Ventajas de los circuitos flexibles para aplicaciones espaciales

planets in space

A veces la gente me pregunta por qué es importante viajar al espacio. La respuesta me parece obvia todas las noches cuando me voy a dormir. Mi almohada está hecha de espuma de memoria, que fue desarrollada por la NASA. Sus esfuerzos de investigación para la exploración espacial han llevado a una serie de otros descubrimientos y dispositivos importantes de los que todos nos beneficiamos hoy. Otra tecnología útil que se desarrolló originalmente para la industria aeroespacial son los circuitos flexibles. Los PCB rígidos flexibles y totalmente flexibles tienen varias ventajas sobre los PCB tradicionales cuando se trata de volar alrededor de la Tierra y muy por encima. Cosas como el peso reducido y el volumen aumentaron la confiabilidad y un diseño más innovador hacen de los circuitos flexibles una excelente opción para el infinito y más allá. Un material particular que destaca todas estas ventajas es Kapton®.

Ligero y bajo volumen

Puede que no pienses que el peso importa mucho en lo que respecta a la exploración espacial. Después de todo, todo es esencialmente ingrávido, ¿verdad? Desafortunadamente, los cohetes y sus cargas aún experimentan gravedad durante el despegue. Llevar algo del suelo a la órbita es uno de los más intensivos en energía de todo el proceso. Los circuitos flexibles tienen poca masa y ocupan menos espacio que los PCB tradicionales, lo que los hace perfectos para el sector aeroespacial.

Los circuitos flexibles son naturalmente más ligeros que una placa normal. En lugar de utilizar un sustrato rígido grueso, se montan sobre una película delgada. El ahorro de peso del sustrato se agrava a medida que se agregan capas, lo que puede resultar en una reducción de peso de hasta el 75%. Puede que no parezca significativo, pero cuando tiene que pagar su propio combustible para cohetes, cada onza es importante.

Los circuitos flexibles no solo son más ligeros, sino que también son más pequeños. Obviamente, una película delgada ocupa menos espacio que un sustrato grueso, pero el principal ahorro de volumen proviene de la flexibilidad. Mientras que una placa tradicional necesita una cantidad determinada de espacio en 3D, una PCB flexible se puede comprimir o doblar en rincones y grietas. También se pueden doblar en formas 3D únicas y llenar el espacio no utilizado. Con suficiente creatividad, puede ahorrar hasta un 60% de espacio en comparación con las placas normales. El tamaño importa porque una carga útil más grande significa un vehículo de lanzamiento más grande y más pesado.

Rocket launching

No querrás cargar ningún peso extra durante el lanzamiento.

Confiabilidad

Al diseñar placas para el espacio, la confiabilidad es muy importante. La NASA lanzó la Voyager One hace 36 años, y todavía está volando. Sus circuitos deben ser bastante confiables si van a volar por el espacio durante 36 años. Las placas flexibles pueden soportar fuerzas más dinámicas que una placa tradicional, y eliminan los puntos de interconexión de fallos altas.

Las naves espaciales están sujetas a todo tipo de fuerzas dinámicas, principalmente durante el despegue. Las fuerzas dinámicas son la ruina de las placas tradicionales, con vibraciones que causan hasta un 20% de fallos. Las placas flexibles flexibles y rígidas están hechas para girar durante la operación y pueden flexionarse miles de veces antes de fallar. Esto ayudará a que las tablas flexibles se doblen en lugar de romperse y sigan trabajando en condiciones difíciles.

Las conexiones como juntas de soldadura, rizos, etc. también son un riesgo importante de fallo. Estos accesorios también pueden romperse por fuerzas dinámicas. Los circuitos flexibles eliminan este riesgo al eliminar las conexiones. La mayoría de las conexiones en placas flexibles se realizan dentro del sustrato. Para que falle una conexión, toda la PCB tendría que fallar. Por lo tanto, los circuitos flexibles eliminan casi por completo un punto de fallo para su placa.

Satellite orbiting earth

Los circuitos flexibles son perfectos para desplegar.

Versatilidad

El vacío del espacio es un lugar desalentador lleno de desafíos difíciles. Los ingenieros necesitan componentes versátiles para superar esos obstáculos. Los circuitos flexibles proporcionan adaptabilidad física que puede permitir a los diseñadores implementar formas extrañas y extensibles en su nave espacial.

A veces no es conveniente atascar un rectángulo rígido grande en un área pequeña en una nave espacial. Los circuitos flexibles pueden adaptarse a cualquier superficie sobre la que estén montados. Esto significa que se pueden montar donde se necesiten. En lugar de pasar cables desde una unidad central a conjuntos de sensores remotos, puede montar su circuito justo al lado de los conjuntos.

La flexibilidad también es útil cuando desea implementar extensible. Todos hemos visto cosas como paneles solares desplegables en satélites. Al igual que las fuerzas dinámicas y la vibración pueden debilitar las placas tradicionales, extenderlas y retraerlas puede causar desgaste en los cables y PCB convencionales. Por lo general, se arriesgaría incorporando ese tipo de aparato. Sin embargo, dado que los circuitos flexibles están hechos para ese tipo de movimiento, puede usar equipos prescindibles sin temor.

Kapton®

Los circuitos flexibles están hechos de muchos materiales, pero uno, en particular, ya se usa ampliamente para aplicaciones espaciales. Kapton® es una película delgada de poliimida que ya se ha utilizado en múltiples misiones espaciales para todo, desde calentadores hasta células solares.

Una de las razones por las que a menudo se elige Kapton® es por su peso ligero. Esto lo ha convertido en una opción principal para todo, desde aislamiento de cables en cohetes hasta calentadores en vehículos móviles. Kapton® también se utiliza debido a sus propiedades mecánicas y resistencia a las vibraciones. Estos lo ayudan a mantener seguros los paneles solares y los sensores ópticos durante la operación. Este material exhibe todas las cualidades que hacen que los circuitos flexibles sean útiles para los viajes espaciales, por lo que no sorprende que tantas misiones espaciales lo usen.

Ya sea que envíe todo el camino a Marte, o en algún lugar más cercano como la Estación Espacial Internacional, desea asegurarse de que su carga llegue a su destino final. Los circuitos flexibles ayudarán a minimizar el tamaño de su nave espacial y despegarla. También mejorará la confiabilidad y le dará más opciones cuando se trata de diseño.

Ahora que comprende por qué debería usar circuitos flexibles, necesita un software de diseño de PCB que lo ayude a fabricarlos. Por suerte para usted, Altium Designer® tiene herramientas que pueden facilitar el diseño flexible. Altium te ayudará a despegar tu nave espacial en poco tiempo.

¿Tiene más preguntas sobre circuitos flexibles? Llama a un experto en Altium.

Acerca del autor

Altium Designer

PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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