从航天器中的振动启发，看 PCBA如何做振动防护

振动对印刷电路板导致疲劳并最终使太空任务中的某些部件失效。这些电子设备应在恶劣的空间环境中精确运行并确保高可靠性。航天器中的振动会导致显着的能量损失和不受欢迎的噪音。

火箭发动机点火后，发射台、航天器和运载火箭内会以声学（声波反射）和振动的形式产生强烈的噪音。印刷电路板是由于此类高振动而容易发生故障的组件。

在太空飞行的发射过程中，除了辐射和真空条件施加的物理压力外，电路板还会承受极端的冲击和压力。在真空条件下，电路板产生的热量难以散发，导致PTH和焊点开裂。当沉积在表面的带电粒子进入电路板时，就会发生静电放电 (ESD)。因此，最好避开收集电荷的物体（电荷储存粒子，如FR4, Kapton) 在航天器中。

目录

1航天器有哪些不同类型的振动？

1.1火箭噪音

1.2空气动力激发

1.3湍流环境

1.4直接振动激发

2振动对航天器PCBA的影响

2.1如何保护电路板不振动

3防止振动的 PCB 设计注意事项有哪些？

3.1航天器中的热传递

航天器有哪些不同类型的振动？

1. 火箭噪音
2. 空气动力激发
3. 湍流环境
4. 直接振动激发

火箭噪音

发射时的噪音会损坏航天器、精密电子设备和有效载荷包（飞机或运载火箭携带的物体或实体）。

空气动力激发

在高速飞行过程中，空气动力学中会出现各种可能激发飞行器振动的情况。这些包括：

为了消除这种振动，有必要修改空气动力学设计和飞行剖面。

湍流环境

直接振动激发

即使在火箭发动机由于自身运行而发生升空振动之后。这是由于火箭发动机的燃烧不稳定性。要解决这些问题，必须对发动机设计进行审查。

在低频发生的振荡被称为突突。而在高频下出现的振荡被称为尖叫。影响这些振荡的因素将取决于诸如推力之类的可变力。

航天器振动源可能因火箭类型、任务和有效载荷而异。因此，必须进行飞行前测试以确保机载系统（例如电子设备和组装板）可靠运行。

振动对航天器PCBA的影响

由于PCBA振动的后果，会出现以下故障：

如何保护电路板不振动

电路板的振动保护必须在初始阶段确认印刷电路板设计. 以下是一些必要的措施：

手工焊接

可靠性是空间硬件的重要因素。如果电子硬件出现故障，则无法修复，因此必须极其可靠才能将故障风险限制在几乎为零。此外，长期卫星任务需要数年保持一致的性能，而不会出现任何技术故障。板上的单个故障会导致航天器的功能丧失。要详细了解常见故障类别的更多信息，请参阅PCB电子元器件故障的6种类型.

PCB振动测试

防止振动的 PCB 设计注意事项有哪些？

高度可靠的电路板需要严格的空间 PCB 设计指南、稳健的设计流程和高效的技术。该过程满足电路的电气、机械和热条件。

有几个设计指南可以减少振动对 PCBA 的影响：

敷形涂层

检查所有组件以消除不合格产品、缺陷零件或可能出现故障的组件至关重要。此外，验证零件假冒电子元件在高可靠性应用中避免任何严重后果至关重要。

航天器中的热传递

飞行器与周围环境（包括太阳、地球、大气层和空间）之间的热平衡会影响航天器在地球轨道上的表面温度。太阳能可以直接从太阳接收，也可以从地球及其大气（反射）间接接收。平均温度 在太空中大约为 3 K。保持热平衡在太空飞行器中。传导和辐射是仅有的两种热传递方式，可以消除航天器中多余的热量。作为国际空间站（ISS）面向太阳，其表面温度可达121°C. 在远离太阳的方向，温度可以达到-157°C.

传导是在接触的物质之间或通过接触的物质传递热量。航天器周围的热量由于传导而移动。有一些形式的辐射是可见的（可见光）或可以感觉到的（红外辐射）。而其他的，如 X 射线和伽马射线，是不可见的，需要特殊的设备来观察。

有一些热控制技术：

散热器
加热后，几种材料发出的红外辐射比其他材料好。这些用作散热器。否则会过热的组件连接到由这些材料制成的板上并暴露在空间中。热量通过传导从组件传递到散热器，最后通过红外辐射传递到空间。

保温毯
保温毯，也称为太空毯，是围绕航天器的外部保护罩。它由多层薄板组成，提供绝缘以减少由于热辐射引起的热损失。它充当抵御微流星体撞击的屏障。

表面涂层
表面涂层会影响辐射与物体的相互作用。这些涂层决定了外部热源吸收、辐射和反射的热量。

加热器
加热器保护组件免受寒冷环境的影响，并补偿未散发的热量。加热器的作用是通过将特定组件与恒温器或固态控制器相结合，为特定组件提供精确的温度控制。即使在打开组件之前，加热器也能保持组件的最低工作温度。

考虑到上述事实，控制振动对 PCBA 的影响至关重要。适当的测试和验证可确保航天器的可靠性。

如果您对航天器的振动还有任何疑问，请在评论部分告诉我们。要了解在太空和国防电子设备中实施的 3 类板，请下载IPC Class3设计指南。