航天电路板你了解有多少

航空航天是当前的热门话题。未来20年，飞机数量可能翻番，游客可以慢慢进入太空。 SpaceX将在不到一个小时的时间内飞到全球各地。

这意味着这些应用的电路板数量已经开始增加。面对巨大的需求，设计师必须学习设计航空和航天航天板的具体规则。制造商必须能够满足客户的需求。

在PCB West期间，Sierra会见了航空航天公司现场应用工程总监Paul Cooke。他告诉我们，在设计航空和航天领域时，设计师应该牢记这一领域的专家：

可靠性是关键

对于航天和航天领域，主要目标是建立可靠的产品。航空航天客户或卫星客户预计他们的电子产品将持续15至20年，零故障。因此，电子产品的寿命和零故障是关键。

为了提高电路板的可靠性，您需要从PCB制造和设计开始。设计师需要做的第一件事就是将电路板设计得可靠。不要使用尖端技术。使用我们知道可靠且不会失败的标准技术。

任何时候天空中的5,000架飞机都需要依靠零故障电子设备。 - 图片来源：Airbus和Air France

使用重铜

大多数太空应用都使用非常重的铜，比2盎司铜重得多。我看到很多设计都含有高达5盎司的铜。我看到一些20层产品，含有20层4盎司铜。他们如何管理太空中的热量基本上是通过消散。它们使用非常厚的铜设计，做大量的散热过孔，并使用机箱散热。因为记住，卫星中的能量是关键。您不能使用风扇冷却系统，因此您需要使用铜本身的自然属性作为加热和冷却策略的一部分。但这是一个挑战，如你所知，建造非常重的铜板并不容易。此外，它将采用像聚酰亚胺一样的材料，这是一种更难以使用的树脂系统，因此它带来了自身的挑战以满足要求。

材料：聚酰亚胺

聚酰亚胺可能是95％的应用。这取决于卫星。如果它是一颗15至20年的地球同步卫星，它将需要聚酰亚胺。一些可能仅在两到三年内使用的低轨道卫星可以使用其他材料。像罗杰斯这样的公司正在开始生产现在对正在进行空间应用的客户具有吸引力的材料。

冗余

飞机内置了大量冗余设备，以确保在发生雷击时一切正常。通常，有多个系统，因此您可以在发生故障时切换到另一个系统。航空航天工作的方式是它们不是同一供应商提供的。如果存在缺陷，则不希望存在在备份系统上出现相同缺陷的风险。飞机内部存在大量冗余。

发动机可能会死亡，飞机仍然可以在一台发动机上飞行。电子产品也一样。如果一个电路板出现故障，通常也会为该系统提供备份。

如果没有任何备份系统，你会登上SpaceX BFR吗？ - 图片来源：SpaceX

选择标准化流程制造商

当您选择制造商时为航空和航天制造电路板，确保每个过程都标准化，可重复。您必须拥有过程控制和测量，以确保可重复性始终为100％。客户可以向制造商的流程索取数据。很多卫星客户会要求进行DPA型分析，基本上是要破坏好的产品以证明你有合适的电镀厚度等，一直到SPC过程控制分析所有你不同的过程。

设计必须设计得可靠，并且需要设置制造商以构建它以获得可靠的工艺。

忘记RoHS

国防，航空和航天领域的RoHS倡议永远不会适用。一个原因是航空航天可能永远不会离开含铅的HASL。风险实在太高了。移动到不同的表面处理，转向不同的SMT，升高温度的风险，实际上增加了航空航天产品的潜在风险。我经常与大多数航空航天客户打交道，而且在航空航天领域看到有一项RoHS类型的计划绝对没有任何意义。它始终是HASL。

您可以使用不同的表面处理。例如，您可以使用ENIG，但在装配过程中，您需要使用含铅材料。

封装电子产品

在飞机上，大多数电子产品，如发动机，都处于暴露的环境中。内部唯一的电子设备将是您的娱乐系统，所有厨房照明系统等。驾驶舱也是一个受控制的环境。但是，内部和外部机身之间没有区别。您以完全相同的方式构建电子设备。它们必须进行封装和控制。

机身，发动机和机翼电子设备基本上都封装在密封盒中。因此，电路板本身不会暴露于任何元素。但是它们每天都会受到温度，热量和冷循环的影响。

测试，测试和更多测试

电子产品必须进入一整套不同的测试要求，以确保它们不会失败。许多卫星客户都有自己的真空室，可以在其中对产品进行温度循环。它们必须在真空中模仿零重力等物体，它们需要从-50度到+125度，这取决于它们是在低轨道还是地球静止卫星上工作。

航空方面，如果你想象一架飞机上的发动机控制器，其中一架位于阿拉斯加，一架类似的飞机位于中东的沙漠中，现在你可以看到巨大的温度变化。当飞机从其中一个环境移动到另一个环境时，您需要确保飞机能够处理它。当飞机高达10,000英尺时，它处于-50度，这意味着任何暴露的电子设备必须能够承受该温度。显然，当它落在地面上时会面临升高的温度。飞机必须每天多次循环通过这些温度。

因此，当您为航空和航天工业制造电路板时，它需要一整套测试环路，您需要跳过这些测试环路来证明设计是可靠的。您需要能够为这些类型的环境制造可靠的设计。

不要害怕文书工作

IPC 6012DS是军事与太空所需的着名文件。它基本上是一个增强的IPC Class 3.您的发布要求，质量要求，最低电镀等都在这些规范范围内提升。

在航空和航天领域，文书工作非常庞大。质量控制，测试，报告，微切片分析，FAIRS等的数量非常严格。对于刚刚将其提升到一个级别的卫星客户来说，它甚至更加严格。通常，您可以对IPC Class 3进行100％的微切片。一些卫星客户的微切片占200％。他们只是想确保一切都按照他们想要的方式构建，他们自己的规格甚至超出了IPC Class 3A的范围。它们对设计规则非常严格，对过程控制和发布等都非常严格。