Negli ultimi anni, la pressione per ridurre i costi da parte dei governi di tutto il mondo, ha comportato una drastica riduzione dei bilanci dedicati alla difesa. L'approvvigionamento di componenti per i sistemi elettronici è un'area in cui i tagli si sono manifestati più pesantemente, soprattutto per quanto riguarda le applicazioni non "mission critical".
I componenti qualificati per usi militari sono più costosi non solo a causa dei processi di qualificazione più rigorosi e dei cicli di test più approfonditi (spesso ripetuti a limiti parametrici estremi e in condizioni ambientali difficili), ma anche perché devono rispettare norme rigorose stabilite da organismi nazionali o internazionali che definiscono la qualità e altri criteri di prestazioni o di fabbricazione. Il termine Cots (Commercial Off-The-Shelf) si riferisce ad una iniziativa pensata per offrire ai progettisti di sistemi elettronici militari e aerospaziali l'accesso a soluzioni low cost alternative ai prodotti a specifiche militari. Pur non essendo stati appositamente progettati o qualificati per il mercato militare, questi prodotti possono essere componenti che i costruttori hanno specificato per lavorare su intervalli di temperatura più ampi o con una maggiore tolleranza per i parametri elettrici, come ad esempio la tensione di alimentazione.
Recentemente, i progettisti hanno manifestato l'esigenza di disporre di versioni ancora più robuste dei prodotti Cots, per soddisfare condizioni di esercizio legate, per esempio, ad ambienti ad elevata umidità o ad apparati soggetti a urti e vibrazioni di livello estremo. Queste parti, denominate Cots+, continuano a soddisfare i criteri "off-the-shelf" e possono essere selezionate da una linea di prodotti destinati ad altre applicazioni impegnative (ad esempio per il settore automotive), senza assoggettarsi alle qualifiche militari di alta affidabilità. Di seguito una panoramica sugli standard più rilevanti e la presentazione di alcuni esempi di componenti Cots e Cots+, in particolare elettronici ed elettromeccanici, attualmente a disposizione dei progettisti.
Standard e livelli di qualificazione
Date le dimensioni e l'importanza della sua industria di difesa, che affonda le radici nel dopoguerra e nell'era della guerra fredda, non è sorprendente scoprire che gli Stati Uniti, attraverso il Dipartimento della Difesa, sono sempre stati in prima linea nella definizione delle norme per il collaudo dei componenti elettronici utilizzati nei sistemi militari.
Enti come Nasa, Iso, Aec e altri sono anche responsabili di vari standard rilevanti di affidabilità e qualità.
• Lo standard Mil-Std-883 definisce metodi, controlli e procedure di collaudo uniformi per i componenti microelettronici per sistemi militari e aerospaziali, coprendo test ambientali, meccanici ed elettrici. Le procedure definite da questi standard hanno a che fare con il controllo parametrico, il test dei limiti, la qualità e la conformità, l'accettazione dei lotti, l'analisi dei guasti e l'analisi fisica distruttiva.
• Lo standard Mil-Std-202 definisce un altro insieme di metodi di prova comprendente tre classi di test, relativi alle caratteristiche ambientali, fisiche ed elettriche.
• Le norme Iso (International Organization for Standardization) affrontano la gestione e la tutela della qualità. Molti produttori di apparecchiature richiedono ai loro fornitori di componenti di essere certificati Iso 9001.
• Lo standard Aec-Q200 è definito dall'Aec (Automotive Electronics Council) e qualifica i componenti elettronici passivi definendo dei requisiti di affidabilità per l'industria automobilistica. Copre il funzionamento ad alta temperatura, la resistenza agli alti livelli di umidità e shock, e i criteri di durata correlati.
• Lo standard Mil-Dtl-38999 fa parte della serie di norme Mil-Dtl per i connettori, che illustrano la configurazione (costruzione, dimensioni, metodo di collegamento, tipo di contatto, ecc) e le prestazioni elettriche e ambientali.
• Lo standard Mil-Prf-55365 è una specifica per condensatori chip con dielettrico al tantalio che definisce le prestazioni elettriche (tensione, capacità, tolleranza, resistenza ai picchi) e i livelli di qualità, comprendendo aspetti quali la finitura delle terminazioni.
• Lo standard Mil-Prf-55681 è una specifica simile ai requisiti prestazionali di cui sopra, ma che definisce i condensatori a chip con dielettrico in ceramica.
• Lo standard Mil-Dtl-3786 e le specifiche sottostanti coprono gli interruttori rotativi: l'obiettivo è assicurare che soddisfino i requisiti dimensionali, ambientali ed elettrici.
I componenti Cots dei produttori leader
• La serie di connettori circolari Cots 38999 per Pc di Amphenol garantisce la piena compatibilità di accoppiamento con i contatti in standard D38999. La serie, conforme alle caratteristiche elettriche e meccaniche che si applicherebbero a parti completamente qualificate Mil, è realizzata con gli stessi materiali di alta qualità. I connettori sono irrobustiti con una placcatura resistente alla corrosione conforme alla norma Rohs, offrono contatti garantiti per 500 cicli di accoppiamento e raggiungono una classe protezione a standard IP67 da polvere/infiltrazioni di umidità.
• TE Connectivity produce versioni immunizzate del suo sistema di interconnessione board-to-board modulare, leggero e ad alta velocità: tali versioni sono utilizzate per gli apparati montati a rack e per i sistemi basati su bus Vme. La serie Multigig RT 2-R garantisce una maggiore precisione grazie ai pin di allineamento in acciaio inox e alle prese microlavorate. Le prestazioni elettriche sono migliorate grazie ai contatti a ridondanza quadrupla e all'area estesa di accoppiamento.
• Grayhill è un fornitore leader di componenti elettromeccanici per l'industria della difesa e aerospaziale. I dispositivi rotanti quali gli encoder della serie 26 e gli switch della serie 77 impiegano guarnizioni per alberi e pannelli resistenti a polvere, umidità, nebbia salina e anche all'immersione completa. I suoi commutatori rotativi hanno una coppia elevata e funzionalità di rotazione a spinta o a estrazione per evitare l'azionamento accidentale. I contatti dell'interruttore elettrico sono placcati in oro e garantiscono una lunga vita operativa.
• Avx produce condensatori chip al tantalio ad alta affidabilità secondo vari gradi di conformità che vanno da Cots+, a Mil-Prf-55365 (compreso il livello "T"), fino al rilascio SRC9000 per applicazioni spaziali.
• Kemet offre prodotti Cots derivati dagli stessi componenti utilizzati per i suoi prodotti Mil-spec. Esempi sono i condensatori ceramici multistrato a chip di qualità Cots, soggetti alla stessa tensione di condizionamento e agli stessi test post-elettrici definiti dalla norma Mil-Prf-55681. Per una maggiore affidabilità, Kemet offre anche opzioni aggiuntive di test e di certificazione di conformità.
Standard e componenti Cots
Capire la complessità e la diversità degli standard attinenti ai componenti militari e aerospaziali è di per se una sfida. Non sorprende quindi che garantire i processi di qualificazione e di collaudo contribuisce sostanzialmente all'aumento dei costi. Ovviamente, quando le applicazioni non hanno particolari criticità, dal punto di vista economico il ricorso a componenti Cots è preferibile, considerando anche che è sempre possibile utilizzare versioni di progetti Cots destinate a condizioni operative difficili o ostili.
