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Military and Aerospace Electronics Design

To make sure that electronic products are suitable for flight or combat, they need to be tough, dependable, and small in size. It is important to ensure that your design data is secure with encryption and authentication, especially in industries that require high security measures such as aviation and defense. Keeping a record of design changes and decisions is also essential when dealing with regulatory bodies like the FAA or the military.

Certifications and standards such as MIL-STD-275, FSC-5998, DO-254, and ISO-14300 are vital in these industries, but they can be overwhelming to manage. Using systems that formalize and automate revision, lifecycle, design templates, and numbering schemes can help streamline the process. While basic PCB and schematic tools may be easy to use, they may not provide the required rigor for high reliability defense and aerospace products.

To achieve the standards and certifications required for space, air, land, and sea, you need tools that include workflow and data management capabilities that align with certification and commissioning programs.

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あなたのSMDコンポーネントは航空宇宙用に信頼性がありますか? あなたのSMDコンポーネントは航空宇宙用に信頼性がありますか? 1 min Blog PCB設計者 PCB設計者 PCB設計者 航空宇宙システムは、商用および軍事の両セグメントで、最高レベルの信頼性が求められる分野です。これらのシステムは、地球の軌道やそれを超える場所を含む、広範囲の温度、圧力、高度で動作することがあります。そのため、航空宇宙システムには、永続的な稼働時間と、連続稼働10,000時間を超えるMTBF値での長寿命が期待されます。 これらの環境で使用されるSMD部品、特に集積回路や受動部品は、コンポーネントの寿命を実現するために、特定の材料、構造、およびテスト要件を満たす必要があります。航空宇宙システムのBOMを構築する前に、部品が飛行に適格であるかどうかを理解しておくことが重要です。 信頼性を損なうコンポーネント要因 材料 材料は、大きな温度変化や振動に耐えられるほど強くなければなりませんが、電子部品に使用される材料にはそれ以上のことが関係しています。これらの要因のいずれかが、設計が飛行の準備ができたときにコンポーネントの早期故障につながる可能性があります: 製品が非常に高い高度(低圧)または真空環境で展開される場合、熱可塑性材料はアウトガスのテストを受ける必要があります。 高蒸気圧を持つ金属、例えば亜鉛やカドミウムは、これらの金属が昇華するため、真空環境での使用は避けるべきです。昇華を防ぐためにニッケルメッキを使用することができますが、これはいくつかのテストで確認する必要があります。 純錫を含むコンポーネントや一部の錫ベースのメッキが施されたコンポーネントは、飛行中にウィスカリングを起こすことがあります。これは、ウィスカリングが時間とともに成長するにつれて、ショートのリスクを生み出します。 金属コンポーネントボディ 金属製のケーシングやエンクロージャを持つコンポーネントは、一般的に熱可塑性コンポーネントよりも機械的に強いですが、金属ボディは高度が上がるにつれてショートやアーキングの危険を生じさせます。これは、高度が上がるにつれて空気の密度が低下するため、空気の誘電強度が低下するためです。その結果、高高度で動作する電気機器や電子デバイスは、低下した誘電強度を補うために、より高い基本絶縁レベル(BIL)または導体間のより大きなクリアランスが必要になる場合があります。 実際に、IPC-2221B標準のクリアランスとクリープ距離を見ると、この標準がDC/ピークAC電圧の機能として導体間隔要件を定義していることがわかります。表6-1を見て、B2列とB3列を比較すると、これらの値の大きな違いは基板が配置される高度に基づいていることがわかります(下の画像の脚注を参照してください)。 IPC-2221B導体間隔要件。 この記事でさらに学ぶ。 B4列とA5列は、任意の高度で2つの被覆導体のクリアランス値を指定しており、これは高高度で被覆されていない導体のより高いクリアランス要件に対する一つの解決策を提供します。問題は、被覆が上記の熱可塑性材料の問題と同様に、ガスを放出する可能性があることです。任意の被覆、ポッティング材料、またはエンカプセラントは、使用前にガス放出のテストを受けるべきです。 構造サポート 集積回路やSMDパッシブ部品は、単なる材料の塊ではありません。それらは内部構造を持っており、その構造が機械的信頼性を決定します。部品が十分に強い内部構造を持っていない場合、低圧または高圧で故障する可能性があります。 高圧電子機器に関する別のブログで議論した研究結果と同様に、同じグループの部品が低圧で故障することがあります。HV/UHV環境での長期間のテストとその後の検査を行うことで、低圧で故障する部品を特定することができます。 垂直オフセット部品 一部の部品は着陸パッドに対してフラッシュに座らないか、部品とPCBの間に大きな隙間がある場合があります。これは、飛行中の大振幅振動のリスクを生じさせ、はんだ疲労およびアセンブリの故障につながります。 この問題に対処するために、部品とPCBの隙間を埋めるために、部品の下にスペーサーや充填剤が必要になる場合があります。充填剤はエポキシまたは小さなプラスチックスペーサーであることができますが、サポートはアウトガスと熱信頼性のために適格である必要があります。エポキシ充填剤は小さな部品の下での作業が難しい場合があります。これらの部品にスペーサーやアンダーフィルを適用するための能力とプロセスについて、MIL-SPEC準拠のPCBアセンブラに相談してください。 記事を読む
軍用グレードのエレクトロニクス設計:Altium Designerを用いたPCB仕様 軍用グレードのエレクトロニクス設計:Altium Designerを用いたPCB仕様 1 min Blog PCB設計者 製造技術者 認定マネージャー PCB設計者 PCB設計者 製造技術者 製造技術者 認定マネージャー 認定マネージャー 軍用グレードのPCBは、厳格な性能、調達、製造要件を多数の基準で規定しています。軍用電子システム用の次のプリント基板を製造および組み立ての準備をする際には、重要な調達および品質基準にも従う必要があります。これらの要件をすべて満たす最も簡単な方法は、設計および生産計画ツールを単一のプログラムでアクセスできる場合です。 Altium Designer は、このタイプの設計環境を提供する唯一のプログラムです。統合されたPCB設計パッケージで、単一のプログラム内に最高のレイアウト、シミュレーション、調達ツールを備えています。 軍用PCBに関する基準のリストは長すぎてここには記載できませんが、これらの基準の多くはIPC-A-610Eクラス3基準から派生しています。これらの基準は、厳しい環境での永続的な稼働を提供する高性能電子製品の性能要件を指定しています。これは、軍用および航空宇宙用PCBが設計、製造、組み立ての面で特別な考慮が必要であることを意味します。 航空電子、航空宇宙、および軍事システムでは、回路基板はほとんどの場合、カスタムファームウェア、揮発性および非揮発性メモリ、通信機能、および信号処理機能を含むオンボード処理を常に含む大規模な組み込みシステムの一部です。これらのシステムのコンポーネントは、これらのシステムの機能を保証するために、準拠したベンダーから調達されなければなりません。 軍用グレードのPCB仕様の長いリストを考えると、電子設計者はこれらの基準に準拠しながらデバイスを作成するのを助けるソフトウェアが必要です。これらのシステムには、性能要件を保証するために設計された厳格な基準があり、設計者はルール駆動型の設計エンジンに基づいて構築された設計ソフトウェアを使用することで、これらの基準に準拠していることを確認できます。Altium Designerだけがこの作業を簡単にし、重要な軍用グレードのPCB仕様に対して設計し、リアルタイムでレイアウトを検証するのを助けます。 設計のための軍用グレードPCB仕様 軍用グレードのPCB基準は、製造された製品に課される電子基準の中で最も厳格なものと言えます。これらのシステムは厳しい環境に耐えなければならず、より高い動作要件を持ち、永続的な稼働時間を維持するためにより高い信頼性基準を満たさなければなりません。特に、MIL-PRF-31032の基準セットは、プリント基板に適用できる中で最も厳格なものの一つです。あなたのPCBレイアウト、製造プロセス、および材料は、この基準の下で規制されています。軍事基準で指定されている部品や組み立てに関連する他の多くの側面があります。 軍用グレードPCBの性能要件 軍用グレードのPCBは、信頼性を確保するために最大電流と熱負荷に耐えられるように設計されるべきです。これらのデバイスは、ESDを耐え抜き抑制すること、重要なFCC EMC基準を満たすこと、その他多くのことにも対応できるように設計されるべきです。移動式軍用電子機器では、バッテリー寿命を延ばすために消費電力も重要な考慮事項となるかもしれません。シミュレーションと分析パッケージを含む適切な設計ソフトウェアを使用することで、軍用グレードのPCB仕様を満たす電子機器を設計できるようになります。 熱管理は、軍用PCBの重要な運用面の一つです。熱管理は、過酷な環境でもPCBが信頼性を保つことを確実にします。 PCBの熱管理と放熱技術についてもっと学びましょう。 航空宇宙および軍用PCBは、内部に実装されるか外部サージプロテクタを使用して、過渡電圧保護が必要です。 PCBのESD保護についてもっと学びましょう。 フレックスおよびリジッドフレックスPCB設計がより一般的になるにつれて、これらのボードは軍用システムにも続々と導入されていきます。 フレックスおよびリジッドフレックスPCBのレイヤースタックアップを設計する方法についてもっと学びましょう。 Altium 記事を読む