在恶劣和极端环境中使用的PCB，需要在极端的温度、湿度、持续振动、猛烈冲击和其他可能影响可靠性及其正常性能的条件下工作。要设计和制造这类PCB，你需要有正确的知识、工具和丰富的经验。在本文的上、下两部分中，我们将讨论如何定义极端环境，以及如何设计在此类环境中工作的PCB。

NCAB集团为航空航天行业的一些应用制造PCB，这些应用通常在极端环境中工作。

2022年底，我完成了为期六周的关于军工、航空航天和其它极端环境中的PCB的IPC认证课程。这门课程深入浅出地让我了解了如何运用知识和工具，为相关行业的客户提供技术支持。无论是航空航天、军工还是其他工业类电子，恶劣的环境都意味着，PCB需要在极端的温度、湿度、持续振动、冲击和其它可能影响可靠性和正常性能的条件下工作。

我觉得有必要将这些知识分享给我们的客户和合作伙伴。在本文的上半部分，我将首先举例一些应用和产品，说明它们在极端环境下的工作状态，下半部分，我将更多地介绍相关的技术要点，以及如何设计在这些环境中工作的PCB。

 

产品和应用示例

航空航天

惯性测量单元（IMU）是一种用于测量飞机、航天器或导弹的方位、速度和加速度的电子设备。它们为飞行控制和导航提供关键数据，对于在恶劣的航空航天环境中保持安全且精确的飞行操作至关重要。

深海

自主水下航行器（AUV）是一种在没有系绳或遥控器的情况下操作的水下机器人航行器，使用自带的传感器和导航系统在深海环境中导航或执行任务。AUV可承担多种任务，如水下测绘、海洋探索、石油和天然气勘探等。

钻井

随钻测量工具（MWD）是在钻井作业过程中安装的电子设备，用于测量各种参数，如温度、压力和井眼轨迹。随钻测量工具将这些数据实时传输到地面控制系统，使钻探人员能够根据实时情况调整钻井参数。

 

我们所生产PCB的应用之一是国防工业的卫星移动通信。

 

国防

用于国防的通信系统需要可靠、耐用、坚固，能够在极端温度、湿度、冲击和振动等环境中正常工作，为国防人员提供关键数据和通信能力。

在极端环境中，PCB可能会受到哪些影响？

除上述的产品和应用外，还有很多产品也正经受着极端环境的考验。现在，让我们来看看在极端环境中的PCB可能会受到哪些影响？湿气和腐蚀

水或湿气可能渗入PCB，造成腐蚀或氧化，导致PCB及其部件随着时间的推移而失效，特别是在海下应用中，由于海水的腐蚀性，可能会加剧这一问题。

压强

在例如深海、太空等环境中，高压广泛存在。根据应用深度（高度）和类型的不同，PCB可能会受到不同程度的压力，这会影响PCB的机械完整性。在太空的真空环境中，由于缺乏大气压，PCB会遇到许多不同的问题。

温度

在这里，我们不仅仅指高温或冰点以下的温度，还关注诸如海洋中的温度变化，或者更细节的，太空中卫星的工作温度可能会根据与太阳的相对位置和方向而变化。如果卫星处于太阳直射位置，由于太阳的强热，它们可能会遭受极端温度的影响。阳面的温度可能达到200℃（392℉）或更高，而阴面的温度可能低至-200℃（-328℉）或更低。

 

我们为液压控制器、垃圾车、卡车升降机、挖掘机或林业机械等运动执行模块生产PCB。它们需要承受持续的振动和冲击。

 

振动和冲击

这些应用环境会使PCB受到猛烈冲击或持续处于振动状态中，对PCB及其组件造成损坏。比如狂风，当我在美国空军时，我看到F-16在跑道上滑行，它们承受的加速度和外力强度是惊人的，PCB需要经受住这种剧烈而快速的加速。

EMI/RFI干扰

在某些环境下，PCB可能会受到电磁干扰（EMI）或射频干扰（RFI），这会影响PCB及其组件的性能。其他极端环境危害

除上述的极端环境外，还有诸如风暴、泥沙、灰尘和碎片等工作环境，这些环境也会对处于其中的PCB造成损坏，影响其性能。

 

极端环境下，可靠PCB的必要性

最后，让我们再强调一下极端环境中的产品最关键的特点 - 它们需要可靠。在这里，没有退而求其次，这不是我的烤面包机，坏了，我可以另买一个或直接弃用。在极端环境中的产品，往往不容许失效。毕竟，把一磅的质量放到太空中，就需要花费大约1万美元。

我们必须在确保关键电子系统安全和可靠的前提下，设计PCB。必须要意识到，即便是单个PCB的故障，也可能造成严重后果，小到设备宕机，大到生命、财产或关键任务信息的损失。因此，PCB设计者和供应商都必须格外谨慎，确保他们的产品满足这些应用环境所需的高可靠性标准。我将在本文的下半部分中详细讨论这一点，敬请期待吧！

 

来源：昂森安贝

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