Việc ước tính chi tiêu và ngân sách toàn cầu của các quốc gia lớn đầu tư vào thiết bị điện tử trên không gian và đưa ra dự báo về mức tiêu thụ trong tương lai sẽ tác động đến nhu cầu đối với các hệ sinh thái linh kiện có khối lượng thấp, giá trị cao tại Hoa Kỳ, Nhật Bản, Châu Âu và Trung Quốc được thiết kế để hỗ trợ phân khúc đòi hỏi nhu cầu của công nghệ cao này.

Các yêu cầu linh kiện đặc trưng cho tàu vũ trụ

Các linh kiện điện tử thụ động được tiêu thụ trong các ứng dụng không gian có các yêu cầu về hiệu suất cơ bản liên quan đến nhiệt độ, tần suất, điện áp và cường độ cơ học tách các linh kiện này với các phần tiêu chuẩn khác nhau.

• Các tụ điện trong không gian: Các kỹ sư ước tính rằng 50% các tụ điện trong không gian là gốm (MLCC, MLC Axial, MLC xuyên tâm và thiết kế lớp đơn) và 30% là điện môi tantalum, với 12% tụ điện màng và 8% công nghệ mới nổi-thủy tinh/ thủy tinh Silicon, EDLC, NBO. Công nghệ tụ điện carbon giống như mica và kim cương (DLC).
• Điện trở không gian: Các điện trở tuyến tính được tiêu thụ trong các ứng dụng không gian sẽ chủ yếu là nitride tantalum trên silicon hoặc nichrom và oxit thiếc trên lõi alumina. Các điện trở bằng thiếc được sử dụng trong các nguồn cung cấp năng lượng dựa trên không gian cao, trong khi các điện trở màng tan và nichrom mỏng được tiêu thụ trong các hệ thống truyền thông.
• Cuộn cảm dựa trên không gian: cuộn cảm mạnh mẽ, hạt và lõi ferrite được sử dụng cho các mạch điều chỉnh hình nón và cho khả năng tương thích điện từ trong truyền thông, tăng sức mạnh và sức đẩy.

Bản chất mạnh mẽ của các thành phần thụ động điện tử dựa trên không gian

Những nhà máy sản xuất các linh kiện điện tử thụ động cho mạch trong không gian trên thế giới hiện nay thường là các cửa hàng nghệ nhân sản xuất khối lượng các bộ phận thấp với giá trị cao và kỳ vọng rõ ràng về hiệu suất linh kiện tiên tiến và mạnh mẽ trong môi trường khắc nghiệt. Thêm vào đó là sự giám sát mạnh mẽ trên chuỗi cung ứng và sự cần thiết phải tuân thủ các thông số kỹ thuật của quân đội hoặc các quy định của chính phủ tập trung vào điện dung, kháng cự và tự cảm trong nguồn cung cấp điện, truyền thông và đẩy. Đồng thời, linh kiện phải có khả năng hoạt động ở điện áp, tần số và nhiệt độ cao hoặc bất kỳ sự kết hợp nào của cả ba với cường độ cơ học và dung sai cho nhiều chu kỳ.

Các kỹ sư thiết kế sản xuất nguồn cung cấp năng lượng, bộ khuếch đại và hệ thống đẩy cho các ứng dụng không gian thường chọn các linh kiện thụ động mạnh mẽ về mặt cơ học hoặc có các đặc điểm tự phục hồi cho phép mạch tiếp tục hoạt động ngay cả sau khi tiếp xúc với một sự kiện thảm khốc. Các linh kiện này thường hư hỏng khi gặp phải các trường hợp sau: 

• Các linh kiện điện áp cao
  Tụ điện, điện trở và cuộn cảm cao áp cho các ứng dụng không gian được chỉ định bởi IMR Paumanok là được đánh giá vượt quá 500VDC và trong nhiều trường hợp đến 5 kV. Các linh kiện điện áp cao này thường có sẵn trong cả các thiết kế chip dẫn tâm và bề mặt sử dụng bột điện môi gốm điện áp cao trong các công thức X7R phù hợp với các điện cực kim loại quý và kết thúc dây crom và màng crom niken trên điện trở cơ chất xi măng và kim loại. Bao bì có thể rất mạnh, với vỏ đúc và cánh mòng biển để tản nhiệt cũng như các giải pháp xếp chồng lên nhau để đạt được điện áp cực cao.
  
• Các linh kiện tần số cao
  Truyền thông dựa trên không gian ở tần số lớn hơn 1GHz, yêu cầu các linh kiện tụ điện gốm đặc biệt để truyền và nhận giọng nói. Các tụ điện này là không nhất thiết khó xây dựng với vật liệu điện môi phù hợp và vật liệu điện cực kim loại quý được sử dụng, nhưng đây là một nghệ thuật đầy thách thức ở nhiều khía cạnh, đặc biệt là khi các tần số cực cao trong đó các vệ tinh và tàu vũ trụ được yêu cầu bởi luật pháp quốc tế để hoạt động . Do đó, giới hạn kỹ thuật trở thành một trong những mức độ 10GHz trở lên trong khi cũng cho khả năng tăng khả năng xử lý tần số đó cho sóng ánh sáng DC khi thị trường tăng lên. Tất cả các tụ điện tần số cao đều có gốm trong tự nhiên, và tất cả các điện trở đều là màng mỏng Nichrom hoặc màng mỏng tantalum nitride. Ở các tần số này, gốm, kim loại và thủy tinh sẽ được sử dụng làm vật liệu cơ chất. 100% palladi hoặc kim loại hóa ruthenium trong hầu hết các trường hợp là cần thiết cho các tín hiệu nguyên sơ này trong khoảng cách dài. Truyền dữ liệu bùng nổ sử dụng công nghệ điện dung cũng đang phát triển phổ biến trong ứng dụng này với nhiều điện môi đang được thử nghiệm các thiết kế lai cát được sử dụng.
  
• Các linh kiện nhiệt độ cao và thấp
  Các tụ điện không gian phải được đánh giá ở nhiệt độ thấp và cao hoặc bất kỳ số lượng chu kỳ nhất định nào trong các tham số đó. Các linh kiện được tiêu thụ trong các ứng dụng không gian thường được kiểm tra tương đương về các biến thể nóng và lạnh trong phạm vi nhiệt độ trong khi tiếp xúc với chân không của không gian.
  Thị trường nhiệt độ cực cao thực sự bắt đầu ở 200 ° C được thiết kế để cung cấp các sản phẩm ở rìa xa của tham số nhiệt độ và vẫn hoạt động hiệu quả, do đó, nhựa PTFE, nhựa PI, gốm, kim cương hoặc thủy tinh/silicon phải được sử dụng.
  
• Các linh kiện mạnh mẽ về mặt cơ học
  Tụ điện, điện trở và cuộn cảm được tiêu thụ trong các hệ thống dựa trên không gian phải mạnh mẽ để xử lý các ứng suất cơ học và tần số rung động mạnh cần thiết để thoát khỏi quỹ đạo Trái đất. Ngoài ra còn có trở kháng bổ sung cho độ ẩm và ăn mòn và không có khả năng đánh lửa, hoặc không có sự lấp lánh hoặc các thành phần không thành công, đặc biệt là những người liên quan đến động lực hoặc được gắn bên ngoài. Các bộ phận cũng phải giải quyết các vấn đề về đuôi gai và râu ria trong các kết thúc và phương pháp mạ mà theo đó các sự kiện hiển vi thảm khốc như vậy được giảm thiểu (không có gì đáng sợ hơn một chiếc râu thiếc). Các nhà sản xuất cũng phải có khả năng kỹ thuật để tạo ra các thành phần với các cơ chế không an toàn, như kết thúc chế độ mở hoặc kết thúc polymer áp dụng cho các thành phần đặc biệt hoạt động ở điện áp cao và nhiệt độ cao trong các ứng dụng không gian trực tiếp.