ความก้าวหน้าในเทคโนโลยี PCB การบินและอวกาศและการขยายตลาด

ในขณะที่การสำรวจอวกาศเชิงพาณิชย์ทั่วโลกเข้าสู่ช่วงของการเปิดตัวอย่างเข้มข้น อุตสาหกรรมแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งทำหน้าที่เป็น "กรอบงาน" ของระบบอิเล็กทรอนิกส์ด้านการบินและอวกาศ กำลังอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก ในช่วงไตรมาสแรกของปี 2569 เทคโนโลยีที่สำคัญหลายประการและการพัฒนาอุตสาหกรรมเผยให้เห็นถึงความก้าวหน้าล่าสุดในสาขานี้ ตั้งแต่ความสำเร็จในการตรวจสอบแผงโซลาร์เซลล์แบบบูรณาการแบบแข็งยืดหยุ่น (Rigid-Flex) บน CubeSats ไปจนถึงการกำหนดมาตรฐานแห่งชาติสำหรับ PCB ไมโครเวฟที่ใช้โดยการบินและอวกาศของจีน และการกำหนดค่าใหม่ของห่วงโซ่อุปทานทั่วโลกเพื่อความปลอดภัย PCB ระดับการบินและอวกาศกำลังย้ายจากการปรับแต่งแบบชิ้นเดียวไปสู่ขั้นตอนใหม่ของความน่าเชื่อถือสูงและการผลิตที่ปรับขนาดได้

I. นวัตกรรมทางเทคโนโลยี: บูรณาการPCB แข็งและยืดหยุ่นบรรลุผลการตรวจสอบการบินอวกาศเป็นครั้งแรก

การศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร "Acta Astronautica" ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2569 เปิดเผยว่าทีมงานโครงการอวกาศ Binar ของออสเตรเลียประสบความสำเร็จในการทดสอบการบินในวงโคจรครั้งแรกของแผงโซลาร์เซลล์ที่ปรับใช้ได้สำหรับดาวเทียมคิวบ์ที่ใช้ PCB ที่มีความยืดหยุ่นสูง เทคโนโลยีนี้ถูกนำไปใช้กับ 1U cubesats สามตัว (Binar-2, 3, 4) ซึ่งถูกนำไปใช้จากสถานีอวกาศนานาชาติเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2024 และเสร็จสิ้นภารกิจสองเดือน

ความก้าวหน้าหลักของการออกแบบนี้อยู่ที่การใช้ PCB ทั้งแบบแข็งและแบบยืดหยุ่นเพื่อให้ได้รับการรองรับโครงสร้าง การเชื่อมต่อวงจร และฟังก์ชันบานพับไปพร้อมๆ กัน ด้วยการใช้เมมโมรีอัลลอยด์รูปร่างนิกเกิล-ไททาเนียม (นิทินอล) เป็นตัวขับเคลื่อน แผงโซลาร์เซลล์นี้ไม่เพียงผ่านข้อจำกัดด้านปริมาตรที่เข้มงวดของ 1U CubeSats เท่านั้น แต่ยังได้รับความหนาแน่นของพลังงานที่สูงกว่าแผงโซลาร์เซลล์แบบแพ็คเกจทั่วไปอีกด้วย การวิจัยชี้ให้เห็นว่าการออกแบบนี้ย้ายงานการผลิตและการประกันคุณภาพจำนวนมากไปยังผู้ผลิต PCB ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการประกอบไมโครแซทเทลไลท์ได้อย่างมาก

ความสำเร็จนี้ได้ตรวจสอบความน่าเชื่อถือของ PCB ที่ยืดหยุ่นได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอวกาศสุดขีด ซึ่งเป็นเส้นทางที่เป็นไปได้สำหรับระบบพลังงานที่มีต้นทุนต่ำและการบูรณาการสูงของกลุ่มดาวดาวเทียมขนาดเล็กจำนวนมากในอนาคต การออกแบบนี้ประสบความสำเร็จในการทนต่อการทดสอบรอบการใช้งานภาคพื้นดินและสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือนมากกว่า 100 ครั้งในระหว่างระยะการเปิดตัว ซึ่งแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของแผงวงจรที่ยืดหยุ่นในฐานะองค์ประกอบหลักของกลไกอวกาศ

ครั้งที่สอง เป็นผู้นำด้วยมาตรฐาน: อุตสาหกรรมการบินและอวกาศของจีนเร่งการพัฒนามาตรฐานแห่งชาติ PCB ไมโครเวฟ

เนื่องจากเทคโนโลยีผ่านการทำซ้ำอย่างรวดเร็ว ความพยายามในการมาตรฐานก็ก้าวหน้าไปพร้อมๆ กัน ในเดือนกุมภาพันธ์ 2026 คณะกรรมการแห่งชาติด้านเทคโนโลยีการบินและอวกาศและมาตรฐานการใช้งานได้ริเริ่มการกำหนดมาตรฐานแห่งชาติ "ข้อกำหนดสำหรับแผงวงจรพิมพ์แข็งแบบไมโครเวฟสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ" ระยะเวลาโครงการคือ 18 เดือน

มาตรฐานนี้ร่างโดย Beijing Aerospace Guanghua Electronic Technology Co., Ltd. โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อเติมเต็มช่องว่างใน "ข้อกำหนดทั่วไปสำหรับแผงวงจรพิมพ์ของผลิตภัณฑ์การบินและอวกาศ" ที่มีอยู่ (GB/T 39342-2020) ที่เกี่ยวข้องกับย่านความถี่ไมโครเวฟ มาตรฐานนี้เป็นครั้งแรกที่กำหนดช่วงความถี่ของ PCB ไมโครเวฟในอวกาศอย่างชัดเจนเป็น 1-100GHz ซึ่งครอบคลุมย่านความถี่ Ka หลักในปัจจุบัน (10-40GHz) และข้อกำหนดการใช้งานย่านความถี่สูงกว่าในอนาคต

เป็นที่น่าสังเกตว่ามาตรฐานนี้กำหนดข้อกำหนดที่เข้มงวดหลายประการสำหรับสภาพแวดล้อมพิเศษของการบินและอวกาศ: รวมถึงมาตรฐานรูปลักษณ์และความน่าเชื่อถือสำหรับแผ่นประสานลวด เกณฑ์การยอมรับสำหรับการรวมตัวกันของเรซิน ข้อกำหนดสำหรับการทดสอบการฉายรังสีปริมาณรวม และวิธีการทดสอบความแข็งแรงทางไฟฟ้าภายใต้สภาวะแรงดันต่ำ นอกจากนี้ มาตรฐานยังได้เพิ่มข้อกำหนดการตรวจสอบย้อนกลับของโค้ด QR เพื่อตอบสนองความต้องการในการควบคุมคุณภาพตลอดวงจรชีวิตทั้งหมดของผลิตภัณฑ์ด้านการบินและอวกาศ

การจัดตั้งมาตรฐานนี้จะทำให้เกิดพื้นฐานทางเทคนิคที่เป็นหนึ่งเดียวสำหรับการผลิตกลุ่มดาวดาวเทียมเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ในประเทศของเรา และส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงของ PCB การบินและอวกาศจากแบบจำลองแบบกำหนดเอง "ดาวเทียมหนึ่งดวงหนึ่งบอร์ด" ไปสู่การผลิตแบบมาตรฐานและแบบโมดูลาร์

ที่สาม ภาพรวมตลาด: ขับเคลื่อนสองด้านโดย AI และการบินและอวกาศ ความต้องการ PCB ระดับไฮเอนด์พุ่งสูงขึ้น

ตามรายงานไตรมาสแรกปี 2026 ล่าสุดที่เผยแพร่โดย Prismark ตลาด PCB ทั่วโลกมีการเติบโตอย่างมีนัยสำคัญ 15.8% ในปี 2025 แตะที่ 85.2 พันล้านดอลลาร์ คาดว่าจะเพิ่มขึ้นอีก 12.5% ​​เป็น 95.8 พันล้านดอลลาร์ในปี 2569 ในบรรดาตลาดเหล่านี้ ตลาด PCB การบินและอวกาศและการป้องกันเติบโตอย่างต่อเนื่องจาก 1.36 พันล้านดอลลาร์ในปี 2568 และคาดว่าจะสูงถึง 1.59 พันล้านดอลลาร์ในปี 2573 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีที่ 3.2%

สถาบันวิจัยตลาดชี้ให้เห็นว่าภาคการทหาร/การบินและอวกาศเป็นหนึ่งในสามภาคระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่เติบโตเร็วที่สุดระหว่างปี 2568 ถึง 2573 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปีที่ 5.9% รองจากเซิร์ฟเวอร์/ที่จัดเก็บข้อมูล (10.9%) และภาคอุตสาหกรรม (5.5%) การเติบโตนี้ส่วนใหญ่ได้รับแรงผลักดันจากปัจจัย 2 ประการ ประการแรกคือการเร่งการใช้งานกลุ่มดาวดาวเทียมในวงโคจรต่ำทั่วโลก (เช่น "Kai Feng Constellation", GW Constellation และ SpaceX Starlink") ประการที่สองคือการใช้งานระบบอากาศยานไร้คนขับ (UAV) อย่างกว้างขวางทั้งในด้านทางการทหารและเชิงพาณิชย์

ตามสถิติ ภายในสิ้นปี 2566 จำนวนโดรนที่จดทะเบียนในสหรัฐอเมริกาเกิน 855,000 ตัว และมูลค่าตลาดทั่วโลกของโดรนสูงถึง 43 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ ในแต่ละโดรนและดาวเทียม การใช้ PCB สูงถึง 20-30 ชิ้น การเติบโตของตลาดขนาดใหญ่นี้กำลังปรับเปลี่ยนภูมิทัศน์ของอุตสาหกรรม

IV. การตอบสนองของอุตสาหกรรม: ความมั่นคงของห่วงโซ่อุปทานและการขยายกำลังการผลิต

เพื่อตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้น ผู้ผลิต PCB ทั่วโลกจึงเร่งปรับรูปแบบกำลังการผลิตของตน ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2569 Indian DCX Systems ผ่านทางบริษัทในเครือ Ranea Advanced Systems ได้ประกาศการขยายสายการผลิต PCB ขนาดใหญ่พิเศษ ซึ่งสามารถจัดการกับแผงวงจรขนาดใหญ่ที่มีความยาวได้ถึง 55 นิ้ว โดยส่วนใหญ่สำหรับการใช้งานด้านการป้องกันและการบินและอวกาศ บริษัทได้รับคำสั่งซื้อมูลค่า 2 พันล้านรูปีสำหรับการประกอบ PCB ขนาดใหญ่พิเศษ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความต้องการ PCB ขนาดใหญ่เกรดการบินและอวกาศที่แข็งแกร่ง

ในแง่ของความปลอดภัยของห่วงโซ่อุปทาน TTM Technologies แห่งสหรัฐอเมริกาได้ประกาศเมื่อปลายปี 2566 ว่าจะสร้างโรงงาน PCB เลเยอร์สูงความหนาแน่นสูงพิเศษแห่งใหม่ในเมืองซีราคิวส์ รัฐนิวยอร์ก โดยมีเป้าหมายเพื่อยกระดับท้องถิ่นPCB ระดับไฮเอนด์ความสามารถในการผลิตในอเมริกาเหนือและตรงตามข้อกำหนดความมั่นคงแห่งชาติของภาคกลาโหมและการบินและอวกาศ โรงงานแห่งนี้จะได้รับการพัฒนาให้เป็นฐานการผลิต PCB ที่ทันสมัยที่สุดในอเมริกาเหนือ ซึ่งจะทำให้วงจรการส่งมอบผลิตภัณฑ์ระดับไฮเอนด์สั้นลง

องค์กร PCB ของจีนก็กำลังขยายการแสดงตนในภาคการบินและอวกาศอย่างแข็งขัน Shennan Circuit ได้สร้างสายการผลิตอัจฉริยะในประเทศแห่งแรกสำหรับ PCB ระดับการบินและอวกาศ ด้วยการใช้เทคโนโลยีการสร้างภาพโดยตรงด้วยเลเซอร์ ทำให้สามารถเดินสายไฟได้อย่างแม่นยำระดับต่ำกว่าไมครอน โดยเพิ่มกำลังการผลิตชุดเดียวเป็น 5,000 ชิ้น และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตถึงแปดเท่าเมื่อเทียบกับวิธีการแบบเดิม Huilei Co., Ltd. ได้พัฒนาโมดูล PCB เกรดการบินและอวกาศที่ได้มาตรฐาน ซึ่งเข้ากันได้กับโมเดลดาวเทียมเชิงพาณิชย์กว่า 80% ส่งผลให้วงจรการปรับตัวผลิตภัณฑ์ลดลงจาก 3 เดือนเหลือ 45 วัน

V. ความท้าทายทางเทคนิค: การก้าวข้ามขีดจำกัดของวัสดุและกระบวนการ

สภาวะที่รุนแรงที่ PCB ระดับการบินและอวกาศต้องเผชิญทำให้เกิดข้อกำหนดเกี่ยวกับวัสดุและกระบวนการที่นอกเหนือไปจากผลิตภัณฑ์พลเรือน

การจัดการระบายความร้อนถือเป็นความท้าทายหลัก ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศ การกระจายความร้อนแบบพาความร้อนล้มเหลว และการนำความร้อนและการแผ่รังสีกลายเป็นวิธีเดียวในการถ่ายเทความร้อน โดยทั่วไป PCB ระดับการบินและอวกาศจะใช้ชั้นทองแดง 2 ออนซ์ (ออนซ์) หรือหนากว่าสำหรับชั้นพลังงานและชั้นกราวด์เพื่อให้เกิดการกระจายความร้อนในแนวนอน ขณะเดียวกันก็ใช้อาเรย์ระบายความร้อนหนาแน่นเพื่อส่งความร้อนโดยตรงไปยังโครงสร้างการกระจายความร้อน

การเลือกใช้วัสดุเป็นตัวกำหนดความน่าเชื่อถือโดยตรง โพลิอิไมด์เนื่องจากอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว (Tg) มากกว่า 250°C และประสิทธิภาพการอพยพก๊าซสุญญากาศที่ดีเยี่ยม จึงกลายเป็นวัสดุที่ต้องการสำหรับซับสเตรตวงจรที่มีความยืดหยุ่น สำหรับวงจรไมโครเวฟความถี่สูง วัสดุคล้ายเทฟลอนที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก (Dk) ต่ำ และปัจจัยการสูญเสียต่ำ รวมถึงพื้นผิวเซรามิก (อลูมินา อะลูมิเนียมไนไตรด์) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย

มลพิษจากการปล่อยก๊าซเป็นจุดควบคุมคุณภาพที่มีลักษณะเฉพาะในการบินและอวกาศ องค์การบริหารการบินและอวกาศแห่งชาติ (NASA) และองค์การความร่วมมือมาตรฐานอวกาศแห่งยุโรป (ECSS) กำหนดให้มีการสูญเสียมวลรวม (TML) ≤ 1.0% และการรวบรวมวัสดุควบแน่นที่ระเหยได้ (CVCM) ≤ 0.1% ซึ่งหมายความว่าพื้นผิว PCB กาว สารเคลือบ และฟลักซ์ทั้งหมดจะต้องผ่านการคัดกรองอย่างเข้มงวด

การตรวจสอบความน่าเชื่อถือนั้นสูงกว่ามาตรฐานอุตสาหกรรมมาก ลองพิจารณากรณีของกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในปี 1999 ซึ่งหน่วยควบคุมกำลังทำงานล้มเหลวเนื่องจากรอยแตกขนาดเล็กในรูทะลุ (PTH) ของ PCB PCB เกรดการบินและอวกาศต้องผ่านการคัดกรอง 100% การทดสอบอายุการใช้งานแบบเร่ง และการวิเคราะห์ทางกายภาพเชิงทำลาย (DPA) การทดสอบการหมุนเวียนด้วยความร้อนจะจำลองความผันผวนของอุณหภูมิของดาวเทียมที่ข้ามพื้นที่เงาของโลกหลายพันครั้งในวงโคจร เพื่อให้แน่ใจว่าข้อต่อประสานและรูทะลุจะไม่ประสบกับความล้มเหลวเมื่อยล้า

วี. แนวโน้ม: แผนงานด้านเทคนิคสำหรับ PCB การบินและอวกาศในปี 2573

เมื่อมองไปข้างหน้าถึงปี 2030 แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยี PCB การบินและอวกาศจะเป็นดังนี้:

ความถี่สูงและการบูรณาการ: ในขณะที่การสื่อสารผ่านดาวเทียมดำเนินไปในย่านความถี่ Q/V (40-75GHz) และแม้แต่ย่านความถี่เทราเฮิร์ตซ์ การควบคุมการสูญเสียอิเล็กทริกของ PCB และความสมบูรณ์ของสัญญาณจะกลายเป็นอุปสรรคทางเทคนิคหลัก การออกแบบแบบบูรณาการแบบแข็งและยืดหยุ่นจะขยายจากแผงโซลาร์เซลล์ไปจนถึงโครงสร้างดาวเทียมทั้งหมด ทำให้เกิด "การบูรณาการโครงสร้างและฟังก์ชัน" อย่างแท้จริง

การชุบแข็งด้วยรังสี: ในการตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมการแผ่รังสีในอวกาศ การชุบแข็งด้วยรังสีจะไม่ถูกจำกัดอยู่เพียงอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อีกต่อไป แต่จะขยายไปถึงระดับ PCB การทดสอบการฉายรังสีปริมาณรวม (TID) จะกลายเป็นข้อกำหนดบังคับสำหรับ PCB การบินและอวกาศ

การผลิตขนาดใหญ่และการควบคุมต้นทุน: กลุ่มดาวเทียมเชิงพาณิชย์ เช่น SpaceX Starlink กำลังผลักดันการเปลี่ยนแปลงของ PCB ระดับการบินและอวกาศจาก "เกรดการบินและอวกาศ" ไปเป็นโครงสร้างต้นทุน "เกรดยานพาหนะ +" ด้วยการนำส่วนประกอบเชิงพาณิชย์ระดับอุตสาหกรรม (IOTS) ที่ได้รับการตรวจสอบผ่านการทดสอบการบินและการชุบแข็งด้วยรังสีระดับระบบ ต้นทุนจะลดลงอย่างมากในขณะเดียวกันก็รับประกันความน่าเชื่อถือของภารกิจ

การกระจายความหลากหลายของห่วงโซ่อุปทานในประเทศและห่วงโซ่อุปทาน: ในบริบทของการแข่งขันเทคโนโลยีระหว่างจีนและสหรัฐอเมริกา ประเทศต่างๆ กำลังเร่งกระบวนการผลิตในประเทศสำหรับวัสดุหลัก (ผ้าแก้ว CTE ต่ำ เรซินที่มีการสูญเสียต่ำเป็นพิเศษ ฟอยล์ทองแดง HVLP) และอุปกรณ์การผลิตสำหรับ PCB การบินและอวกาศ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ได้กลายเป็นพื้นที่ที่สำคัญสำหรับการถ่ายโอนกำลังการผลิต PCB ระดับกลางถึงต่ำ ในขณะที่ซับสเตรตระดับสูงและบอร์ดหลายชั้นยังคงมีกระจุกตัวอยู่ในเอเชียตะวันออก

บทสรุป

ในปี 2569 อุตสาหกรรม PCB การบินและอวกาศอยู่ในช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อที่สำคัญซึ่งความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการขยายตลาดมาบรรจบกัน ตั้งแต่การตรวจสอบในวงโคจรของวงจรรวมแบบแข็งงอไปจนถึงการกำหนดมาตรฐานไมโครเวฟสำหรับการใช้งานด้านการบินและอวกาศ และการกำหนดค่าใหม่ของห่วงโซ่อุปทานทั่วโลกเพื่อความปลอดภัย ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญนี้กำลังมอบรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาขนาดใหญ่ของการบินเชิงพาณิชย์ ด้วยวิวัฒนาการอย่างต่อเนื่องของกลุ่มดาวดาวเทียมในวงโคจรต่ำ การสำรวจในห้วงอวกาศ และยานปล่อยที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ PCB การบินและอวกาศจะเร่งการวนซ้ำไปสู่ความถี่ที่สูงขึ้น การบูรณาการที่มากขึ้น ความน่าเชื่อถือที่มากขึ้น และความคุ้มค่าที่มากขึ้น ซึ่งสนับสนุนการขยายการสำรวจอวกาศของมนุษยชาติอย่างต่อเนื่อง