組み込みコンポーネントを備えたプリント基板(PCB)の設計は、エンジニアが小型化と性能の境界線をプッシュすることを可能にする急速に進化する手法です。 パッシブとアクティブコンポーネントを直接基板に統合することにより、設計者はボードエリアを削減し、電気的特性を改善し、信頼性を向上させることができます。 このアプローチは、ウェアラブル、医療インプラント、IoTデバイス、および宇宙がプレミアムで、信号の整合性がパラマウントされている航空宇宙電子機器などのアプリケーションにとって重要なことです。 このガイドでは、我々は、包括的なガイドライン、設計、および製造の検討を成功に成功します。

組込みコンポーネント技術を理解する

組込みコンポーネントは、レジスタ、コンデンサー、インダクタ、またはPCBの層内で配置されているアクティブダイです。 表面に取り付けられたのではなく、。 テクノロジーは、キャビティ形成、コンポーネント配置、ラミネートのための追加のステップで標準PCB製造プロセスを活用します。 この結果は、より短いインターコネクションによるより軽いアセンブリで、寄生効果を減らし、高周波性能を向上させます。 埋め込みコンポーネントのIPCホワイトペーパーによると、この技術は、キャパシティとキャパシタンスを最大40%まで低減することができます。

組込み部品の主な利点

  • サイズ削減:]] 埋め込みコンポーネントは、未使用の基板厚さを利用してスペースを節約し、小型デバイスフットプリントと薄手の製品を可能にします。
  • 性能の向上:]の短縮断線は、パラシティックインダクタンスとキャパシタンスを減らし、信号の完全性を高め、低騒音で高い動作周波数を有効にします。
  • []信頼性の強化:[フェーアーはんだの接合箇所および外的な関係は機械的圧力か熱循環の下で潜在的な失敗ポイントを、特に減らします。
  • Design Flexibility:]]は、曲げられた、またはフレキシブルな基板などの革新的なフォームファクタを可能にし、スタックされたモジュールのような複雑な三次元構造を可能にします。
  • 熱的利点:[]]の部品は熱によってまたはヒートシンクに近く置くことができ、高出力の設計の熱放散を改善します。

ワークフローとシミュレーションの設計

早期計画と要件分析

組み込みコンポーネントの設計に着目する前に、電気的および機械的要件を明確に定義します。 どのコンポーネントが埋め込まれたものから最も利益をもたらすかを特定します。 典型的な高周波受動、コンデンサーをデカップリングするか、または小さなアクティブダイを分離します。 CST Studio Suite や Ansys HFSS などのシミュレーションツールを使用して、組み込みインターリンクの電磁動作をモデル化し、パラシティックが許容限度内に残っていることを確認します。 この先行シミュレーションは、コストリーな再設計を削減します。

エムベッド用部品選定

高温(ラミネート時200°Cまで)と機械圧力を含む、組み込みプロセスで評価されるコンポーネントを選択します。 プレパールコンポーネントは、低プロファイル高さ(通常0.5 mm未満)、堅牢なカプセル封(成形またはセラミック)を持ち、パッシブ用の0201または0402のような小さなパッケージで利用可能です。 アクティブなダイ、ベアダイ、またはウエハレベルのチップスケールパッケージ(WLCSP)は一般的です。 組み込み部品番号のコンポーネントサプライヤーと相談してください。

物質の選択

PCB基板は、構造的完全性を維持しながら、埋め込まれたコンポーネントに対応しなければなりません。高密度の相互接続(HDI)材料は、FR-4などの高Tg(ガラス転移温度)、ポリイミド、またはLCP(液晶ポリマー液体)が典型的です。高周波用途では、ロジャースRO4000シリーズやPTFE複合材などの低損失材料が推奨されます。材料の熱膨張係数(CTE)は、熱循環中に応力を低下させるために埋め込まれたコンポーネントに一致する必要があります。

製造性(DFM)のガイドラインの設計

レイアウトとスタックのプランニング

レイヤースタックの設計時、コンポーネントの埋め込み用の特定のレイヤーを割り当てる。通常、プレッグと銅箔によって保護される内部レイヤーで割り当てます。対称的なスタックアップを使用して、反論を防ぐことができます。キャビティの寸法を正確に計画してください。キャビティの寸法を正確に計画するには、登録許容範囲を許すコンポーネントよりも若干大きくする必要があります。コンポーネント配置中に合理性を含める。

戦略と相互接続による

組込みコンポーネントは、他のレイヤーに到達するために垂直の相互接続を必要とします。マイクロビア(レーザードリルド)を小径(75〜100μm)で使用し、埋め込みコンポーネントパッドから隣接する銅層に接続します。より高い電流パスの場合、スルーホールビアを検討しますが、スペースを消費することに注意してください。 撹拌または積み重ねされたマイクロビアは信号のパスの長さを減らすことができます。 キャプチャパッドを介して、通常50μmの環状リングを使用して、不規則性を収容するように設計されていることを確認してください。

検査・検査アクセス

アクセス可能なレイヤーにテストポイントを組み込んで、インサーキットテスト(ICT)やフライングプローブテスト(ラミネート後のテスト)を行えます。エンベディングはコンポーネントを妨害し、視覚検査を難しにしています。X線検査を使用して、アライメントとはんだ接合品質を検証します。一部のメーカーは、最終ラミネート前に埋め込まれたレイヤーに自動光学検査(AOI)を提供しています。内蔵のセルフテスト(BIST)機能を使用して、デバッグを簡素化できます。

サーマルマネジメント戦略

コンポーネントを埋め込むと、基質内の熱を集中し、局所温度を上げます。過熱を緩和するために、次の戦略を実行します。

  • 組み込みコンポーネントの直接または隣接して熱を使用して、外側の層やヒートシンクに熱を伝導します。
  • メタルコアや絶縁金属基板(IMS)を高出力設計に採用。
  • 組込み銅貨や積み込みのグラファイト板などの熱拡散器を組み込む。
  • シミュレーション中、FloTHERMやIcepakなどのツールを使用して熱解析を行い、接合温度がコンポーネント評価下にあることを確認します。

例えば、標準技術総合研究所()による研究は、埋め込まれた熱バイスが表面実装されたコンポーネントと比較して最大30%の熱抵抗を削減できることを実証しました。

コストの考慮事項とトレードオフ

組込みコンポーネント技術は、一般的に、追加のプロセス手順(キャビティルーティング、コンポーネント配置、ラミネート、および検査)により製造コストを増加させます。しかし、それは、ボードサイズを削減し、コネクタを排除したり、歩留まりを改善したりする場合、全体的なシステムコストが低下する可能性があります。アセンブリ、ハウジング、およびテストを含む総所有分析を実施してください。高音量生産のために、特にパネルレベルの埋め込みプロセスを使用する場合、パーユニットコストは、従来のサーフェスマウント技術で競争的になることができます。 ALTF [F] [F] ガイド: [F] [F] [F] [F]

試験・品質保証

電気テスト

製造後、自動フィクスチャを使用して、継続性および分離テストを実行します。 組み込みインターコネクトは、マイクロビアインターフェイスによるより高い抵抗を有するかもしれません。 測定値がシミュレーションに一致していることを保証します。 重要な高速線のインピーダンス検証のために、タイムドメイン反射測定(TDR)を使用してください。

信頼性試験

サーマルサイクリング(例:-40°C～+125°C)、湿度曝露(85°C/85%RH)、および埋め込まれたコンポーネントが生存することを確認する機械的振動にプロトタイプボードを被験。 脱ラミネート、クラック、またははんだ接合疲労をチェックしてください。 信頼性試験基準の一例は、温度サイクルのJEDEC JESD22-A104です。

品質メトリック

粘着層(<20%面積)、ラミネートの欠如を防止する部品位置精度(典型的に±50μm)、およびラミネートのキー品質基準を定義するために、あなたのメーカーと協力して作業してください。 生産中に統計プロセス制御(SPC)を使用して、バリエーションを監視します。

製造業者とのコラボレーション

組込みコンポーネントの実装は、この技術で経験したPCBのファブリケーターと密接に連携する要求をします。 設計ファイルを早期に共有し、DFMレビューを要求します。 プロセスの能力を削減:最小キャビティ深さ、コンポーネントの厚さ許容、およびラミネーション圧力制限。 多くのメーカーは、設計チェックリストを提供します。例えば、)Würth Elektronikは、薄膜抵抗器を埋め込むためのガイドラインを提供します。

組込みPCBの将来の傾向

フィールドは、基板の3Dプリンティング、組込み導体の添加製造、およびシステムインパッケージ(SiP)の統合において、開発に急速に進んでいます。 ]からの研究]研究を研究する研究]]]を埋め込まれたチップレットに、次世代の統合に向けた次のステップとして活用します。 さらに、より高い熱伝導性を備えた高度な誘電材料の使用は、電力コンポーネントの埋め込みを可能にします。 デザイナーは、会議(Effeg)やAPPC(APPC)を通したままにしておく必要があります。

コンテンツ

組込みコンポーネントを持つPCBの設計は、電子的小型化と性能の飛躍的な進歩を表しています。この記事で説明したガイドラインに従うことで、十分なコンポーネントの選択、最適な材料の選択、厳格なシミュレーション、DFMのベストプラクティス、徹底的なテストが、エンジンはこの技術のフルポテンシャルを発揮することができます。実装には、先行投資が必要であり、メーカーとの緊密なコラボレーションが要求される一方で、サイズ削減、信号の完全性、信頼性の報酬が大幅に増加します。製造プロセスが成熟し、コストが減少すると、組み込みコンポーネントの設計は、次の電子製品に主要なアプローチされます。