怕文書工作

IPC 6012DS是軍事與太空所需的著名文件。它基本上是一個(gè)增強(qiáng)的IPC Class 3.您的發(fā)布要求，質(zhì)量要求，最低電鍍等都在這些規(guī)范范圍內(nèi)提升。

在航空和航天領(lǐng)域，文書工作非常龐大。質(zhì)量控制，測(cè)試，報(bào)告，微切片分析，F(xiàn)AIRS等的數(shù)量非常嚴(yán)格。對(duì)于剛剛將其提升到一個(gè)級(jí)別的衛(wèi)星客戶來說，它甚至更加嚴(yán)格。通常，您可以對(duì)IPC Class 3進(jìn)行100％的微切片。一些衛(wèi)星客戶的微切片占200％。他們只是想確保一切都按照他們想要的方式構(gòu)建，他們自己的規(guī)格甚至超出了IPC Class 3A的范圍。它們對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)則非常嚴(yán)格，對(duì)過程控制和發(fā)布等都非常嚴(yán)格。