طراحی تخته مدار چاپی (PCBs) با اجزای تعبیه شده یک روش به سرعت در حال تحول است که مهندسان را قادر می سازد تا مرزهای مینیاتور و عملکرد را فشار دهند.با ادغام اجزای منفعل و فعال به طور مستقیم به بستر، طراحان می توانند منطقه هیئت مدیره را کاهش دهند، ویژگی های الکتریکی را بهبود دهند و قابلیت اطمینان را افزایش دهند، این رویکرد برای کاربردهایی مانند پوشیدنی ها، ایمپلنت های پزشکی، دستگاه های IoT و استراتژی های تأیید الکترونیک هوافضا که با موفقیت در طراحی سیگنال های مهم هستند، و دستورالعمل های طراحی محتوا، در این روش های کاربردی جاسازی شده است.

درک تکنولوژی جاسازی شده

اجزای جاسازی شده مقاومت کنندگان، خازن ها، استنتاج کنندگان یا حتی مرگ فعال هستند که در لایه های PCB قرار می گیرند نه بر روی سطح نصب شده است.این تکنولوژی از فرآیندهای استاندارد PCB با مراحل اضافی برای تشکیل حفره، قرار دادن قطعات و نفوذ در این نتیجه در یک نازک تر، مونتاژ سبک تر با اتصالات کوتاه تر، کاهش اثرات انگل و بهبود عملکرد بالا به گفته من می تواند با کاهش حجم سیگنال های سفید، کاهش یابد.

مزایای کلیدی قطعات جاسازی شده

  • کاهش وزن: اجزای قفسه سینه با استفاده از ضخامت غیر قابل استفاده، امکان رد پای دستگاه کوچکتر و محصولات نازک تر ذخیره می شوند.
  • عملکرد بهبود یافته: اتصال کوتاه تر کاهش تراکم انگل و خازن، افزایش یکپارچگی سیگنال و فعال کردن فرکانس های عملیاتی بالاتر با صدای پایین تر.
  • قابلیت اطمینان قابل اعتماد: مفاصل کمتر فروخته شده و اتصالات خارجی نقاط شکست بالقوه را کاهش می دهد، به ویژه تحت استرس مکانیکی یا دوچرخه سواری حرارتی.
  • انعطاف پذیری طراحی: اجازه می دهد برای عوامل فرم نوآورانه مانند بستر منحنی یا انعطاف پذیر، و قادر به ساخت ساختارهای سه بعدی پیچیده مانند ماژول های پشته.
  • [[۱] [۱۰] مزایایی [۱۰]: [[۱۰]] [۱]] [۱]] قطعات می توانند به واسطۀ گرما یا فرورفتگی، به تدریج حرارت را در طرح های با قدرت بالا بهبود بخشند.

طراحی Workflow و شبیه سازی

برنامه ریزی اولیه و تحلیل نیاز

قبل از شروع یک طراحی اجزای جاسازی شده، به وضوح الزامات الکتریکی و مکانیکی را تعریف کنید. شناسایی کنید که کدام اجزاء از جاسازی بیشتر بهره مند خواهند شد – معمولاً غیرفعالهای فرکانس بالا، خازن های برشینگ یا کوچک فعال باقی می مانند، از ابزارهای شبیه سازی مانند CST Studio Suite یا Ansys HFSS برای مدل سازی رفتار الکترومغناطیسی اتصالات جاسازی شده و تأیید می کنند که در این شبیه سازی های قابل قبول باقی می ماند.

انتخاب قطعات برای Embedding

اجزای انتخاب شده که برای فرآیندهای جاسازی شده رتبه بندی شده اند، که شامل دمای بالا (تا 200 درجه سانتیگراد در طول لاتاری) و فشار مکانیکی است. اجزای Preferred دارای ارتفاع پروفایل پایین (معمولا کمتر از 0.5 میلی متر)، کپسول قوی (مقد یا سرامیک)، و در بسته های کوچک مانند 0201 یا 0402 برای غیرفعال برای فعال شدن، یا غیر فعال شدن، یا تقسیم بندی کامل (IPSP) هستند.

انتخاب های مواد فرعی

بستر PCB باید اجزای جاسازی شده را در حالی که حفظ یکپارچگی ساختاری بالا (HDI) مواد اتصال (HDI) مانند FR-4 با Tg بالا (درجه انتقال شیشه)، پلیمیاید یا LCP ( پلیمر کریستالی مایع) معمول است.برای کاربردهای فرکانس بالا، مواد کم از جمله راجرز RO4000 یا کامپوزیت توصیه می شود که ضریب گسترش حرارتی مواد (TE) در طول بازی حرارتی جاسازی شده است.

طراحی دستورالعمل های مانوسوری (DFM)

طرح و برنامه ریزی Stackup

هنگام طراحی لایه، اختصاص لایه های خاص برای جاسازی قطعات، معمولا در لایه های داخلی که آنها توسط prepreg و فویل مس محافظت می شوند.استفاده از پشته های متقارن برای جلوگیری از ابعاد حفره های سوراخ طرح ریزی دقیق - آنها باید کمی بزرگتر از جزء برای اجازه ثبت نام تحمل.

از طریق استراتژی ها و ارتباطات

اجزای جاسازی شده نیاز به اتصال عمودی برای رسیدن به لایه های دیگر دارند.استفاده از میکروویا (تخلاف) با قطر های کوچک (75-100 μm) برای اتصال از پدهای اجزای جاسازی شده به لایه های مس مجاور.برای مسیرهای فعلی بالاتر، از طریق سوراخ از طریق، اما توجه کنید که آنها فضا مصرف می کنند. Staggered یا میکروvia می توانند طول سیگنال را کاهش دهند که از طریق یک حلقه به طور معمول طراحی شده است، استفاده از یک حلقه، به طور معمول استفاده از یک حلقه، استفاده از یک حلقه اشتباه، استفاده می کنند.

تست و دسترسی به بازرسی

نقاط آزمون شرکت در لایه های قابل دسترس برای اجازه تست مدار (ICT) یا تست کاوشگر پرواز پس از lamination. Embedding می تواند اجزای مبهم را ایجاد کند، بازرسی بصری دشوار است.استفاده از بازرسی اشعه ایکس برای تأیید تراز و کیفیت مشترک به فروش می رسد. برخی از تولید کنندگان بازرسی خودکار نوری (AOI) را برای لایه های جاسازی شده قبل از طراحی نهایی با ویژگی های خود تست داخلی (BIST) که در آن ممکن است ساده سازی.

استراتژی های مدیریت حرارتی

اجزای قفسه سینه می توانند گرما را در داخل بستر متمرکز کنند، دمای محلی را افزایش دهند تا بیش از حد گرم شوند، استراتژی های زیر را پیاده سازی کنند:

  • از طریق حرارتی به طور مستقیم یا در مجاورت اجزای جاسازی شده برای انجام گرما به لایه های بیرونی یا سینک های حرارتی استفاده کنید.
  • مواد فلزی هسته ای یا عایق بندی شده فلزی (IMS) را برای طرح های با قدرت بالا استفاده کنید.
  • در توزیع کنندگان حرارتی شرکت مانند سکه های مس جاسازی شده یا ورق گرافیت در پشته.
  • در طول شبیه سازی، تجزیه و تحلیل حرارتی را با استفاده از ابزارهایی مانند FloRM یا Icepak انجام دهید تا اطمینان حاصل شود که دمای اتصال زیر امتیاز جزء باقی می ماند.

به عنوان مثال، یک مطالعه توسط موسسه ملی استانداردها و فناوری [FLT 1] نشان داد که از طریق حرارتی جاسازی شده می تواند مقاومت حرارتی را تا 30٪ در مقایسه با اجزای سطح بالا کاهش دهد.

ملاحظات هزینه و اخراج تجاری

تکنولوژی جزء جاسازی شده به طور کلی افزایش هزینه تولید به دلیل مراحل اضافی (تعطیع) (تعطیع بخش، قرار دادن جزء، و بازرسی) را افزایش می دهد، با این حال، هزینه کلی سیستم می تواند پایین تر باشد اگر اندازه هیئت مدیره را کاهش دهد، کانکتورها را حذف کند یا عملکرد را بهبود بخشد.

تست و تضمین کیفیت

تست برق

پس از ساخت، انجام استمرار و آزمایش های انزوا با استفاده از وسایل خودکار. اتصالات جاسازی شده ممکن است مقاومت بالاتری به دلیل رابط های میکروویا داشته باشد؛ اطمینان حاصل کنید که ارزش های اندازه گیری شبیه سازی مطابقت دارند.استفاده از بازتاب زمانی (TDR) برای تأیید ضعیف در خطوط سرعت بالا بحرانی.

قابلیت اطمینان Testing

تخته های نمونه اولیه برای دوچرخه سواری حرارتی (به عنوان مثال،-40 درجه سانتیگراد به +125 درجه سانتیگراد)، قرار گرفتن در معرض رطوبت (85 درجه سانتیگراد / 8 RH5٪)، و لرزش مکانیکی برای تأیید اینکه اجزای جاسازی شده زنده می مانند. Check for delamination، کرک کردن یا خستگی مفصل فروخته شده است. نمونه ای از استانداردهای آزمون قابلیت اطمینان JE JESD22-A104 برای دمای دوچرخه سواری است.

معیارهای کیفیت

با سازنده خود کار کنید تا معیارهای کیفیت کلیدی را تعریف کنید: دقت موقعیت جزء (معمولا ± 50 μm)، خالی شدن در لایه های چسب (<20٪ منطقه) و بدون درز کردن از کنترل فرایند آماری (SPC) برای نظارت بر تغییرات در طول تولید.

همکاری با تولیدکنندگان

پیاده سازی موفق از اجزای جاسازی شده نیازمند همکاری نزدیک با یک سازنده PCB است که در این تکنولوژی تجربه شده است. [۱] فایل های طراحی خود را زود به اشتراک بگذارید و از قابلیت های فرآیند DFM درخواست کنید: حداقل عمق حفره، تحمل ضخامت جزء و محدودیت های فشار جذب کننده استفاده می کند. بسیاری از تولید کنندگان چک لیست های طراحی را ارائه می دهند - به عنوان مثال، Würth Eltronik [F] دستورالعمل های نازک برای مقاومت در برابر آن ارائه می دهد.

آینده در PCB های جاسازی شده

این زمینه به سرعت با پیشرفت در چاپ 3D از بسترها، تولید افزودنی از هادی های جاسازی شده و ادغام رویکردهای سیستم در بسته بندی (SiP) پیشرفت می کند.تحقیقات از انتشار ] امتیاز به تراشه های جاسازی شده به عنوان یک گام بعدی به سمت ادغام ناهمگن، علاوه بر این استفاده از مواد پیشرفته با استانداردهای هدایت بالا (طراحی سیستم باید از کنفرانس های اطلاع رسانی شود.

نتیجه گیری

طراحی PCB با اجزای جاسازی شده نشان دهنده یک جهش قابل توجه در مینیاتور و عملکرد الکترونیکی است، با پیروی از دستورالعمل های ذکر شده در این مقاله - انتخاب قطعات مراقبتی، انتخاب مواد مطلوب، شبیه سازی دقیق، بهترین شیوه ها و تست کامل - مهندسان می توانند پتانسیل کامل این تکنولوژی را مهار کنند، در حالی که پیاده سازی نیاز به سرمایه گذاری پیش رو و همکاری نزدیک با سازندگان، پاداش در کاهش اندازه، و کاهش یکپارچگی، و فرآیندهای اطمینان حاصل از آن است.