在恶劣和极端环境中使用的PCB，意味着需要在极端的温度、湿度、持续振动、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。在本博客的上、下两部分，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。
2022年底，我完成了为期六周的关于军事、航空航天和其他极端环境中的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、军事还是工业应用，恶劣的环境都意味着，PCB需要在极端的温度、湿度、持续振动、冲击和其他可能影响可靠性及其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。在该博客的上半部分，我将首先举例一些应用和产品，以及为什么说它在极端环境中工作，下半部分，我将更多地介绍相关的技术要点，以及如何设计这些环境中工作的PCB。
应用和产品示例
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。它们提供关键数据来支持飞行控制和导航，对于在恶劣的航空航天环境中保持安全和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机器人航行器，使用船上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。
井下钻进
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。
国防
用于国防的通信系统是一种专用电子设备，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，还有很多其他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强，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。
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，它们的加速度和受力是令人难以置信的强度，PCB需要经受住这种剧烈而快速的加速。
EMI/RFI干扰
在某些环境中，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
除上述的极端环境下，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造成损坏或影响其性能。
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，它们需要是可靠的。在这里，没有退而求其次。这不是我的烤面包机，我可以去买另一个，或者如果它坏了、故障了，我可以不用它。这些产品，往往不允许失效，毕竟，把一磅质量放到太空中，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，小到设备无法使用，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。
我将在本课题的下半部分详细讨论这一点。
PCB design guidelines
Get it right from the start with our PCB design guidelines. To prevent getting it wrong from the start, we have put together our design guidelines, to use as a checklist.