Mẹo thiết kế cho sản xuất (DFM) cần thiết cho các dự án hàng không vũ trụ

Thiết kế cho Sản xuất (DFM) có thể khá phức tạp. Nó bao gồm việc tạo ra các sản phẩm dễ dàng sản xuất đồng thời đảm bảo chất lượng cao, độ tin cậy và hiệu quả về chi phí. DFM cũng bao gồm các khái niệm liên quan như Thiết kế cho Độ Tin Cậy (DFR), Thiết kế cho Khả năng Kiểm tra (DFT), và Thiết kế cho Lắp ráp (DFA).

Trong ngành công nghiệp vũ trụ, yêu cầu DFM còn cao hơn nữa. Các nhà thiết kế phải tính đến môi trường cực đoan, bao gồm nhiệt độ, bức xạ và chân không. Độ phức tạp tăng lên do yêu cầu độ tin cậy nghiêm ngặt và các tiêu chuẩn khác nhau giữa các cơ quan vũ trụ như ESA và NASA. Các thành phần đáp ứng những tiêu chuẩn này có thể cực kỳ đắt đỏ, với mỗi lần sửa đổi bảng mạch làm tăng thêm chi phí. Dù bạn đang thiết kế PCB đầu tiên cho vũ trụ hay chỉ đơn giản là tò mò về quy trình, hãy tiếp tục đọc. Ngay cả những người dùng có kinh nghiệm cũng có thể tìm thấy những hiểu biết quý giá ở đây.

Duy trì Liên lạc Sớm với Nhà Sản xuất PCB của Bạn

Điều này có vẻ hiển nhiên, nhưng lại vô cùng quan trọng. Ngay từ đầu, bạn cần chọn lựa cấu trúc và vật liệu phù hợp với yêu cầu thiết kế và chất lượng của mình. Đảm bảo rằng prepreg và lõi có tính chất thấp về khí thoát ra, đặc biệt nếu bo mạch của bạn sẽ được đặt gần các yếu tố quang học. Quyết định sớm nếu bạn sẽ sử dụng HDI (High Density Interconnect), có thể làm cho PCB nhỏ gọn và đáng tin cậy hơn, mặc dù nó đi kèm với chi phí sản xuất và kiểm tra cao hơn. Bạn có thể dễ dàng định nghĩa μvias trong cấu trúc của mình.

Để tăng độ tin cậy của các kết nối, sử dụng hai hoặc nhiều vias laser, ngay cả đối với các tín hiệu mang dòng điện thấp.

Hai vias trong pad. Màu của các vias chỉ ra lớp dưới cùng và lớp ngay trên nó.

Duy trì Liên lạc Sớm với Nhà Lắp ráp của Bạn

Điểm quan trọng này thường bị bỏ qua. Mỗi nhà lắp ráp có quy trình cụ thể cho các kích thước footprint khác nhau, nghĩa là kích thước footprint phải phù hợp với yêu cầu của nhà lắp ráp. Đối với một Mô hình Kỹ thuật (EM), bạn có thể sử dụng các thành phần không được chứng nhận cho không gian với các footprint khác nhau. Thực hành tốt là dành không gian trên bo mạch của bạn cho các thành phần Mô hình Bay (FM). Ngoài ra, đảm bảo tất cả các footprint được cập nhật bằng cách sử dụng Báo cáo So sánh.

Hiển thị mẫu của báo cáo so sánh

Xem xét sử dụng Keo dán cho các Thành phần Nặng

Các linh kiện nặng cần có keo dán để đảm bảo sự ổn định. Hãy để lại không gian trên bản vẽ chân linh kiện cho keo dán này. Bạn có thể chỉ ra điều này bằng cách đặt thông tin trên một lớp khác hoặc chỉ định một khu vực không được phép đặt để đảm bảo không có gì khác được đặt trong khu vực đó.

Bản vẽ chân linh kiện nơi vị trí của keo dán được đánh dấu bằng khu vực không được phép đặt (hai hình chữ nhật màu đỏ ở cả hai bên)

Đừng Quên Về Việc Kiểm Tra

Kiểm tra là rất quan trọng trong ngành công nghiệp vũ trụ vì việc sửa chữa trên quỹ đạo là không thể. Tránh kiểm tra tín hiệu trên các mối hàn, vì điều này có thể gây căng thẳng cho chúng. Thay vào đó, hãy đặt các điểm kiểm tra trên bảng mạch của bạn để kiểm tra kỹ lưỡng. Việc đặt các điểm GND gần đó sẽ hữu ích.

Biểu tượng lược đồ điển hình cho các điểm kiểm tra

Điểm kiểm tra trên PCB

Cho Phép Bảng Mạch của Bạn Thoát Khí

Ngay cả những vật liệu đáp ứng yêu cầu của ngành công nghiệp vũ trụ cũng có thể thoát khí một chút. Để tạo điều kiện cho điều này, sử dụng các đa giác lưới trên PCB. Tuy nhiên, hãy nhớ xem xét Tính Toàn Vẹn Tín Hiệu và Mạng Lưới Phân Phối Điện, vì sẽ có những trường hợp cần có một mặt đất rắn.

Đặc tính của đa giác

Hãy Cẩn Thận với Sự Cân Bằng Đồng

Việc duy trì sự cân bằng đồng giữa các lớp là rất quan trọng để ngăn chặn tình trạng cong vênh và đảm bảo quá trình ăn mòn đáng tin cậy. Sự cân bằng đồng thường được thể hiện dưới dạng các hình vuông nhỏ, hình tròn, hoặc một mặt phẳng đổ cơ bản và không được kết nối với bất kỳ mạch nào.

Ví dụ về sự cân bằng đồng

Tuy nhiên, hãy cẩn thận! Đồng không kết nối trên bảng mạch của bạn có thể trở nên tích điện do bức xạ và cuối cùng phóng điện, gây hại.

Để dễ dàng kiểm tra lớp đổ đồng từng lớp, hãy vào Báo cáo -> Thông tin Bảng mạch; đánh dấu Diện tích Đồng, và nhấn Báo cáo:

Suy nghĩ cuối cùng

Các tiêu chuẩn khác nhau (như ECSS, MIL, v.v.) có thể khó đọc, nhưng chúng cung cấp những hướng dẫn tốt nhất có thể. Bài viết này chỉ mới chạm vào bề mặt của DFM trong ngành công nghiệp vũ trụ một cách dễ tiếp cận hơn. Ngành công nghiệp vũ trụ ưu tiên sự đáng tin cậy và xem xét môi trường cực đoan, làm cho nó khác biệt so với thiết kế PCB trên Trái Đất. Tôi hy vọng những điểm này sẽ hướng dẫn bạn theo hướng đúng đắn, đảm bảo quá trình sản xuất suôn sẻ với ít sửa đổi nhất.