Wichtige Vorteile und Praktiken im Embedded-PCB-Design

Da elektronische Geräte immer kleiner werden und gleichzeitig höhere Leistung erfordern, steht die traditionelle Oberflächenmontage-Technologie (SMT) vor wachsenden Herausforderungen in den Bereichen Raumnutzung, Signalintegrität,und thermisches ManagementDas Embedded-Component-PCB-Design ist als Lösung entstanden und integriert passive und aktive Komponenten direkt in die inneren Schichten von Leiterplatten.Durchbrechen der Grenzen der herkömmlichen SMT und Eröffnung neuer Möglichkeiten für die Innovation elektronischer Produkte.

Eingebettete Komponenten-PCBs enthalten, wie der Name schon sagt, elektronische Komponenten (typischerweise passive Elemente wie Widerstände, Kondensatoren und Induktoren,(einschließlich aktiver Komponenten wie integrierter Schaltungen) direkt in die inneren Schichten von LeiterplattenIm Vergleich zur traditionellen SMT verbessert diese fortschrittliche Fertigungstechnologie die Platzausnutzung, die elektrische und thermische Leistung und die Zuverlässigkeit des Produkts erheblich.

Eingebettete Bauteile sind Elemente, die nicht mehr als getrennte Teile auf der Leiterplattenoberfläche montiert werden, sondern durch spezielle Verfahren innerhalb der Platine hergestellt oder zusammengebaut werden.Dazu gehören passive Komponenten wie Widerstände.Die Implementierungsmethoden umfassen Dünnschichttechnologie, Dickschichttechnologie, Co-Fire-Techniken und Laminationsprozesse.

• mit einer Leistung von mehr als 10 WDie Widerstandswerte werden durch Anpassung der Form, Abmessungen,und Dicke.
• mit einer Leistung von mehr als 10 WDie Kapazität wird durch Anpassung der dielektrischen Fläche und Dicke gesteuert.mit einer Breite von mehr als 20 mm,.
• mit einer Leistung von mehr als 10 WDie Induktivitätswerte werden durch Änderung der Anzahl der Drehungen, der Leiterbreite und des Abstands angepasst.
• Eingebettete Schaltungen:Bare Chips sind direkt in die Leiterplatte eingebettet und elektrisch durch Mikro-Interconnect-Technologien wie Flip-Chip oder Chip-Stapling verbunden.erhebliche Verringerung von Produktgröße und -gewicht bei gleichzeitiger Verbesserung der elektrischen Leistung.

Während sie der herkömmlichen PCB in ihrer Grundkonstruktion ähnlich sind (mit Substrat, leitfähigen Schichten und Isolierung), integrieren eingebettete Komponenten-PCBs elektronische Elemente in ihre inneren Schichten.Dies erfordert in der Regel die Schaffung von Hohlräumen oder Fenstern in den inneren Schichten, um Komponenten zu beherbergen, die dann durch Lamination, Füllung oder Verkapselungsprozesse gesichert werden.

Im Vergleich zu herkömmlichen SMT bieten eingebettete PCB-Komponenten erhebliche Vorteile:

Durch die interne Integration von Komponenten, befreien diese PCB Oberfläche,die entweder mehr Funktionalität in derselben Plattengröße oder kleinere Platten für eine gleichwertige Funktionalität ermöglicht, was besonders für hohe Dichte nützlich ist, miniaturisierte Elektronik.

• Verringerte parasitäre Wirkung:Kürzere Verbindungswege minimieren parasitäre Kapazität und Induktivität und verbessern Signalübertragungsgeschwindigkeit und -qualität, was besonders für Hochfrequenzkreise von Bedeutung ist.
• Verbesserte Signalintegrität:Eine bessere Impedanzkontrolle reduziert Signalreflexion und -verzerrung, was für digitale und HF-Schaltungen mit hoher Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung ist.
• Niedrigere EMI:Durch die Verringerung der Strahlungsfläche wird die elektromagnetische Interferenz verringert, wobei durch PCB-Schichten eine zusätzliche Abschirmung möglich ist.

Der direkte Kontakt mit den PCB-Wärmeschichten verbessert die Wärmeabgabe, während die inneren Kupferschichten zur Verteilung der Wärme beitragen, die Komponententemperaturen senken und die Zuverlässigkeit erhöhen.

• Weniger Lötverbindungen:Die Verringerung der Schweißpunkte verringert das Ausfallrisiko an diesen gemeinsamen Schwachstellen.
• Verbesserte Schwingungsbeständigkeit:Innerlich gesicherte Bauteile widerstehen größeren mechanischen Belastungen.
• Bessere Umweltschutzfähigkeit:Erhöhter Schutz gegen Feuchtigkeit, Korrosion und andere Umweltfaktoren.

Während die Herstellungskosten in der Regel höher sind als bei SMT-PCBs, können eingebettete Designs die Gesamtkosten durch weniger Komponenten, kleinere Platengrößen,und eine verbesserte Langlebigkeit, die die Wartungs- und Ersatzkosten senkt.

Zu den wichtigsten Materialien gehören Substratmaterialien (unter Berücksichtigung der elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften), Widerstandsmaterialien (mit Schwerpunkt auf Widerstandsfähigkeit und Stabilität),und Kondensatormaterialien (die dielektrischen Eigenschaften priorisieren).

Eine optimale Schichtanordnung muss die Platzierung der Komponenten (in der Nähe der Signalschichten), die Nähe von Strom/Boden, die Abschirmungsanforderungen und die Isolationsdicke berücksichtigen.

Kritische Elemente sollten in der Nähe von Steckverbänden, Wärmequellen in der Nähe von thermischen Lösungen, Hochfrequenzkomponenten in der Nähe von Bodenoberflächen und Antriebselementen in der Nähe von Lasten platziert werden.

Die Signalleitungen sollten kurz und direkt sein, die Stromleitungen breit für die Stromkapazität, die Bodenflächen kontinuierlich und die Durchgänge minimiert, um parasitäre Auswirkungen zu reduzieren.

Ein effektives Wärmemanagement beinhaltet Wärmeschwänze, thermische Durchgänge, leitfähige Schnittstellenmaterialien und möglicherweise Zwangsluftkühlung.

• Herstellung von Substraten
• Muster der inneren Schicht
• Einbettung von Komponenten
• Lamination unter präzisen Bedingungen
• Bohren und Plattieren
• Außenschichtmuster
• Oberflächenbearbeitung
• Umfassende Prüfung

Eingebettete PCB-Komponenten verändern viele Branchen:

• Mobilfunk:Reduzierung der Größe und des Gewichts bei gleichzeitiger Verbesserung der Leistung von Smartphones und Tablets
• Luft- und RaumfahrtVerbesserung der Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen
• Medizinische Elektronik:Bereitstellung von Präzision und Stabilität für Anwendungen im Gesundheitswesen
• Automobilindustrie:Erfüllung strenger Zuverlässigkeitsstandards
• Industrielle Kontrolle:Komplexe Betriebsbedingungen

Die Technologie entwickelt sich in Richtung:

• Integration mit höherer Dichte
• Verbesserte Leistung durch fortschrittliche Materialien
• Reduzierte Herstellungskosten
• Mehr Funktionalität durch integrierte Sensoren und Aktoren

Zu den wichtigsten Empfehlungen gehören:

• Auswahl der Materialien auf der Grundlage der Anwendungsanforderungen
• Optimierung von Schichtstapeln zur Minimierung von Signalproblemen
• Strategische Platzierung der Bauteile unter Berücksichtigung thermischer und elektrischer Faktoren
• Angemessene Routingtechniken
• Umfassende Prüfungen vor und nach der Herstellung

Die Embedded-Component-PCB-Technologie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Elektronikfertigung dar, da sie eine überlegene Raumeffizienz, elektrische Leistung, thermisches Management und Zuverlässigkeit bietet.Da die Technologie weiter reif wird, werden sich die Anwendungen in allen Branchen ausweiten und die Entwicklung kleinerer, schnellerer und robusterer elektronischer Geräte ermöglichen.