Keuntungan dan Praktek Utama dalam Desain PCB Tertanam

Karena perangkat elektronik terus menyusut dalam ukuran sementara menuntut kinerja yang lebih tinggi, teknologi pemasangan permukaan tradisional (SMT) menghadapi tantangan yang meningkat dalam pemanfaatan ruang, integritas sinyal,dan manajemen termalDesain PCB komponen tertanam telah muncul sebagai solusi, mengintegrasikan komponen pasif dan aktif langsung ke lapisan dalam papan sirkuit cetak,Membongkar keterbatasan SMT konvensional dan membuka kemungkinan baru untuk inovasi produk elektronik.

PCB komponen tertanam, seperti namanya, menggabungkan komponen elektronik (biasanya elemen pasif seperti resistor, kapasitor, dan induktor,tetapi juga termasuk komponen aktif seperti sirkuit terpadu) langsung ke lapisan dalam papan sirkuit cetakDibandingkan dengan SMT tradisional, teknologi manufaktur canggih ini secara signifikan meningkatkan pemanfaatan ruang papan, meningkatkan kinerja listrik dan termal, dan meningkatkan keandalan produk.

Komponen tertanam adalah elemen yang tidak lagi dipasang sebagai bagian diskrit pada permukaan PCB tetapi sebaliknya diproduksi atau dirakit di dalam papan melalui proses khusus.Ini dapat mencakup komponen pasif seperti resistorMetode implementasi termasuk teknologi film tipis, teknologi film tebal, teknik co-firing, dan proses laminasi.

• Resistor tertanam:Dibuat menggunakan bahan resistif khusus (seperti paduan nikel-kromium atau film karbon) dalam lapisan dalam PCB.dan ketebalan.
• Kondensator tertanam:Dibentuk dengan menggunakan bahan dielektrik permeabilitas tinggi dalam lapisan dalam PCB. Kapasitas dikendalikan dengan menyesuaikan area dielektrik dan ketebalan,dengan struktur umum termasuk kapasitor bertingkat dan planar.
• Induktor tertanam:Dibuat dengan mengukir atau membentuk konduktor spiral di lapisan dalam PCB. Nilai induktansi disesuaikan dengan memodifikasi jumlah putaran, lebar konduktor, dan jarak.
• IC tertanam:Chip kosong tertanam langsung ke dalam PCB dan terhubung secara listrik melalui teknologi interkoneksi mikro seperti flip-chip atau chip stacking,mengurangi ukuran dan berat produk secara signifikan sambil meningkatkan kinerja listrik.

Meskipun mirip dalam konstruksi dasar dengan PCB tradisional (dengan substrat, lapisan konduktif, dan isolasi), PCB komponen tertanam mengintegrasikan elemen elektronik di dalam lapisan dalamnya.Hal ini biasanya membutuhkan menciptakan rongga atau jendela di lapisan internal untuk rumah komponen, yang kemudian diamankan melalui proses laminasi, pengisian, atau encapsulation.

Dibandingkan dengan SMT konvensional, PCB komponen tertanam menawarkan manfaat yang signifikan:

Dengan mengintegrasikan komponen secara internal, PCB ini membebaskan permukaan,memungkinkan lebih banyak fungsionalitas dalam ukuran papan yang sama atau papan yang lebih kecil untuk fungsionalitas yang setara, terutama berharga untuk kepadatan tinggi, elektronik miniatur.

• Pengurangan efek parasit:Jalur koneksi yang lebih pendek meminimalkan kapasitansi dan induktansi parasit, meningkatkan kecepatan transmisi sinyal dan kualitas, terutama penting untuk sirkuit frekuensi tinggi.
• Integritas sinyal ditingkatkan:Pengendalian impedansi yang lebih baik mengurangi refleksi dan distorsi sinyal, yang penting untuk sirkuit digital dan RF berkecepatan tinggi.
• EMI yang lebih rendah:Daerah radiasi yang berkurang mengurangi gangguan elektromagnetik, dengan perlindungan tambahan yang mungkin melalui lapisan PCB.

Kontak langsung dengan lapisan termal PCB meningkatkan disipasi panas, sementara lapisan tembaga internal membantu mendistribusikan panas, menurunkan suhu komponen dan meningkatkan keandalan.

• Lebih sedikit sendi pengisap:Titik solder yang berkurang mengurangi risiko kegagalan pada titik lemah yang umum ini.
• Peningkatan ketahanan getaran:Komponen yang terpasang secara internal tahan terhadap tekanan mekanik yang lebih besar.
• Resistensi lingkungan yang lebih baik:Perlindungan yang lebih baik terhadap kelembaban, korosi, dan faktor lingkungan lainnya

Sementara biaya manufaktur biasanya lebih tinggi daripada PCB SMT, desain tertanam dapat mengurangi biaya keseluruhan melalui lebih sedikit komponen, ukuran papan yang lebih kecil,dan meningkatkan umur panjang yang menurunkan biaya pemeliharaan dan penggantian.

Bahan utama termasuk bahan substrat (mempertimbangkan sifat listrik, termal, dan mekanis), bahan resistor (fokus pada resistivitas dan stabilitas),dan bahan kapasitor (memprioritaskan sifat dielektrik).

Pengaturan lapisan yang optimal harus mempertimbangkan penempatan komponen (dekat lapisan sinyal), kedekatan daya / permukaan tanah, persyaratan pelindung, dan ketebalan isolasi.

Unsur-unsur kritis harus diposisikan di dekat konektor, sumber panas di dekat larutan termal, komponen frekuensi tinggi di dekat bidang tanah, dan elemen daya yang berdekatan dengan beban.

Jalur sinyal harus pendek dan lurus, jalur listrik lebar untuk kapasitas arus, permukaan tanah terus menerus, dan saluran yang diminimalkan untuk mengurangi efek parasit.

Pengelolaan panas yang efektif mencakup sumur panas, saluran termal, bahan antarmuka konduktif, dan mungkin pendinginan udara paksa.

• Persiapan substrat
• Pola lapisan dalam
• Membungkus komponen
• Laminasi di bawah kondisi yang tepat
• Pengeboran dan pemasangan
• Pola lapisan luar
• Perbaikan permukaan
• Pengujian komprehensif

PCB komponen tertanam mengubah banyak industri:

• Komunikasi seluler:Mengurangi ukuran/berat sambil meningkatkan kinerja di smartphone dan tablet
• Pesawat ruang angkasa:Meningkatkan keandalan dalam lingkungan yang keras
• Elektronika medis:Memberikan presisi dan stabilitas untuk aplikasi perawatan kesehatan
• Mobil:Memenuhi standar keandalan yang ketat
• Kontrol industri:Tahan kondisi operasi yang kompleks

Teknologi berkembang menuju:

• Integrasi kepadatan yang lebih tinggi
• Kinerja yang ditingkatkan melalui bahan canggih
• Mengurangi biaya manufaktur
• Fungsionalitas yang lebih besar dengan sensor dan aktuator terintegrasi

Rekomendasi utama meliputi:

• Memilih bahan berdasarkan persyaratan aplikasi
• Mengoptimalkan layer stackups untuk meminimalkan masalah sinyal
• Penempatan komponen strategis dengan mempertimbangkan faktor termal dan listrik
• Teknik perutean yang tepat
• Pengujian pra dan pasca-pembuatan yang komprehensif

Teknologi PCB komponen tertanam mewakili kemajuan yang signifikan dalam manufaktur elektronik, menawarkan efisiensi ruang yang superior, kinerja listrik, manajemen termal, dan keandalan.Saat teknologi terus matang, aplikasinya akan berkembang di seluruh industri, memungkinkan pengembangan perangkat elektronik yang lebih kecil, lebih cepat, dan lebih kuat.