2024年實施的《無人駕駛航空器飛行管理暫行條例》與低空經濟發展司的成立,標志著中國低空經濟進入了政策紅利密集釋放期。
市場規模預計在2025年將達到1200億至1500億元,而到2035年更有望攀升至4500億元至6050億元。在這個萬億級市場中,無人機作為核心載體,其內部的高密度、高可靠性PCB電路板,成為了整個產業能否安全“起飛”的技術基礎。
01 產業爆發與核心瓶頸
低空經濟,這個以1000米以下空域為核心的新興產業,正以前所未有的速度崛起。無人機作為其核心載體,已廣泛應用于物流、農業植保、測繪勘探、應急救援和城市交通等多個領域。
產業規模快速擴張的背后,是技術與標準的雙重考驗。國際民用航空組織(ICAO)將無人機操作分為開放、特定和認證三個類別,其對應的生產標準和要求逐級提高。
特別對于執行中高風險任務的工業級無人機,其生產制造需要遵循類似于傳統航空業的安全規范。而根據行業數據,在傳統電子制造領域,高達80%的生產缺陷源于設計問題。
02 極限挑戰:工業無人機PCBA的嚴苛要求
工業無人機要在復雜多變的環境中執行任務,這對內部的電子系統,尤其是印刷電路板組件提出了近乎苛刻的要求,主要集中在四個方面。
環境耐受性是第一道難關。無人機可能經歷從地面40℃高溫到高空-20℃低溫的劇烈變化,還會面臨潮濕、鹽霧甚至沙塵的侵蝕。PCB必須保證在這些極端環境下信號傳輸穩定、絕緣性能可靠,不發生分層、起泡或腐蝕。
結構與空間矛盾同樣突出。無人機對重量極為敏感,每增加一克都可能影響續航和載荷能力。電路板必須在更小的面積上實現更高的布線密度(HDI),同時保持結構強度和散熱效率。這對SMT貼片的精度提出了極高要求。
高頻高速信號完整性是通信與控制的基礎。無人機依賴實時數據傳輸進行導航、避障和圖像回傳。PCB必須采用特殊的高頻材料(如PTFE、PI),并實現精確的阻抗控制,以減少信號衰減和干擾,確保飛行控制的即時響應。
安全性要求貫穿始終。不同于消費電子產品,工業無人機一旦出現故障,可能導致嚴重的人身傷害或財產損失。其電子系統需要滿足功能安全標準,具備冗余設計和故障自診斷能力。
下表概括了工業無人機PCBA面臨的主要技術挑戰與相應的應對方向:
| 技術挑戰 | 具體表現 | 應對方向 |
|---|---|---|
| 環境耐受性 | 高低溫循環、濕熱、振動 | 選用高性能基材,強化三防工藝 |
| 結構與輕量化 | 空間緊湊,重量敏感 | 采用HDI高密度互連技術,優化疊層設計 |
| 高頻高速 | 信號延遲、衰減、干擾 | 應用高頻板材,精確阻抗控制,優化布線 |
| 安全與可靠性 | 飛行安全風險,故障容忍度低 | 實施嚴格的質量管理體系,引入功能安全設計 |
03 技術破局:SMT與PCBA如何賦能無人機制造
面對上述挑戰,現代電子制造工藝,特別是高精度SMT貼片和先進的PCBA技術,成為解決問題的關鍵。它們從設計源頭到生產末端,為無人機的可靠飛行提供保障。
源頭把控:DFM可制造性設計。在產品設計階段就充分考慮制造的可行性與經濟性至關重要。標準化的DFM流程可以系統性地審查設計圖紙,優化元器件布局、焊盤設計、導通孔布置和散熱通道等,從源頭消除75%由設計缺陷引發的制造問題。
工藝核心:高精度與新材料應用。工業無人機的PCBA通常涉及0201甚至更小尺寸的微型元件貼裝,這對貼片機的精度和穩定性是巨大考驗。
同時,為了滿足高頻高速需求,需要熟練應用PTFE、碳氫化合物等特種高頻板材的加工工藝,解決其孔金屬化難度大、易出現芯吸超標等問題。
品質保障:從焊接到檢測的全流程控制。對于無人機主控板、飛控模塊等關鍵部位,可能需要采用底部填充或三防漆涂覆等增強工藝來抵御振動和濕氣。在生產后段,需要結合自動光學檢測、X射線檢測等多種手段,對微焊點、隱藏焊點進行100%檢驗,確保零缺陷交付。
04 標準演進與1943科技的應對之道
隨著行業的發展,無人機生產標準正在全球范圍內趨于規范和嚴格。美國材料與試驗協會于2024年發布的 ASTM F3686標準,為無人機系統的生產批準提供了詳細的實施規范。
該標準根據無人機的操作風險等級,提出了分級的生產要求體系。對于風險較高的特定類操作,標準要求制造商建立更嚴格的生產控制體系,包括文件管理、供應鏈管理、生產流程控制和最終產品驗證。
這意味著,無人機制造商在選擇電子制造服務伙伴時,不能僅關注價格和產能,更要考察其質量體系是否健全、過程控制是否精細、是否具備相應的工藝技術沉淀。
聚焦“專精特新”,深耕工藝壁壘
面對行業的機遇與高標準要求,我們1943科技認為,專業的SMT/PCBA供應商應聚焦于構建自身在特定領域的“專精特新”能力。
工藝上,我們持續投入升級 HDI、剛撓結合板等高端制造能力,以滿足無人機對立體組裝和小型化的需求。同時,布局高頻高速基板的加工技術,并探索如埋容、埋阻等新工藝的應用潛力。
品控上,我們建立了貫穿設計、采購、生產、測試的全流程DFX(面向卓越設計)管理體系。通過在設計前期介入,我們利用仿真工具優化疊層設計和阻抗控制,將問題消滅在萌芽狀態,從而實現更高的產品直通率和可靠性。
服務上,我們理解無人機產品快速迭代的特性。我們提供從NPI新品導入到中小批量快速響應的靈活制造服務,配備專業的工程團隊與客戶緊密協作,共同應對從原型驗證到量產定型的各種挑戰。
05 未來趨勢:綠色與智能化并進
展望未來,工業無人機及其電子制造將呈現兩大趨勢。一方面是綠色化與可持續發展,例如為氫燃料電池無人機、太陽能無人機開發專用的高可靠性電源管理PCBA,響應碳中和目標。
另一方面是深度智能化與集成化。隨著無人機自主飛行能力的提升,其“大腦”將更強大,可能集成更多的AI處理單元和傳感器。這對PCBA提出了系統級封裝、異構集成等更高層次的挑戰。
而SMT生產線本身也在向智能化轉型,通過數據驅動的預測性維護和遠程診斷,可以將設備意外停機時間大幅縮短,保障無人機訂單的穩定交付。
為更清晰地展示不同應用場景對PCBA工藝的具體要求,以下表格對比了多旋翼無人機、固定翼無人機和垂直起降復合翼無人機的典型需求:
| 無人機類型 | 主要應用場景 | PCBA核心特點與工藝要求 |
|---|---|---|
| 多旋翼無人機 | 巡檢、測繪、影視 | 空間高度緊湊,強調高密度集成(HDI)和優異的散熱設計。 |
| 固定翼無人機 | 物流、遠距離偵查 | 長期震動環境,要求高可靠性焊接與加固工藝;通信距離遠,需強化射頻電路性能。 |
| 垂直起降復合翼 | 長航時、大范圍作業 | 系統復雜,模塊多,要求強電磁兼容性設計和系統級的信號完整性保障。 |
一架工業無人機在廣袤的田野上空執行完測繪任務,平穩返航。它機身內集合了上千個元器件的核心控制器,正通過蜂窩網絡,將最后一批處理好的數據發回地面站。
這塊巴掌大小的電路板,如同無人機的精密心臟,其上萬個焊點在經歷數小時振動和溫變后依舊牢固,保障了飛行全程的精準無誤。隨著低空經濟持續升溫,這塊決定飛行安全與效率的電路板,其制造工藝的優劣,將成為區分行業領跑者與跟隨者的隱形準繩。









2024-04-26

