Savunma sanayinde çalışan biri olarak, elektronik kutulamanın ne kadar kritik olduğunu defalarca deneyimledim. Özellikle askeri projelerde kullanılan elektronik birimlerin uzun ömürlü olması için titreşim, EMI (elektromanyetik girişim) ve ısıl yönetim konularına ciddi şekilde dikkat etmek gerekiyor. Birim tasarlarken yaşanan sorunları, testlerde karşılaşılan zorlukları ve en iyi çözümleri bu yazıda paylaşacağım.
1. Titreşim ve Şok Dayanımı
Savunma sanayii projelerinde en sık karşılaşılan mekanik zorluklardan biri titreşim ve şok dayanımıdır. Elektronik kutular, taşıt platformlarında sürekli titreşime maruz kaldığından, bu titreşimlerin devre kartları ve lehim bağlantıları üzerindeki etkisini minimize etmek gerekir.
1.1. Öne çıkan sorunlar:
- Tanklar ve Zırhlı Araçlar: Sürekli sarsıntı, ani darbe ve şiddetli çarpışmalar.
- İHA’lar ve Jetler: Düşük frekanslı titreşimler, hızlanmalardan ve manevralardan kaynaklanan mekanik yükler.
- Gemi ve Denizaltılar: Düşük frekanslı dalga hareketleri, kavitasyon ve şok dalgaları.
Tasarım sürecinde, MIL-STD-810G Method 516.6 (Mekanik Şok) ve MIL-STD-810G Method 514.7 (Titreşim) testlerinden geçebilmek için aşağıdaki önlemleri almak zorunludur.
1.2. Titreşim ve Şoka Karşı En İyi Çözümler:
✔ Sağlam Malzeme Kullanımı:
- Alüminyum (6061-T6 veya 7075-T6): Hafif ve dayanıklı.
- Titanyum: Daha az kullanılıyor ama aşırı dayanıklı.
- Paslanmaz Çelik (304 veya 316L): Ağır ama mükemmel dayanım.
✔ Titreşim Sönümleme Malzemeleri:
- Şok Montajları ve Elastomerik Bağlantılar kullanarak titreşimi absorbe etmek şart.
- Wedgelock Mekanizmaları kullanarak kartların gevşemesini önlemek.
✔ PCB Tasarımında Dikkat Edilmesi Gerekenler:
- Esnek PCB bağlantıları kullanarak lehim noktalarına binen yükü azaltmak.
- Çok fazla vida delme hatasına düşmeden uygun montaj noktaları eklemek.
2. EMI / EMC Yönetimi (Elektromanyetik Uyumluluk)
Savunma elektroniğinde EMI (Elektromanyetik Girişim) ciddi bir problem oluşturabilir. Radar, RF haberleşme cihazları, güçlü motor sürücüler veya işlemciler birbiriyle elektromanyetik etkileşime girerek sistemlerin çalışmasını bozabilir.
Bu konuda MIL-STD-461F test standartlarına uyumluluk sağlanması gerekir. Özellikle CE102 (İletimden Kaynaklanan EMI) ve RE102 (Radyasyon EMI) testleri, tasarımın başından itibaren dikkate alınmalıdır.
2.1. EMI/EMC Sorunlarından Kurtulmak için Yapılması Gerekenler:
✔ Faraday Kafesi Tasarımı:
- Kutu içerisindeki elektronik devreyi tam anlamıyla metal bir gövdeyle sarmalamak.
- Kutunun kapak birleşim yerlerine iletken conta (Conductive Gasket) eklemek.
✔ Güç Girişlerinde EMI Filtreleme:
- Güç hatlarına LC Filtre veya Ferrit Boncuklar eklemek.
- Özellikle yüksek güçlü cihazlarda π (pi) filtreler kullanmak.
✔ Kablo Yönetimi:
- Shielded (Kalkanlı) Kablolar kullanarak sinyal hatlarını izole etmek.
- Tüm kablo gruplarını EMI korumalı kablo rakorları (EMI Feedthrough Filter) ile içeri almak.
✔ Topraklama:
- Kablolarda floating ground (yüzer toprak) hatasından kaçınmak.
- Kutunun metal şasesini uygun noktalardan topraklamak.
3. Isıl Yönetim (Thermal Management)
Savunma elektroniğinde ısı yönetimi, kartların güvenilirliğini belirleyen en kritik faktörlerden biridir. FPGA’ler, işlemciler, güç elektroniği bileşenleri aşırı ısındığında termal runaway (sıcaklıktan dolayı devrelerin kendini imha etmesi) meydana gelebilir.
3.1. Isıl Yönetim için En İyi Çözümler:
✔ Pasif Soğutma:
- Alüminyum Heat Sink (Isı Emici) kullanımı.
- Kutunun yüzey alanını artırarak doğal konveksiyon ile soğutma sağlamak.
✔ Heatpipe Kullanımı:
- Yüksek güçlü bileşenlerden ısıyı kutu yüzeyine taşımak için bakır heatpipe’lar kullanmak.
✔ Fanlı Soğutma:
- Yüksek sıcaklıktaki güç birimlerinde fanlı soğutma sistemlerini devreye almak.
- Savunma sanayinde fanlı çözümleri tercih etmek genellikle riskli olur, çünkü fanın çalışmaması durumunda sistemde ciddi sorunlar ortaya çıkar.
✔ Sıvı Soğutma Sistemleri:
- Radar ve yüksek güçlü RF sistemleri gibi aşırı sıcaklık üreten bileşenlerde kapalı devre sıvı soğutma kullanımı.
Birimlerin, MIL-STD-810G Method 501.7 (Yüksek Sıcaklık Testi) ve MIL-STD-810G Method 502.7 (Düşük Sıcaklık Testi) gerekliliklerini sağlaması gerekir.
Sonuç
Savunma sanayiinde bir elektronik kutu tasarlamak, sadece bir PCB’yi metal bir kutuya koymaktan ibaret değil. Titreşim, EMI ve ısıl yönetimi konusunda deneyimlerden öğrenilmiş bazı kurallar var:
✔ Titreşim için sağlam montaj, wedgelock ve esnek PCB bağlantıları kullan.
✔ EMI için metal gövdeyi kapalı tut, kabloları kalkanlı yap, filtreleme ekle.
✔ Isıl yönetimde heatpipe ve pasif soğutmayı maksimum verimde kullan.