Principaux avantages et pratiques en matière de conception de circuits imprimés embarqués

Comme les appareils électroniques continuent de se rétrécir en taille tout en exigeant des performances plus élevées, la technologie traditionnelle de montage de surface (SMT) est confrontée à des défis croissants en matière d'utilisation de l'espace, d'intégrité du signal,et gestion thermiqueLa conception de circuits imprimés à composants intégrés est apparue comme une solution, intégrant des composants passifs et actifs directement dans les couches internes des circuits imprimés.dépasser les limites de la SMT classique et ouvrir de nouvelles possibilités d'innovation en matière de produits électroniques.

Les PCB à composants intégrés, comme leur nom l'indique, intègrent des composants électroniques (généralement des éléments passifs tels que des résistances, des condensateurs et des inducteurs,mais aussi des composants actifs comme les circuits intégrés) directement dans les couches internes des cartes de circuits imprimésComparée à la SMT traditionnelle, cette technologie de fabrication avancée améliore considérablement l'utilisation de l'espace des cartes, améliore les performances électriques et thermiques et augmente la fiabilité du produit.

Les composants embarqués sont des éléments qui ne sont plus montés comme pièces distinctes sur la surface du PCB, mais sont fabriqués ou assemblés à l'intérieur de la carte grâce à des procédés spécialisés.Ceux-ci peuvent inclure des composants passifs comme les résistancesLes méthodes d'implémentation comprennent la technologie à film mince, la technologie à film épais, les techniques de co-chauffage et les processus de stratification.

• Résistances intégrées:Créé à l'aide de matériaux résistants spécialisés (tels que des alliages nickel-chrome ou des films de carbone) à l'intérieur des couches internes du PCB.et épaisseur.
• Les capacitors intégrés:Formé en utilisant des matériaux diélectriques à haute perméabilité dans les couches internes de PCB. La capacité est contrôlée en réglant la surface diélectrique et l'épaisseur,avec des structures communes comprenant des condensateurs empilés et planars.
• d'une puissance de sortie de l'air supérieure ou égale à:Les valeurs d'inductance sont ajustées en modifiant le nombre de tours, la largeur du conducteur et l'espacement.
• IC intégrés:Les puces nues sont directement intégrées dans le PCB et connectées électriquement par des technologies de micro-interconnexion telles que le flip-chip ou l'empilement de puces,réduire considérablement la taille et le poids du produit tout en améliorant les performances électriques.

Bien que similaire dans sa construction de base aux PCB traditionnels (avec substrat, couches conductrices et isolation), les PCB à composants intégrés intègrent des éléments électroniques dans leurs couches internes.Cela nécessite généralement de créer des cavités ou des fenêtres dans les couches internes pour loger les composants, qui sont ensuite fixés par des procédés de stratification, de remplissage ou d'encapsulation.

Comparativement à la SMT classique, les PCB à composants intégrés offrent des avantages importants:

En intégrant des composants à l'intérieur, ces PCB libèrent de la surface,permettant soit plus de fonctionnalités dans la même taille de carte, soit des cartes plus petites pour une fonctionnalité équivalente, particulièrement précieuses pour les cartes à haute densité, électronique miniaturisée.

• Réduction des effets parasitaires:Les chemins de connexion plus courts réduisent la capacité et l'inductivité parasites, améliorant la vitesse et la qualité de transmission du signal, particulièrement critiques pour les circuits à haute fréquence.
• Intégrité améliorée du signal:Un meilleur contrôle de l'impédance réduit la réflexion et la distorsion du signal, ce qui est crucial pour les circuits numériques et RF à grande vitesse.
• Moins d'IMC:Une zone de rayonnement réduite réduit les interférences électromagnétiques, avec un blindage supplémentaire possible grâce à des couches de PCB.

Le contact direct avec les couches thermiques de PCB améliore la dissipation de la chaleur, tandis que les couches internes de cuivre aident à distribuer la chaleur, abaissant les températures des composants et améliorant la fiabilité.

• Moins de joints de soudure:Les points de soudure réduits réduisent les risques de défaillance de ces points faibles communs.
• Amélioration de la résistance aux vibrations:Les composants fixés à l'intérieur résistent à des contraintes mécaniques plus élevées.
• Une meilleure résistance environnementale:Une meilleure protection contre l'humidité, la corrosion et d'autres facteurs environnementaux.

Bien que les coûts de fabrication soient généralement plus élevés que pour les PCB SMT, les conceptions intégrées peuvent réduire les coûts globaux grâce à un nombre de composants moins élevé, à des tailles de carte plus petites, à des performances de fabrication plus élevées et à des performances plus élevées.et une meilleure longévité qui réduit les coûts d'entretien et de remplacement.

Les matériaux clés comprennent les matériaux de substrat (en tenant compte des propriétés électriques, thermiques et mécaniques), les matériaux de résistance (en mettant l'accent sur la résistivité et la stabilité),et matériaux de condensation (priorisant les propriétés diélectriques).

L'aménagement optimal des couches doit tenir compte de l'emplacement des composants (près des couches de signal), de la proximité du plan puissance/sol, des exigences en matière de blindage et de l'épaisseur de l'isolation.

Les éléments critiques doivent être placés à proximité des connecteurs, des sources de chaleur à proximité des solutions thermiques, des composants à haute fréquence à proximité des plans au sol et des éléments d'alimentation adjacents aux charges.

Les lignes de signal doivent être courtes et droites, les lignes électriques larges pour la capacité actuelle, les plans au sol continus et les voies minimisées pour réduire les effets parasitaires.

Une gestion efficace de la chaleur comprend des dissipateurs de chaleur, des voies thermiques, des matériaux d'interface conducteurs et éventuellement un refroidissement par air forcé.

• Préparation du substrat
• Modèles de couche interne
• Incorporation de composants
• Lamination dans des conditions précises
• Perçage et placage
• Modèles de couche externe
• Finition de surface
• Tests complets

Les PCB intégrés sont en train de transformer de nombreuses industries:

• Les communications mobiles:Réduire la taille/le poids tout en améliorant les performances des smartphones et tablettes
• Aérospatiale:Amélioration de la fiabilité dans des environnements difficiles
• électronique médicale:Fournir une précision et une stabilité pour les applications de santé
• Automobile:Répondre à des normes rigoureuses de fiabilité
• Contrôle industriel:Résistant à des conditions de fonctionnement complexes

La technologie évolue vers:

• Intégration de densité plus élevée
• Des performances améliorées grâce à des matériaux avancés
• Réduction des coûts de fabrication
• Plus de fonctionnalités grâce à des capteurs et des actionneurs intégrés

Les principales recommandations sont les suivantes:

• Sélection des matériaux en fonction des exigences de l'application
• Optimisation des piles de couches pour minimiser les problèmes de signal
• Placement stratégique des composants compte tenu des facteurs thermiques et électriques
• Techniques de routage appropriées
• Tests complets avant et après la fabrication

La technologie des circuits imprimés à composants intégrés représente une avancée significative dans la fabrication d'électronique, offrant une efficacité spatiale, des performances électriques, une gestion thermique et une fiabilité supérieures.Comme la technologie continue de mûrir, ses applications vont s'étendre à tous les secteurs, permettant le développement de dispositifs électroniques plus petits, plus rapides et plus robustes.