Kluczowe zalety i praktyki projektowania wbudowanych płyt PCB

Ponieważ urządzenia elektroniczne nadal kurczą się w rozmiarze, wymagając jednocześnie wyższej wydajności, tradycyjna technologia montażu powierzchniowego (SMT) stoi w obliczu rosnących wyzwań w zakresie wykorzystania przestrzeni, integralności sygnału,i zarządzania cieplnymWbudowana konstrukcja PCB jako rozwiązanie zintegrowała pasywne i aktywne komponenty bezpośrednio z wewnętrznymi warstwami płytek drukowanych.przełamanie ograniczeń konwencjonalnej SMT i otwarcie nowych możliwości innowacji produktów elektronicznych.

Wbudowane komponenty PCB, jak sama nazwa wskazuje, zawierają elementy elektroniczne (zwykle elementy bierne, takie jak rezystory, kondensatory i induktory,ale również zawierające aktywne komponenty, takie jak układy scalone) bezpośrednio w wewnętrznych warstwach płytek drukowanychW porównaniu z tradycyjnym SMT, ta zaawansowana technologia produkcyjna znacząco poprawia wykorzystanie przestrzeni na płycie, zwiększa wydajność elektryczną i cieplną oraz zwiększa niezawodność produktu.

Wbudowane elementy to elementy, które nie są już montowane jako oddzielne części na powierzchni płyt PCB, ale są zamiast tego wytwarzane lub montowane w obrębie płyty za pomocą specjalistycznych procesów.Mogą one obejmować elementy pasywne, takie jak rezystory.Metody wdrożenia obejmują technologię cienkich folii, technologię grubości folii, techniki współpalenia i procesy laminacji.

• Wbudowane rezystory:Stworzone z wykorzystaniem specjalistycznych materiałów oporowych (takich jak stopy niklu i chromu lub folie węglowe) w wewnętrznych warstwach PCB.i grubości.
• Wbudowane kondensatory:Wykonane z wykorzystaniem materiałów dielektrycznych o wysokiej przepuszczalności w wewnętrznych warstwach PCB. Pojemność jest kontrolowana poprzez regulację powierzchni dielektrycznej i grubości,o pojemności nieprzekraczającej 10 W.
• Włączające induktory:Stworzone przez wytrawienie lub formowanie spiralnych przewodników wewnątrz warstw PCB. Wartości indukcji są dostosowywane poprzez modyfikację liczby obrótów, szerokości przewodnika i odstępów.
• Wbudowane układy IC:Gołe chipy są bezpośrednio osadzone w płytce PCB i podłączane elektrycznie za pomocą technologii mikro-wzajemnego połączenia, takich jak flip-chip lub układanie chipów,znaczące zmniejszenie wielkości i masy produktu przy jednoczesnej poprawie wydajności elektrycznej.

Podczas gdy w podstawowej konstrukcji są podobne do tradycyjnych PCB (z podłożem, warstwami przewodzącymi i izolacją), wbudowane komponenty PCB integrują elementy elektroniczne w swoich wewnętrznych warstwach.Zazwyczaj wymaga to tworzenia próżni lub okien wewnętrznych warstwach, aby pomieścić elementy, które następnie są zabezpieczane za pomocą procesów laminowania, wypełniania lub enkapsułowania.

W porównaniu z konwencjonalnym SMT, wbudowane komponenty PCB oferują znaczące korzyści:

Poprzez integrację komponentów wewnętrznie, te PCB uwalniają powierzchnię,umożliwiające więcej funkcjonalności w tej samej wielkości płyty lub mniejsze płyty o równoważnej funkcjonalności, szczególnie cenne dla płyt o dużej gęstości użytkowania, miniaturyzowanej elektroniki.

• Zmniejszone działanie pasożytnicze:Krótsze ścieżki połączeń minimalizują pasożytniczą pojemność i indukcyjność, poprawiając szybkość i jakość transmisji sygnału, szczególnie krytyczne dla obwodów o wysokiej częstotliwości.
• Zwiększona integralność sygnału:Lepsza kontrola impedancji zmniejsza odbicie sygnału i jego zniekształcenie, co ma kluczowe znaczenie dla szybkich obwodów cyfrowych i RF.
• Niższy poziom EMI:Zmniejszona powierzchnia promieniowania zmniejsza zakłócenia elektromagnetyczne, co umożliwia dodatkową osłonę poprzez warstwy PCB.

Bezpośredni kontakt z warstwami cieplnymi PCB poprawia rozpraszanie ciepła, podczas gdy wewnętrzne warstwy miedzi pomagają rozprowadzać ciepło, obniżając temperaturę komponentów i zwiększając niezawodność.

• Mniej łączy lutowych:Zmniejszone punkty lutowania zmniejszają ryzyko awarii w tych wspólnych słabych punktach.
• Zwiększona odporność na drgania:Komponenty zabezpieczone wewnętrznie wytrzymują większe obciążenia mechaniczne.
• Lepsza odporność na działanie środowiska:Zwiększona ochrona przed wilgocią, korozją i innymi czynnikami środowiskowymi.

Podczas gdy koszty produkcji są zazwyczaj wyższe niż w przypadku płytek SMT, wbudowane wzory mogą zmniejszyć ogólne wydatki dzięki mniejszej liczbie komponentów, mniejszym rozmiarom płyt,i zwiększone trwałość, co obniża koszty utrzymania i wymiany.

Główne materiały obejmują materiały podłoża (z uwzględnieniem właściwości elektrycznych, cieplnych i mechanicznych), materiały rezystorów (koncentrujące się na rezystywności i stabilności),i materiały kondensatorów (zawierające pierwszeństwo właściwości dielektryczne).

Optymalny układ warstwy musi uwzględniać położenie komponentów (w pobliżu warstw sygnału), bliskość płaszczyzny mocy/ziemi, wymagania w zakresie osłony i grubość izolacji.

Krytyczne elementy powinny być umieszczone w pobliżu złączy, źródeł ciepła w pobliżu roztworów cieplnych, komponentów o wysokiej częstotliwości w pobliżu płaszczyzn naziemnych oraz elementów zasilania w pobliżu obciążeń.

Liny sygnałowe powinny być krótkie i bezpośrednie, linie energetyczne szerokie dla mocy prądu, płaszczyzny naziemne ciągłe i przewody minimalizowane w celu zmniejszenia efektów pasożytniczych.

Skuteczne zarządzanie ciepłem obejmuje pochłaniacze ciepła, przewody cieplne, przewodzące materiały interfejsowe i ewentualnie chłodzenie powietrzem przymusowym.

• Przygotowanie substratu
• Wzorcowanie warstwy wewnętrznej
• Wbudowanie komponentów
• Laminat w określonych warunkach
• Wyrobki i pokrycia
• Wzór warstwy zewnętrznej
• Wykończenie powierzchni
• Kompleksowe badania

Wbudowane komponenty PCB przekształcają wiele branż:

• Komunikacja mobilna:Zmniejszenie wielkości i wagi przy jednoczesnym zwiększeniu wydajności smartfonów i tabletów
• W przemyśle lotniczym:Zwiększenie niezawodności w trudnych warunkach
• Elektronika medyczna:Zapewnienie precyzji i stabilności dla aplikacji medycznych
• Wyroby motoryzacyjne:Spełnienie rygorystycznych standardów niezawodności
• Kontrola przemysłowa:Wytrzymałość w skomplikowanych warunkach eksploatacyjnych

Technologia ewoluuje w kierunku:

• Integracja o większej gęstości
• Zwiększona wydajność dzięki zaawansowanym materiałom
• Obniżenie kosztów produkcji
• Większa funkcjonalność dzięki zintegrowanym czujnikom i siłownikom

Główne zalecenia obejmują:

• Wybór materiałów w oparciu o wymagania aplikacji
• Optymalizacja stosów warstw w celu zminimalizowania problemów z sygnałem
• Strategiczne umieszczenie komponentów z uwzględnieniem czynników termicznych i elektrycznych
• Odpowiednie techniki trasowania
• Kompleksowe badania przed i po produkcji

Technologia PCB z wbudowanymi komponentami stanowi znaczący postęp w produkcji elektroniki, oferując wyższą wydajność przestrzenną, wydajność elektryczną, zarządzanie cieplne i niezawodność.W miarę jak technologia stale dojrzewa, jego zastosowania rozszerzą się w różnych gałęziach przemysłu, umożliwiając rozwój mniejszych, szybszych i bardziej wytrzymałych urządzeń elektronicznych.