Les conditions extrêmes sont monnaie courante pour les engins spatiaux. Il est donc impératif de s'assurer que les composants utilisés puissent y résister. L'électronique embarquée ne fait pas exception. Par conséquent, les circuits imprimés aérospatiaux doivent fonctionner avec une précision et une fiabilité extrêmes.
L'un des principaux problèmes des cartes électroniques dans l'espace est lié aux vibrations. Lors du lancement d'un vaisseau spatial, le moteur-fusée génère de fortes vibrations et du bruit. Par ailleurs, les turbulences sont un phénomène courant en aéronautique. Ces vibrations peuvent endommager ou rendre inopérantes une carte électronique aérospatiale et son assemblage. Pour résoudre ces problèmes, il est essentiel de choisir un fabricant de cartes électroniques aérospatiales fiable.
Types courants de vibrations dans les engins spatiaux
De nombreux types de vibrations peuvent affecter les aéronefs. Le bruit des fusées en est un exemple. Lors de l'allumage d'un moteur-fusée, un bruit important est produit. Les ondes sonores se réfléchissent sous forme d'ondes acoustiques, qui font vibrer la rampe de lancement et le vaisseau spatial. Ce bruit peut endommager les composants électroniques sensibles.
Un autre type courant de vibration est l'excitation aérodynamique. Lors des vols à grande vitesse, différents flux d'air se forment autour du vaisseau spatial. Ces flux d'air produisent souvent des vibrations de niveaux variés.
Les ondes de choc produites par ces flux d'air peuvent se propager d'avant en arrière. Dans certaines situations, l'air peut se retrouver piégé dans des cavités, créant des variations de pression. Parfois, l'air s'écoule de manière discontinue puis se recombine, ce qui accentue les vibrations. De plus, le véhicule peut vibrer de lui-même si le flux d'air devient instable.
Le vaisseau spatial est également confronté à un environnement turbulent. Vous connaissez peut-être déjà cette situation : il s’agit d’une variation rapide et irrégulière du flux d’air ou de gaz. Les effets soudains de ce phénomène provoquent des mouvements et des secousses constants à l’intérieur de l’appareil.
Ces vibrations peuvent varier d'une mission à l'autre. Le type de fusée ou d'avion, la charge utile et le plan de mission influent sur ces vibrations.
Comment les vibrations affectent l'assemblage des circuits imprimés aérospatiaux
Les circuits imprimés utilisés dans l'aérospatiale peuvent subir divers types de dommages dus aux vibrations. Le problème le plus fréquent est la perte de composants. Si l'intensité des vibrations est trop élevée, les condensateurs peuvent se briser.
Les soudures, qui maintiennent les composants ensemble, peuvent se fissurer. Les pistes conductrices du signal sur la carte peuvent se rompre. La carte elle-même peut commencer à se décoller, un phénomène appelé délamination.
Les parois internes des trous du circuit imprimé peuvent également se rompre. De plus, les broches à l'intérieur de ces trous peuvent aussi se casser. Le métal peut fragiliser les connexions sous l'effet de contraintes répétées.
Les vibrations peuvent être à l'origine de tous ces dommages. Par conséquent, votre circuit imprimé aérospatial risque de cesser de fonctionner, entraînant de graves problèmes. Les réparations étant impossibles dans l'espace, il est crucial d'éviter toute panne.
Comment protéger les cartes de circuits imprimés des vibrations
La conception correcte du circuit imprimé est essentielle pour garantir une protection optimale. Il est également impératif de monter correctement les composants. Assurez-vous que chaque pièce est solidement fixée sur le circuit imprimé. Analysez la disposition de ces pièces afin de garantir le respect des règles d'assemblage.
Il est également possible d'utiliser de la colle ou des mastics lors de l'assemblage du circuit imprimé. Ces matériaux contribuent à absorber les chocs et à réduire les mouvements des composants lorsque la carte vibre. Toutefois, pour obtenir des connexions solides, la soudure doit être parfaitement réalisée.
Il est également recommandé de s'assurer que les bords des cartes sont lisses et fermes. Le rétrécissement des circuits imprimés aérospatiaux peut aussi contribuer à réduire les dommages causés par les vibrations. L'utilisation de boîtiers spéciaux peut également être envisagée. Dans ce cas, il est possible de recueillir davantage d'informations sur le niveau de vibrations subi par la carte.
Les cadres anti-vibrations constituent une autre solution utile. Ils sont plus chers, mais extrêmement efficaces pour protéger les appareils électroniques sensibles.
Les ondes mécaniques peuvent également se propager à travers la carte et l'endommager. Pour limiter ce risque, il est conseillé de placer les connecteurs à proximité des composants importants. Cela permet d'arrêter les ondes avant qu'elles ne se propagent trop.
Pourquoi la fiabilité de l'assemblage des circuits imprimés aérospatiaux est-elle essentielle dans les missions spatiales ?
Les systèmes électroniques des engins spatiaux doivent être fiables. Une simple erreur peut engendrer des problèmes majeurs. Une fois dans l'espace, ils sont irréparables, sauf après un atterrissage sur Terre ou à bord d'une station spatiale. Un problème sur une carte électronique ou lors de son assemblage peut provoquer la panne de l'ensemble du système. L'électronique doit fonctionner pendant de nombreuses années lors de missions de longue durée, comme les opérations satellitaires. C'est pourquoi des tests rigoureux sont indispensables avant le lancement.
Règles de conception de circuits imprimés aérospatiaux pour réduire les dommages causés par les vibrations
La fabrication de circuits imprimés de qualité spatiale suit des étapes spécifiques. Ce processus peut impliquer la prise en compte de divers facteurs. Des aspects tels que l'agencement des circuits, la gestion thermique et la résistance à la pression du circuit imprimé sont essentiels.
#1 Déclassement
L'une des règles essentielles est le détarage. Ce procédé spécifique permet de faire fonctionner les composants en dessous de leur limite nominale. Par exemple, le courant électrique dans le circuit est réduit de 66 %. De cette manière, on peut généralement éviter la surchauffe. Dans l'espace, en l'absence d'air pour évacuer la chaleur, celle-ci ne peut être dissipée que par conduction ou rayonnement.
#2 Planches de modèles de vol
Les cartes de simulation de vol (FM) doivent répondre à des exigences de conception strictes. Elles doivent utiliser certains types de trous. Les trous traversants et les vias enterrés sont autorisés, mais pas les vias borgnes. Les cartes FM ne peuvent pas comporter de composants variables tels que des condensateurs ajustables ou des résistances réglables. Seuls des composants à valeur fixe sont utilisés.
Conception du conducteur n° 5
Il est essentiel de concevoir les conducteurs avec soin. S'ils sont connectés à un plan de masse interne, ils peuvent dissiper la chaleur de la pastille de soudure. On parle alors de soudure froide, un type de connexion défectueuse. Pour éviter cela, assurez-vous que la largeur et la longueur du conducteur soient toutes deux de 1 mm. Dans ce cas, veillez à respecter un rapport de 1.5:1.
Conception de plateau symétrique n° 6
La conception et l'assemblage des circuits imprimés pour le secteur aérospatial doivent être symétriques. Il est impératif de veiller à l'équilibre parfait des couches de cuivre et des composants afin d'éviter toute torsion ou flexion du circuit imprimé.
#7 Trous traversants métallisés (PTH)
Seuls les trous métallisés traversants sont autorisés. Les autres éléments tels que les entretoises, les rivets ou les œillets ne sont pas autorisés.
#8 Soudure spéciale et lamination
Lors de la fabrication de circuits imprimés embarqués à bord d'appareils aéroportés, l'utilisation de vernis épargne est omise. Dans l'espace, ces vernis pourraient se décoller ou libérer des gaz, ce qui pourrait affecter les performances ou entraîner la chute des composants.
Pour la conception et l'assemblage de circuits imprimés destinés à l'aérospatiale, la lamination cuivrée est une option à considérer. Les couches, généralement non séparables, adhèrent parfaitement entre elles. Un vernis de protection contribue à protéger le circuit imprimé contre les décharges électrostatiques (DES). La finesse des couches empêche l'accumulation et la libération simultanées des charges.
#9 Normes d'assemblage de circuits imprimés
Assurez-vous que les motifs en surface soient suffisamment grands. Les petits éléments peuvent se détacher ou se décoller. La largeur des conducteurs doit être d'au moins 0.1 mm.
Si la connexion est essentielle, faites-la passer par la même couche. Vous pouvez également ajouter un chemin supplémentaire et des vias si l'espace ne le permet pas. Il existe de nombreuses façons d'éviter la défaillance d'un seul élément.
De manière générale, il est essentiel d'inspecter toutes les pièces. Les défauts ou les contrefaçons peuvent gravement endommager l'aéronef. En électronique spatiale, la fiabilité prime sur le coût.
Conclusion
Les vibrations et les températures extrêmes qui règnent dans l'espace peuvent gravement endommager les circuits imprimés. Il est donc essentiel de suivre un processus de fabrication et d'assemblage rigoureux pour les circuits imprimés destinés à l'aérospatiale. Chaque détail compte, du montage des composants à la gestion thermique.
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