Wesentliche DFM-Tipps für Luft- und Raumfahrtprojekte

Design für die Fertigung (DFM) kann ziemlich komplex sein. Es beinhaltet die Erstellung von Produkten, die leicht herzustellen sind, während gleichzeitig hohe Qualität, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz sichergestellt werden. DFM umfasst auch verwandte Konzepte wie Design für Zuverlässigkeit (DFR), Design für Testbarkeit (DFT) und Design für Montage (DFA).

In der Raumfahrtindustrie sind die Anforderungen an DFM noch größer. Designer müssen extreme Umgebungen berücksichtigen, einschließlich Temperatur, Strahlung und Vakuum. Die Komplexität erhöht sich aufgrund strenger Zuverlässigkeitsanforderungen und unterschiedlicher Standards verschiedener Raumfahrtagenturen wie ESA und NASA. Komponenten, die diesen Standards entsprechen, können extrem kostspielig sein, wobei jede Überarbeitung der Platine weitere Kosten verursacht. Ob Sie Ihre erste PCB für den Weltraum entwerfen oder einfach nur neugierig auf den Prozess sind, lesen Sie weiter. Auch erfahrene Anwender können hier wertvolle Einblicke finden.

Halten Sie frühzeitig Kontakt zu Ihrem PCB-Hersteller

Dies mag offensichtlich erscheinen, aber es ist entscheidend. Von Anfang an müssen Sie Stackup und Materialien auswählen, die Ihren Design- und Qualitätsanforderungen entsprechen. Stellen Sie sicher, dass das Prepreg und der Kern niedrige Ausgasungseigenschaften haben, insbesondere wenn Ihre Platine in der Nähe von optischen Elementen sein wird. Entscheiden Sie frühzeitig, ob Sie HDI (High Density Interconnect) verwenden werden, was die PCB kleiner und zuverlässiger machen kann, allerdings auch höhere Herstellungs- und Testkosten mit sich bringt. Sie können μvias in Ihrem Stackup einfach definieren.

Um die Zuverlässigkeit der Verbindungen zu erhöhen, verwenden Sie zwei oder mehr Laser-Vias, auch für Signale, die niedrige Ströme führen.

Zwei Vias im Pad. Die Farbe der Vias zeigt die unterste Schicht und die Schicht direkt darüber an.

Halten Sie frühzeitig Kontakt zu Ihrem Montagebetrieb

Dieser wichtige Punkt wird oft übersehen. Jeder Montagebetrieb hat spezifische Prozesse für verschiedene Footprints, was bedeutet, dass die Größe des Footprints den Anforderungen des Montagebetriebs entsprechen muss. Für ein Engineering-Modell (EM) könnten Sie Komponenten verwenden, die nicht für den Weltraum qualifiziert sind, mit unterschiedlichen Footprints. Es ist eine gute Praxis, Platz auf Ihrer Platine für Komponenten des Flugmodells (FM) zu reservieren. Stellen Sie außerdem sicher, dass alle Footprints durch die Verwendung eines Vergleichsberichts auf dem neuesten Stand sind.

Beispielansicht eines Vergleichsberichts

Erwägen Sie Klebstoff für schwerere Komponenten

Schwerere Komponenten benötigen Klebstoff für die Stabilität. Lassen Sie Platz auf dem Footprint für diesen Klebstoff. Sie können dies angeben, indem Sie Informationen auf einer anderen Schicht platzieren oder eine Sperrzone ausweisen, um sicherzustellen, dass nichts anderes in diesem Bereich platziert wird.

Footprint, bei dem die Platzierung des Klebstoffs durch Sperrzonen markiert ist (zwei rote Rechtecke an beiden Seiten)

Vergessen Sie das Testen nicht

Tests sind in der Raumfahrtindustrie entscheidend, da Reparaturen im Orbit nicht möglich sind. Vermeiden Sie es, Signale an Lötstellen zu prüfen, da dies diese belasten kann. Platzieren Sie stattdessen Testpunkte auf Ihrer Platine für eine gründliche Überprüfung. Es ist hilfreich, GND-Punkte in der Nähe zu platzieren.

Typisches Schaltsymbol für Testpunkte

Testpunkt auf der PCB

Erlauben Sie Ihrer Platine, auszugasen

Auch Materialien, die die Anforderungen der Raumfahrtindustrie erfüllen, können leicht ausgasen. Um dies zu erleichtern, verwenden Sie geschlitzte Polygone auf der PCB. Denken Sie jedoch daran, die Signalintegrität und das Stromverteilungsnetzwerk zu berücksichtigen, da es Fälle geben wird, in denen ein solider Ground notwendig ist.

Eigenschaften des Polygons

Seien Sie vorsichtig mit dem Kupfergleichgewicht

Die Aufrechterhaltung des Kupfergleichgewichts zwischen den einzelnen Schichten ist entscheidend, um Verwerfungen zu verhindern und einen zuverlässigen Ätzprozess zu gewährleisten. Das Kupfergleichgewicht nimmt üblicherweise die Form von kleinen Quadraten, Kreisen oder einer einfachen gegossenen Ebene an und ist mit keinem Netz verbunden.

Beispiel für das Kupfergleichgewicht

Jedoch Vorsicht! Nicht verbundenes Kupfer auf Ihrer Platine kann aufgrund von Strahlung geladen werden und letztendlich entladen, was Schäden verursachen kann.

Um die Kupferfüllschicht Schicht für Schicht einfach zu überprüfen, gehen Sie zu Berichte -> Platineninformationen; aktivieren Sie Kupferfläche und klicken Sie auf Bericht:

Abschließende Gedanken

Verschiedene Standards (wie ECSS, MIL usw.) können schwer zu lesen sein, aber sie bieten die besten verfügbaren Richtlinien. Dieser Artikel hat nur an der Oberfläche des DFM in der Raumfahrtindustrie in einer zugänglicheren Weise gekratzt. Die Raumfahrtindustrie priorisiert Zuverlässigkeit und Überlegungen zu extremen Umgebungen, was sie von der PCB-Design auf der Erde unterscheidet. Ich hoffe, diese Punkte leiten Sie in die richtige Richtung und gewährleisten einen reibungslosen Produktionsprozess mit minimalen Überarbeitungen.