Zware omstandigheden komen vaak voor in ruimtevaartuigen. Daarom moet je ervoor zorgen dat de componenten die in ruimtevaartuigen worden gebruikt, dergelijke situaties aankunnen. De elektronica van ruimtevaartuigen vormt daarop geen uitzondering. De printplaat voor de lucht- en ruimtevaart moet daarom met hoge precisie en betrouwbaarheid werken.
Een van de grootste problemen voor printplaten in de ruimte is trillingen. Bij de lancering van een ruimtevaartuig veroorzaakt de raketmotor sterke trillingen en lawaai. Turbulentie is daarentegen een veelvoorkomend verschijnsel in vliegtuigen. Deze trillingen kunnen een printplaat voor de lucht- en ruimtevaart en de bijbehorende onderdelen beschadigen of laten falen. Om deze problemen op te lossen, moet u een betrouwbare fabrikant van printplaten voor de lucht- en ruimtevaart kiezen.
Veelvoorkomende soorten trillingen in ruimtevaartuigen
Veel soorten trillingen kunnen vliegtuigen beïnvloeden. Raketgeluid is het eerste. Wanneer een raketmotor ontsteekt, produceert hij een hard geluid. De geluidsgolven weerkaatsen als akoestische golven, waardoor het lanceerplatform en het ruimtevaartuig trillen. Dit geluid kan gevoelige elektronica beschadigen.
Een ander veelvoorkomend type trilling is aerodynamische excitatie. Tijdens hogesnelheidsvluchten ontstaan er verschillende luchtstroompatronen rond het ruimtevaartuig. Deze luchtstroompatronen produceren vaak verschillende trillingsniveaus.
Schokgolven die door deze luchtstroompatronen worden veroorzaakt, kunnen heen en weer bewegen. In sommige situaties kan lucht in holtes vast komen te zitten, waardoor drukverschillen ontstaan. Soms stroomt de lucht apart en komt weer samen, wat nog meer trillingen veroorzaakt. Bovendien kan het voertuig uit zichzelf trillen als de luchtstroom instabiel wordt.
Het ruimtevaartuig wordt ook geconfronteerd met een turbulente omgeving. Je bent misschien al bekend met deze situatie. Het is een snelle en onregelmatige verandering in de lucht- of gasstroom. De plotselinge effecten hiervan veroorzaken constante beweging en trillingen van het vliegtuig.
Deze trillingen kunnen per missie verschillen. Het type raket of vliegtuig, de lading en het projectplan beïnvloeden de trillingen.
Hoe trillingen de assemblage van PCB's in de lucht- en ruimtevaart beïnvloeden
PCB's in de lucht- en ruimtevaart kunnen door trillingen op allerlei manieren beschadigd raken. Het meest voorkomende probleem is het verlies van componenten op de PCB. Als de trillingen te sterk zijn, kunnen de condensatoren kapotgaan.
Soldeerpunten, die onderdelen bij elkaar houden, kunnen scheuren. Sporen op de printplaat die het signaal overbrengen, kunnen breken. De printplaat zelf kan losraken in een proces dat delaminatie wordt genoemd.
Vaten, de wanden in de gaten op de printplaat, kunnen ook breken. En er is meer. Pinnen in de gaten kunnen ook breken. Metaal kan ervoor zorgen dat de verbindingsonderdelen zwak worden door herhaalde belasting.
Trillingen kunnen al deze schade veroorzaken. Hierdoor kan uw printplaat in de lucht- en ruimtevaart niet meer werken, wat tot ernstige problemen kan leiden. Omdat reparaties in de ruimte onmogelijk zijn, is het voorkomen van storingen hier van groot belang.
Hoe u printplaten beschermt tegen trillingen
Het correct ontwerpen van het bord is essentieel voor optimale bescherming. Ook de componenten moeten correct worden gemonteerd. Zorg ervoor dat elk onderdeel stevig op het bord is geplaatst. Analyseer hoe u deze onderdelen plaatst om ervoor te zorgen dat alles volgens de juiste regels verloopt.
Je kunt ook lijm of kit gebruiken tijdens de PCB-assemblage. Deze materialen helpen schokken te absorberen en de beweging van de onderdelen te verminderen wanneer de printplaat trilt. Om sterke verbindingen te maken, moet je echter perfect solderen.
Een andere goede gewoonte is ervoor te zorgen dat printplaten gladde en stevige randen hebben. Het krimpen van de printplaat voor de lucht- en ruimtevaart kan ook helpen om trillingsschade te verminderen. U kunt ook speciale behuizingen overwegen. In dat geval kunt u meer informatie verzamelen over de mate van trillingen die een printplaat ondervindt.
Trillingsdempende frames zijn een andere nuttige oplossing. Ze zijn duurder, maar zeer effectief in het beschermen van gevoelige elektronica.
Mechanische golven kunnen zich ook door de printplaat verplaatsen en deze beschadigen. Om dit te voorkomen, kunt u connectoren in de buurt van belangrijke componenten plaatsen. Dit helpt de golven te stoppen voordat ze zich te veel verspreiden.
Waarom is de betrouwbaarheid van PCB-assemblage in de lucht- en ruimtevaart van cruciaal belang bij ruimtemissies?
Elektronische systemen in ruimtevaartuigen moeten betrouwbaar zijn. Eén fout kan tot grote problemen leiden. Eenmaal in de ruimte kan niemand ze repareren, tenzij ze op aarde of in een ruimtestation landen. Een probleem met een printplaat of met de assemblage ervan kan ertoe leiden dat het hele systeem uitvalt. Elektronica moet jarenlang werken tijdens lange missies, zoals satellietoperaties. Daarom moet u vóór de lancering grondige tests uitvoeren.
Regels voor het ontwerpen van PCB's in de lucht- en ruimtevaart om trillingsschade te verminderen
Er zijn specifieke stappen nodig voor het maken van PCB's voor ruimtevaarttoepassingen. Hierbij moeten verschillende factoren in acht worden genomen. Overwegingen zoals de circuitopstelling, warmtebeheer en de druktolerantie van de PCB zijn cruciaal.
#1 Derating
Een van de belangrijkste regels is derating. Dit is een gespecialiseerd proces waarbij onderdelen onder hun standaardlimiet werken. De elektrische stroom in het circuit wordt bijvoorbeeld met 66% verlaagd. Op deze manier kunt u oververhitting voorkomen. In de ruimte is er geen lucht om warmte af te voeren, dus moet u de warmte alleen afvoeren via geleiding of straling.
#2 Vluchtmodelborden
Flight Model (FM)-printplaten stellen strenge ontwerpeisen. Ze moeten bepaalde soorten gaten gebruiken. Doorlopende gaten en begraven via's zijn toegestaan, maar blinde via's niet. FM-printplaten mogen geen variabele componenten bevatten, zoals trimcondensatoren of instelbare weerstanden. Er worden alleen onderdelen met een vaste waarde gebruikt.
#5 Geleiderontwerp
Je moet de geleiders zorgvuldig ontwerpen. Ze kunnen warmte van de soldeerpad onttrekken als ze op een interne voedingsplaat worden aangesloten. Dit wordt een koude soldeerverbinding genoemd, een type slechte verbinding. Om dit te voorkomen, moet je ervoor zorgen dat de breedte en lengte van de geleiders elk 1 mm zijn. Let in dit geval op de verhouding van 1.5:1.
#6 Symmetrisch bordontwerp
Het ontwerp en de assemblage van PCB's in de lucht- en ruimtevaart moeten symmetrisch zijn. Zorg ervoor dat de koperlagen en de componenten goed in balans zijn. Zo voorkom je dat de PCB verdraait of buigt.
#7 Geplateerde doorlopende gaten (PTH's)
Doorgeplateerde gaten (PTH's) zijn de enige toegestane gaten. Andere elementen zoals afstandhouders, klinknagels of ogen zijn niet toegestaan.
#8 Speciale soldeerbouten en lamineren
Bij de productie van PCB's in de lucht worden soldeermaskers overgeslagen. In de ruimte kunnen soldeermaskers loslaten of gassen vrijgeven. Dit kan de prestaties beïnvloeden of de onderdelen laten vallen.
Voor de ontwerpnormen en assemblage van PCB's in de lucht- en ruimtevaart kunt u lamineren met kopercoating overwegen. De lagen laten zich meestal niet van elkaar scheiden en hechten niet goed aan elkaar. Een conforme coating kan uw PCB beschermen tegen elektrostatische ontlading (ESD). De term ESD verwijst in dit geval naar elektrostatische ontlading. De dunne lagen voorkomen dat de lading zich in één keer ophoopt en weer vrijkomt.
#9 PCB-assemblagenormen
Zorg ervoor dat de patronen op het oppervlak groot genoeg zijn. Kleine details kunnen loslaten. De breedte van de geleiders moet minimaal 0.1 mm zijn.
Als het essentieel is, laat de verbinding dan via dezelfde laag lopen. Je kunt ook een extra pad en meer via's toevoegen als de ruimte de eerste optie niet toelaat. Er zijn veel manieren om te voorkomen dat slechts één element uitvalt.
Zorg er in het algemeen voor dat u alle onderdelen inspecteert. Defecten of verkeerde onderdelen kunnen het vliegtuig ernstig beschadigen. Betrouwbaarheid is belangrijker bij ruimte-elektronica dan kosten.
Conclusie
Extreme trillingen en temperaturen in de ruimte kunnen printplaten ernstig beschadigen. Volg daarom een correct productie- en assemblageproces voor printplaten in de lucht- en ruimtevaart. Elk detail is belangrijk in dit proces, van de montage van onderdelen tot het warmtebeheer.
UETPCB is een toonaangevende fabrikant van hoogwaardige PCB-componenten voor de lucht- en ruimtevaart. Bent u geïnteresseerd in onze PCB-productie- en assemblagediensten, voel je vrij om contact.