Проектування друкованих плат (PCBs) з вбудованими компонентами є швидко за участю методології, яка дозволяє інженерам виштовхувати межі мініатуризації та продуктивності. При інтеграції пасивних і активних компонентів безпосередньо в субстрат, дизайнери можуть зменшити площа дошки, підвищити електричну характеристику та підвищити надійність. Цей підхід є критичним для додатків, таких як носіння, медичні імпланти, пристрої Інтернету речей, аерокосмічна електроніка, де простір знаходиться в преміальній та сигналній цілісності є параmount. У цьому посібнику ми розглянемо комплексні принципи дизайну, вибір матеріалів, термоменеджмент, виробництво, і стратегії перевірки, щоб успішно впроваджувати вбудовану технологію компонентів.

Розуміння вбудованих технологій компонентів

Вбудовувані компоненти є резистори, конденсатори, індуктори, або навіть активні штампи, які розміщені в шарах друкованої плати, а не встановлюються на поверхні. Технологія важелі стандартні процеси виготовлення друкованих плат з додатковими кроками для формування порожнини, розміщення компонентів та ламінування. Це призводить до більш тонкої, більш легкої збірки з більш короткими між'єднаннями, зменшення паразитичних ефектів і підвищення високочастотної продуктивності. За допомогою білета IPC на вбудованих компонентах, ця техніка може зменшити розмір плати до 40% при поліпшенні цілісності сигналу шляхом зниження індуктивності і ємності.

Основні переваги компонентів, що вбудовуються

  • Використовувати Зменшення: Вбудовувані компоненти економлять простір, використовуючи іншу невикористану товщину підкладки, що дозволяє меншим чином пристосувати дошки та більш тонкі вироби.
  • Профілактика: Короткі взаємозв'язки знизять параситичну індуктивність і ємність сигналу, що посилює цілісність сигналів і дозволяє більш високі робочі частоти з меншим шумом.
  • Забезпечена надійність: Февервер паяльни шви та зовнішні з'єднання зменшують потенційні точки збою, особливо під механічними навантаженнями або термічним велосипедом.
  • Проектна гнучкість: Дозволяє інноваційним факторам форми, такими як вигнуті або гнучкі підкладки, а також дозволяє комплексні тривимірні конструкції, такі як укладені модулі.
  • Thermal Переваги: компоненти можна розмістити ближче до термічної застібки або радіаторів, покращуючи відключення тепла в високопотужних конструкціях.

Дизайн робочого процесу та моделювання

Аналіз та оцінка потреб

Перед тим як розкладання на вбудованому дизайні компонентів, чітко визначено електричну та механічну вимогу. Визначте, які компоненти будуть найбільш вигідні від збирання — високочастотні пасивні пасивні, декоулінгові конденсатори або невеликі активні гиди. Використовуйте імітаційні інструменти, такі як CST Studio Suite або Ansys HFSS для моделювання електромагнітної поведінки вбудованих з'єднань і перевірте, що паразитика залишаються в межах прийнятних обмежень. Цей симулятор переднього зв'язку зменшує вартість редизайнів пізніше.

Вибір компонентів для вбудовування

Виберіть компоненти, які використовуються для процесів тиснення, які включають високі температури (до 200 ° C при ламінуванні) і механічний тиск. Призначені компоненти мають низькі розміри профілю (типово під 0.5 мм), надійні енкопсуляції (мольована або керамічна), і доступні в невеликих пакетах, таких як 0201 або 0402 для пасивів. Для активних штампів, коротемир або вафельно-рівневі пакети чіп-масштабні (WLCSP) є загальним. Консультація з постачальниками компонентів для згортання-кваліфікованих номерів.

Підстратні Вибір матеріалів

Підкладка PCB повинна вмістити вбудовані компоненти при підтримці структурної цілісності. Матеріали високої щільності, такі як FR-4 з високою температурою переходу (склоперехід), поліімід або LCP (рідкий кристал полімер) є типовими. Для високочастотних додатків рекомендується низьколосоякісні матеріали, такі як Rogers RO4000 серії або PTFE композити. Коефіцієнт матеріалу теплового розширення (CTE) повинен відповідати вбудованим компонентам для зменшення навантаження під час термічного вело.

Дизайн посібників з керованості (DFM)

Планування та планування макетів

При оформленні пласта стека виділяють певні шари для складання компонентів, як правило, в внутрішніх шарах, де вони захищені химерним і мідним фольгом. Використовуйте симетричні стежки для запобігання бородавки. Планувати розміри порожнини точно — це необхідно трохи більше, ніж компонент, щоб дозволити при реєстрації толерантності. Включаючи породу для вирівнювання при розміщенні компонентів.

Стратегії та взаємозв'язки

Вбудовувані компоненти вимагають вертикальних з'єднань, щоб досягти інших шарів. Використовуйте мікровії (накладні бурильні) з невеликими діаметрами (75–100 мкм) для підключення з вбудованих компонентів колодок до сусідніх мідних шарів. Для більш високих поточних шляхів слід розглянути через пролунку через отвори, але зауважити, що вони споживають простір. Переміщені або укладаються мікровії можуть зменшити довжину сигналу. Переконайтеся, що через захоплення колодки призначені для розміщення з перереєстрацією, зазвичай за допомогою 50 мкм кільцевого кільця.

Тестування та контроль доступу

Включені тестові точки на доступних шарах, щоб дозволити тестування на лижах (ICT) або тестування пробок після ламінування. Вбудовування може непристосувати компоненти, що робить візуальний контроль важко. Використовуйте рентгенівський огляд для перевірки вирівнювання та якості паяльної частини. Деякі виробники пропонують автоматизовану оптичну перевірку (AOI) для вбудованих шарів перед кінцевою ламінацією. Дизайн з вбудованими самотестними (BIST) функціями, де можна спростити розкладання.

Стратегії термічного управління

Компоненти вбудовування можуть концентрувати тепло в рамках субстрату, підвищуючи локальні температури. Для пом'якшення перегріву впроваджують наступні стратегії:

  • Використовуйте теплові через безпосередньо під або прилеглі до вбудованих компонентів для проведення нагріву до зовнішніх шарів або тепловідведення.
  • Підкладка металева або ізольована металева підкладка (ІМС) для високопотужних конструкцій.
  • Включають терморозкладачі, такі як вбудовані мідні монети або графітові листи в стемп.
  • Під час моделювання, виконання термоаналізу за допомогою інструментів, таких як FloTHERM або Icepak, щоб забезпечити температуру з'єднання залишаються нижче показників компонентів.

Наприклад, дослідження Національного інституту стандартів та технологій показали, що вбудовані теплові мережі можуть зменшити термостійкість до 30% порівняно з поверхневими компонентами.

Розгляд та торгівля

Вбудована технологія компонентів зазвичай збільшує вартість виробництва через додаткові кроки процесу (розсади даної складності, розміщення компонентів, ламінування та обстеження). Однак загальна вартість системи може бути нижче, якщо вона знижує розмір дошки, усуває роз'єми або покращує врожайність. Провести загальну вартість аналізу володіння, яка включає збірку, житло та тестування. Для виробництва високої потужності, вартість проникних елементів може стати конкурентоспроможною з традиційною технологією, особливо при використанні панно-рівневих процесів згортання. Детальний посібник з моделювання вартості доступний з IPC.

Тестування та оцінка якості

Електричні тестування

Після виготовлення, виконання безперервності та ізоляції тестів за допомогою автоматизованих світильників. Вбудовувані міжключення можуть мати більш високу стійкість через інтерфейси мікровія; забезпечити, що виміряні значення відповідають імітаційним значенням. Використовуйте часову рефлекторію (ТДР) для перевірки на критичних швидкісних лініях.

Тестування надійності

Тема прототипу дошки до теплового велосипеда (наприклад, -40°C до +125°C), вологість впливу (85°C / 85% RH), а також механічна вібрація, яка вбудовується компоненти, виживає. Перевірте для розкриття, тріщини, або припайного суглоба втоми. Прикладом стандартів надійності тестових стандартів є JEDEC JESD22-A104 для термона велосипеді.

МЕТОДИ якості

Робота з вашим виробником для визначення ключових показників якості: точність позиції компонентів (типично ± 50 мкм), порожнечі в шарах клею (<20% площі), а ламінування безповоротно. Використовуйте статистичний контроль процесу (SPC) для моніторингу варіацій при виробництві.

Співпраця з виробниками

Успішне виконання вбудованих компонентів вимагає тісної співпраці з ТПП, досвідченим в цій технології. Поділіть ваші дизайнерські файли рано і запитайте огляд DFM. Можливості процесу диску: мінімальна глибина порожнини, допустимі допуски, і обмеження тиску ламінування. Багато виробників забезпечують контрольні списки — наприклад, Würth Elektronik пропонує рекомендації для складання його тонко-фільмових резисторів.

Майбутні тренди в вбудованих друкованих платах

Поле швидко адвокує розробки в 3D-друкі субстратів, добавленого виробництва вбудованих провідників, та інтеграції системно-пакувальних підходів (SiP). Дослідження з вказує на вбудовані котлети в наступному крокі до гетерогенної інтеграції. Крім того, використання передових діелектричних матеріалів з підвищеною теплопровідністю дозволить згорнути компоненти живлення. Дизайнери повинні бути поінформовані через галузеві конференції (наприклад, IPCAPEX Expo) та стандарти оновлень.

Висновок

Проектування друкованих плат з вбудованими компонентами є значним стрибком вперед в електронній мініатуризації та продуктивності. Дотримуючись інструкцій, викладених в цій статті -доглядова сукупність компонентів, оптимальні вибір матеріалів, строгий імітаційний, найкращі практики DFM та ретельне тестування -інжиніри можуть загарнути весь потенціал цієї технології. Під час реалізації вимагає залучення інвестицій та тісної співпраці з виробниками, винагороди у зменшенні розмірів, цілісність сигналу та надійність є суттєвими. Як процеси виробництва зрілих і витрат, зниження вбудованих компонентів, вбудований дизайн компонента стане основним чином для наступних поколінь електронних продуктів.