Những đột phá trong công nghệ PCB hàng không vũ trụ và mở rộng thị trường

Khi hoạt động khám phá không gian thương mại toàn cầu bước vào giai đoạn phóng mạnh mẽ, ngành công nghiệp bảng mạch in (PCB), đóng vai trò là "khuôn khổ" của các hệ thống điện tử hàng không vũ trụ, đang trải qua những thay đổi sâu sắc. Trong quý đầu tiên của năm 2026, nhiều công nghệ quan trọng và sự phát triển của ngành đã cho thấy những tiến bộ mới nhất trong lĩnh vực này: từ việc xác minh thành công mảng năng lượng mặt trời tích hợp cứng nhắc (Rigid-Flex) trên CubeSats, đến việc tăng tốc xây dựng tiêu chuẩn quốc gia cho PCB vi sóng được sử dụng bởi hàng không vũ trụ Trung Quốc và đến việc cấu hình lại chuỗi cung ứng toàn cầu để đảm bảo an ninh, PCB cấp hàng không vũ trụ đang chuyển từ tùy chỉnh từng mảnh sang một giai đoạn mới có độ tin cậy cao và sản xuất có thể mở rộng.

I. Đổi mới công nghệ: Tích hợpPCB cứng nhắc và linh hoạtĐạt được xác minh chuyến bay vào vũ trụ lần đầu tiên

Một nghiên cứu được công bố trên tạp chí "Acta Astronautica" vào tháng 1 năm 2026 đã tiết lộ rằng nhóm Chương trình Không gian Binar của Úc đã hoàn thành thành công chuyến bay thử nghiệm trên quỹ đạo đầu tiên trên thế giới về mảng năng lượng mặt trời có thể triển khai cho một vệ tinh hình khối dựa trên PCB cứng và linh hoạt. Công nghệ này được áp dụng cho ba khối 1U (Binar-2, 3, 4), được triển khai từ Trạm vũ trụ quốc tế vào ngày 29 tháng 8 năm 2024 và hoàn thành sứ mệnh kéo dài hai tháng.

Bước đột phá cốt lõi của thiết kế này nằm ở việc sử dụng cả PCB cứng và linh hoạt để đồng thời đạt được chức năng hỗ trợ cấu trúc, kết nối mạch và bản lề. Bằng cách sử dụng hợp kim bộ nhớ hình dạng niken-titan (Nitinol) làm trình điều khiển, mảng năng lượng mặt trời này không chỉ đáp ứng các giới hạn nghiêm ngặt về âm lượng của 1U CubeSats mà còn đạt được mật độ năng lượng cao hơn nhiều so với các tấm pin mặt trời đóng gói truyền thống. Nghiên cứu chỉ ra rằng thiết kế này chuyển một lượng lớn công việc sản xuất và đảm bảo chất lượng sang các nhà sản xuất PCB, làm giảm đáng kể độ phức tạp khi lắp ráp các vệ tinh vi mô.

Thành tựu này đã xác minh độ tin cậy của PCB cứng và linh hoạt trong môi trường không gian khắc nghiệt, mang đến hướng đi khả thi cho các hệ thống năng lượng có chi phí thấp và tích hợp cao của số lượng lớn các chòm sao vệ tinh nhỏ trong tương lai. Thiết kế này đã vượt qua thành công hơn 100 thử nghiệm chu kỳ triển khai trên mặt đất và môi trường rung động trong giai đoạn phóng, chứng tỏ tiềm năng của bảng mạch linh hoạt như thành phần cốt lõi của các cơ chế không gian.

II. Dẫn đầu về tiêu chuẩn: Ngành hàng không vũ trụ của Trung Quốc đẩy nhanh việc phát triển các tiêu chuẩn quốc gia về PCB vi sóng

Khi công nghệ trải qua quá trình lặp lại nhanh chóng, các nỗ lực tiêu chuẩn hóa cũng tiến triển đồng thời. Vào tháng 2 năm 2026, Ủy ban Quốc gia về Công nghệ Hàng không Vũ trụ và Tiêu chuẩn Ứng dụng của Nó đã khởi xướng xây dựng tiêu chuẩn quốc gia "Thông số kỹ thuật cho Bảng mạch in cứng bằng vi sóng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ". Thời gian thực hiện dự án là 18 tháng.

Tiêu chuẩn này được soạn thảo bởi Công ty TNHH Công nghệ Điện tử Quang Hoa Hàng không Bắc Kinh. Tiêu chuẩn này nhằm mục đích lấp đầy khoảng trống trong "Thông số kỹ thuật chung cho Bảng mạch in của Sản phẩm Hàng không Vũ trụ" (GB/T 39342-2020) hiện có liên quan đến dải tần vi sóng. Tiêu chuẩn lần đầu tiên xác định rõ ràng dải tần của PCB vi sóng hàng không vũ trụ là 1-100GHz, bao gồm băng tần Ka chính thống hiện tại (10-40GHz) và các yêu cầu ứng dụng băng tần cao hơn trong tương lai.

Điều đáng chú ý là tiêu chuẩn này đặt ra một số yêu cầu nghiêm ngặt đối với môi trường đặc biệt của hàng không vũ trụ: bao gồm các tiêu chuẩn về hình thức và độ tin cậy đối với các miếng liên kết dây, tiêu chí chấp nhận đối với sự kết tụ nhựa, yêu cầu đối với các thử nghiệm chiếu xạ tổng liều và phương pháp thử nghiệm độ bền điện trong điều kiện áp suất thấp. Hơn nữa, tiêu chuẩn đã bổ sung các yêu cầu truy xuất nguồn gốc bằng mã QR để đáp ứng nhu cầu kiểm soát chất lượng trong toàn bộ vòng đời của các sản phẩm hàng không vũ trụ.

Việc thiết lập tiêu chuẩn này sẽ cung cấp cơ sở kỹ thuật thống nhất cho việc sản xuất các chùm vệ tinh thương mại quy mô lớn ở nước ta và thúc đẩy quá trình chuyển đổi PCB hàng không vũ trụ từ mô hình tùy chỉnh "một vệ tinh, một bảng" sang sản xuất theo mô-đun và tiêu chuẩn hóa.

III. Bối cảnh thị trường: Được thúc đẩy kép bởi AI và hàng không vũ trụ, nhu cầu PCB cao cấp tăng vọt

Theo báo cáo quý 1 năm 2026 mới nhất do Prismark công bố, thị trường PCB toàn cầu đã đạt mức tăng trưởng đáng kể 15,8% vào năm 2025, đạt 85,2 tỷ USD. Dự kiến ​​​​sẽ tăng thêm 12,5% lên 95,8 tỷ USD vào năm 2026. Trong số đó, thị trường PCB hàng không vũ trụ và quốc phòng đã tăng trưởng đều đặn từ 1,36 tỷ USD vào năm 2025 và dự kiến ​​sẽ đạt 1,59 tỷ USD vào năm 2030, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 3,2%.

Các tổ chức nghiên cứu thị trường đã chỉ ra rằng lĩnh vực quân sự/hàng không vũ trụ là một trong ba lĩnh vực hệ thống điện tử phát triển nhanh nhất từ ​​​​năm 2025 đến năm 2030, với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm là 5,9%, chỉ sau máy chủ/lưu trữ dữ liệu (10,9%) và lĩnh vực công nghiệp (5,5%). Sự tăng trưởng này chủ yếu được thúc đẩy bởi hai yếu tố: một là việc tăng tốc triển khai các chòm sao vệ tinh quỹ đạo thấp toàn cầu (như "Chòm sao Kai Feng", Chòm sao GW và Starlink SpaceX"); thứ hai là ứng dụng rộng rãi của hệ thống máy bay không người lái (UAV) trong cả lĩnh vực quân sự và thương mại.

Theo thống kê, đến cuối năm 2023, số lượng máy bay không người lái được đăng ký tại Hoa Kỳ đã vượt quá 855.000 chiếc và giá trị thị trường máy bay không người lái toàn cầu đạt 43 tỷ đô la Mỹ. Trong mỗi máy bay không người lái và vệ tinh, mức sử dụng PCB lên tới 20-30 mảnh. Sự tăng trưởng thị trường khổng lồ này đang định hình lại bối cảnh ngành.

IV. Phản ứng của ngành: An ninh chuỗi cung ứng và mở rộng năng lực

Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng, các nhà sản xuất PCB toàn cầu đang đẩy nhanh việc điều chỉnh cách bố trí công suất. Vào tháng 3 năm 2026, DCX Systems của Ấn Độ, thông qua công ty con Raneal Advanced Systems, đã công bố mở rộng dây chuyền lắp ráp PCB cỡ cực lớn, có khả năng xử lý các bảng mạch lớn có chiều dài lên tới 55 inch, chủ yếu dành cho các ứng dụng quốc phòng và hàng không vũ trụ. Công ty đã nhận được đơn đặt hàng trị giá 2 tỷ rupee để lắp ráp PCB cỡ cực lớn, thể hiện nhu cầu mạnh mẽ về PCB cỡ lớn cấp hàng không vũ trụ.

Về vấn đề an ninh chuỗi cung ứng, TTM Technologies của Hoa Kỳ tuyên bố vào cuối năm 2023 rằng họ sẽ xây dựng một nhà máy PCB lớp cao mật độ cực cao mới ở Syracuse, New York, nhằm nâng cao chất lượng an ninh địa phương.PCB cao cấpnăng lực sản xuất ở Bắc Mỹ và đáp ứng các yêu cầu an ninh quốc gia của lĩnh vực quốc phòng và hàng không vũ trụ. Nhà máy này sẽ được phát triển thành cơ sở sản xuất PCB tiên tiến nhất ở Bắc Mỹ, rút ​​ngắn chu kỳ giao hàng của các sản phẩm cao cấp.

Các doanh nghiệp PCB Trung Quốc cũng đang tích cực mở rộng sự hiện diện trong lĩnh vực hàng không vũ trụ. Shennan Circuit đã thiết lập dây chuyền sản xuất thông minh trong nước đầu tiên cho PCB cấp hàng không vũ trụ. Sử dụng công nghệ hình ảnh trực tiếp bằng laser, nó đạt được khả năng đi dây chính xác ở mức dưới micron, tăng công suất sản xuất một mẻ lên 5.000 chiếc và tăng hiệu quả sản xuất lên gấp 8 lần so với các phương pháp truyền thống. Huilei Co., Ltd. đã phát triển các mô-đun PCB cấp độ hàng không vũ trụ được tiêu chuẩn hóa có thể tương thích với hơn 80% mẫu vệ tinh thương mại, giảm chu kỳ thích ứng sản phẩm từ ba tháng xuống còn 45 ngày.

V. Những thách thức kỹ thuật: Vượt qua giới hạn của vật liệu và quy trình

Các điều kiện khắc nghiệt mà PCB cấp hàng không vũ trụ phải đối mặt đặt ra các yêu cầu đối với vật liệu và quy trình vượt xa các yêu cầu của sản phẩm dân dụng.

Quản lý nhiệt là thách thức chính. Trong môi trường chân không, khả năng tản nhiệt đối lưu không thành công, dẫn nhiệt và bức xạ trở thành phương tiện truyền nhiệt duy nhất. PCB cấp hàng không vũ trụ thường sử dụng lớp đồng 2 ounce (oz) hoặc dày hơn cho lớp nguồn và lớp tiếp đất để đạt được sự phân tán nhiệt theo chiều ngang, đồng thời sử dụng một dãy vias nhiệt dày đặc để truyền nhiệt đến cấu trúc tản nhiệt.

Việc lựa chọn vật liệu trực tiếp quyết định độ tin cậy. Polyimide, do nhiệt độ chuyển thủy tinh (Tg) trên 250°C và hiệu suất thoát khí chân không tuyệt vời, đã trở thành vật liệu được ưa chuộng cho chất nền mạch linh hoạt. Đối với các mạch vi sóng tần số cao, các vật liệu giống Teflon có hằng số điện môi thấp (Dk) và hệ số tổn thất thấp, cũng như các chất nền gốm (alumina, nhôm nitride), được sử dụng rộng rãi.

Ô nhiễm khí thải là một điểm kiểm soát chất lượng duy nhất trong ngành hàng không vũ trụ. Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA) và Tổ chức Hợp tác Tiêu chuẩn hóa Vũ trụ Châu Âu (ECSS) yêu cầu tổng tổn thất khối lượng (TML) là 1,0% và tập hợp các vật liệu ngưng tụ dễ bay hơi (CVCM) là 0,1%. Điều này có nghĩa là tất cả các chất nền, chất kết dính, lớp phủ và chất trợ dung PCB phải trải qua quá trình sàng lọc nghiêm ngặt.

Việc xác minh độ tin cậy cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn công nghiệp. Lấy trường hợp của Kính viễn vọng Không gian Hubble năm 1999, bộ điều khiển nguồn bị hỏng do các vết nứt nhỏ trong lỗ xuyên qua (PTH) của PCB. PCB cấp hàng không vũ trụ phải trải qua sàng lọc 100%, kiểm tra tuổi thọ tăng tốc và phân tích vật lý phá hủy (DPA). Thử nghiệm chu trình nhiệt mô phỏng sự dao động nhiệt độ của vệ tinh đi qua vùng bóng tối của Trái đất hàng nghìn lần trên quỹ đạo, đảm bảo rằng các mối hàn và lỗ xuyên qua không gặp hiện tượng mỏi.

VI. Triển vọng: Lộ trình kỹ thuật cho PCB hàng không vũ trụ vào năm 2030

Hướng tới năm 2030, xu hướng phát triển của công nghệ PCB hàng không vũ trụ sẽ như sau:

Tích hợp và tần số cao: Khi liên lạc vệ tinh tiến tới băng tần Q/V (40-75GHz) và thậm chí cả băng tần terahertz, việc kiểm soát tổn thất điện môi PCB và thiết kế tính toàn vẹn tín hiệu sẽ trở thành rào cản kỹ thuật cốt lõi. Thiết kế tích hợp cứng nhắc-linh hoạt sẽ mở rộng từ mảng năng lượng mặt trời đến toàn bộ cấu trúc vệ tinh, đạt được "sự tích hợp chức năng-cấu trúc" thực sự.

Làm cứng bức xạ: Để đáp ứng với môi trường bức xạ không gian, việc làm cứng bức xạ sẽ không còn giới hạn ở các thiết bị bán dẫn mà sẽ mở rộng đến cấp độ PCB. Thử nghiệm chiếu xạ tổng liều (TID) sẽ trở thành yêu cầu bắt buộc đối với PCB hàng không vũ trụ.

Kiểm soát chi phí và sản xuất quy mô lớn: Các nhóm vệ tinh thương mại như SpaceX Starlink đang thúc đẩy quá trình chuyển đổi PCB cấp độ hàng không vũ trụ từ "cấp độ hàng không vũ trụ" sang cơ cấu chi phí "cấp phương tiện +". Bằng cách sử dụng các thành phần thương mại cấp công nghiệp (IOTS) đã được xác minh thông qua các chuyến bay thử nghiệm và tăng cường bức xạ ở cấp hệ thống, chi phí có thể giảm đáng kể trong khi vẫn đảm bảo độ tin cậy của sứ mệnh.

Nội địa hóa và đa dạng hóa chuỗi cung ứng: Trong bối cảnh cạnh tranh công nghệ Trung-Mỹ, nhiều quốc gia đang đẩy nhanh quá trình sản xuất trong nước các nguyên liệu chính (vải thủy tinh CTE thấp, nhựa hao hụt cực thấp, lá đồng HVLP) và thiết bị sản xuất PCB hàng không vũ trụ. Đông Nam Á đã trở thành một khu vực quan trọng để chuyển giao năng lực sản xuất PCB từ trung cấp đến cấp thấp, trong khi chất nền cao cấp và ván nhiều lớp vẫn tập trung ở Đông Á.

Phần kết luận

Vào năm 2026, ngành công nghiệp PCB hàng không vũ trụ đang ở thời điểm quan trọng, nơi hội tụ những đột phá về công nghệ và mở rộng thị trường. Từ việc xác minh trong quỹ đạo của các mạch tích hợp cứng nhắc đến việc thiết lập các tiêu chuẩn vi sóng cho các ứng dụng hàng không vũ trụ và việc cấu hình lại chuỗi cung ứng toàn cầu để đảm bảo an ninh, thành phần điện tử quan trọng này đang cung cấp nền tảng vững chắc cho sự phát triển quy mô lớn của ngành hàng không vũ trụ thương mại. Với sự phát triển liên tục của các chòm sao vệ tinh có quỹ đạo thấp, thám hiểm không gian sâu và các phương tiện phóng có thể tái sử dụng, PCB hàng không vũ trụ sẽ tăng tốc quá trình lặp lại của chúng theo hướng tần số cao hơn, tích hợp cao hơn, độ tin cậy cao hơn và hiệu quả chi phí cao hơn, hỗ trợ việc mở rộng liên tục hoạt động khám phá không gian của nhân loại.