NASA devre kartlarındaki çip direnç çatlaklarını inceledi

NASA projelerinde yaygın biçimde kullanılan çip dirençlerde, çevresel testler sırasında alümina taban malzemesinin çatlaması nadir görülen bir durum. Yine de kartların montajı sonrasında uygulanan testlerde iki kalın film çip direncin gövdesinde çatlak gözlendi. Bulgu, NASA'nın teknik bülteninde baskılı devre kartı montajına dair bir uyarı olarak yer aldı; konuyla ilgili iletişim kişisi Langley Araştırma Merkezi'nden Joel W. Sills olarak gösteriliyor.

Testlerde ne görüldü?

Bildirilen iki olayda çatlaklar, titreşim testinin ardından yapılan termal çevrim sırasında ortaya çıktı. Kırılmalar direncin kısa ekseni boyunca, yani gövdeyi enine kesen bir çizgide oluştu. Çip dirençler, seramik bir taban üzerine direnç filminin ve uç metalizasyonlarının işlenmesiyle üretilen küçük yüzey montajlı parçalardır. Bu yapıda taban malzemesi sert ama kırılgandır; bu nedenle mekanik gerilim yükü kart ile parça arasında nasıl paylaşılıyorsa, çatlama riski de ona göre değişir.

Elde edilen bilgiler, sorunun tek başına parçanın kendisinden değil, parçanın kart üzerindeki montaj koşullarından ve test sırasında maruz kaldığı yüklerden kaynaklanabileceğini düşündürüyor. Titreşim, lehim bağlantılarında ve gövdede yorulma etkisi bırakabilir. Ardından gelen sıcaklık döngüleri ise malzemelerin farklı oranlarda genleşip büzülmesiyle ek gerilim doğurur. Kaynak metin, bu iki etkinin art arda uygulanmasının çatlakların görünür hale gelmesiyle aynı dönemde yaşandığını gösteriyor.

Neden önemli?

Uzay araçlarında elektronik kartlar fırlatma titreşimine ve yörüngedeki ısınma-soğuma döngülerine dayanmak zorundadır. Bu yüzden elektronik montajlar, uçuşa gitmeden önce titreşim, termal çevrim ve termal vakum gibi testlerden geçirilir. Testlerin amacı, sahada telafisi imkânsız arızaları yerde yakalamaktır. Böyle bir çatlak, direnç değerinin kayması ya da devrenin açık kalması gibi sonuçlar doğurabilir; sorunun ciddiyeti, parçanın devredeki işlevine bağlıdır.

Çip dirençler basit ve ucuz bileşenler olarak görüldüğünden, arıza modları çoğu zaman daha karmaşık entegre devrelere kıyasla az dikkat çeker. Bu tür nadir olaylar, rutin parçaların da montaj ve kart esnemesi bakımından incelenmesi gerektiğini hatırlatıyor. Üreticiler ve entegrasyon ekipleri için çıkarılacak ders, parça boyutu, yerleşim yönü, lehim miktarı ve kartın mekanik desteği gibi tasarım ayrıntılarını test planıyla birlikte değerlendirmek.

Mühendisler için çıkarım

Bu tür bültenler, bir ekibin yaşadığı sorunu diğer projelerle paylaşmak için hazırlanıyor. Burada da amaç, çatlama olaylarının farkına varılmasını ve benzer kartlarda aynı riskin önceden değerlendirilmesini sağlamak. Kaynakta öne çıkan nokta, olayların nadir olması ama gerçekleştiğinde belirli bir kırılma biçimi izlemesi: kısa eksen boyunca oluşan gövde çatlağı.

Uzay elektroniğinde güvenilirlik, tek tek parçaların kalitesi kadar kart düzeyindeki montaj kararlarına da dayanır. Bu nedenle çatlak gözlenen kartlarda sorunun kaynağını belirlemek, yalnızca ilgili parçayı değiştirmekten daha önemli olabilir. NASA'nın bu bulguyu teknik bülten kapsamında yayımlaması, benzer hataların başka görevlerde tekrarlanmasını azaltmaya yönelik bir adım olarak okunabilir.