Principais vantagens e práticas no projeto de PCB incorporados

À medida que os dispositivos electrónicos continuam a encolher em tamanho, exigindo um desempenho mais elevado, a tecnologia tradicional de montagem de superfície (SMT) enfrenta desafios crescentes na utilização do espaço, na integridade do sinal, na segurança e na eficiência.e gestão térmicaO projeto de PCB de componentes incorporados surgiu como uma solução, integrando componentes passivos e ativos diretamente nas camadas internas das placas de circuito impresso,quebrar as limitações da SMT convencional e abrir novas possibilidades para a inovação de produtos eletrónicos.

Os PCBs de componentes incorporados, como o nome sugere, incorporam componentes eletrônicos (tipicamente elementos passivos como resistores, capacitores e indutores,Mas também incluindo componentes ativos (como circuitos integrados) diretamente nas camadas internas das placas de circuitos impressosEm comparação com o SMT tradicional, esta tecnologia de fabrico avançada melhora significativamente a utilização do espaço das placas, melhora o desempenho elétrico e térmico e aumenta a fiabilidade do produto.

Os componentes incorporados são elementos que não são mais montados como partes discretas na superfície do PCB, mas são fabricados ou montados dentro da placa através de processos especializados.Estes podem incluir componentes passivos como resistoresMétodos de implementação incluem tecnologia de filme fino, tecnologia de filme grosso, técnicas de co-combustão e processos de laminação.

• Resistores incorporados:Criado usando materiais resistivos especializados (como ligas de níquel-cromo ou filmes de carbono) dentro das camadas internas do PCB.e espessura.
• Capacitores incorporados:Formada utilizando materiais dielétricos de alta permeabilidade nas camadas internas de PCB. A capacitância é controlada ajustando a área e espessura dielétrica,com estruturas comuns, incluindo condensadores empilhados e planares.
• Indutores incorporados:Criado por gravação ou formação de condutores espirais em camadas internas de PCB. Os valores de indutância são ajustados modificando o número de voltas, largura do condutor e espaçamento.
• ICs incorporadas:Os chips nus são incorporados diretamente na PCB e conectados eletricamente através de tecnologias de micro-interconexão como flip-chip ou chip stacking,Reduzir significativamente o tamanho e o peso do produto, melhorando simultaneamente o desempenho elétrico.

Embora sejam semelhantes na construção básica aos PCBs tradicionais (com substrato, camadas condutoras e isolamento), os PCBs de componentes incorporados integram elementos eletrônicos dentro de suas camadas internas.Isso normalmente requer a criação de cavidades ou janelas em camadas internas para abrigar componentes, que são então fixados através de processos de laminação, preenchimento ou encapsulamento.

Em comparação com o SMT convencional, os PCB integrados oferecem vantagens significativas:

Ao integrar componentes internamente, estes PCB liberam área de superfície,permitindo uma maior funcionalidade no mesmo tamanho de placa ou placas menores para uma funcionalidade equivalente, particularmente valiosa para placas de alta densidade, eletrónica miniaturizada.

• Redução dos efeitos parasitários:Caminhos de conexão mais curtos minimizam a capacitância e a indutividade parasitárias, melhorando a velocidade e a qualidade da transmissão do sinal, especialmente críticos para circuitos de alta frequência.
• Integração do sinal melhorada:Um melhor controle da impedância reduz a reflexão e a distorção do sinal, cruciais para circuitos digitais e de RF de alta velocidade.
• EMI mais baixo:A área de radiação reduzida diminui a interferência eletromagnética, sendo possível uma blindagem adicional através de camadas de PCB.

O contato direto com as camadas térmicas do PCB melhora a dissipação de calor, enquanto as camadas internas de cobre ajudam a distribuir o calor, reduzindo as temperaturas dos componentes e aumentando a confiabilidade.

• Menos juntas de solda:A redução dos pontos de solda diminui os riscos de falha nesses pontos fracos comuns.
• Melhor resistência às vibrações:Os componentes fixados internamente suportam maiores tensões mecânicas.
• Melhor resistência ao ambiente:Proteção melhorada contra a umidade, corrosão e outros fatores ambientais.

Embora os custos de fabricação sejam tipicamente mais elevados do que os PCB SMT, os projetos incorporados podem reduzir os custos globais através de menos componentes, tamanhos de placa menores,e uma maior longevidade que reduz os custos de manutenção e substituição.

Os principais materiais incluem materiais de substrato (atendendo às propriedades elétricas, térmicas e mecânicas), materiais de resistência (centrados na resistividade e estabilidade),e materiais condensadores (prioritando propriedades dielétricas).

O arranjo óptimo das camadas deve considerar a colocação dos componentes (próximas das camadas de sinal), a proximidade do plano de potência/terra, os requisitos de blindagem e a espessura do isolamento.

Os elementos críticos devem ser colocados perto dos conectores, das fontes de calor perto das soluções térmicas, dos componentes de alta frequência perto dos planos do solo e dos elementos de potência adjacentes às cargas.

As linhas de sinal devem ser curtas e diretas, as linhas de energia largas para a capacidade atual, os planos de terra contínuos e as vias minimizadas para reduzir os efeitos parasitários.

A gestão eficaz do calor inclui dissipadores de calor, vias térmicas, materiais de interface condutores e, possivelmente, resfriamento por ar forçado.

• Preparação de substrato
• Modelagem da camada interna
• Incorporação de componentes
• Laminagem em condições precisas
• Perforação e revestimento
• Modelagem da camada externa
• Finalização de superfícies
• Ensaios abrangentes

Os PCBs estão a transformar várias indústrias:

• Comunicações móveis:Reduzir o tamanho/peso e melhorar o desempenho dos smartphones e tablets
• Aeronáutica:Melhoria da fiabilidade em ambientes adversos
• Eletrónica médica:Proporcionar precisão e estabilidade para aplicações de cuidados de saúde
• Automóveis:Cumprir normas de fiabilidade rigorosas
• Controle industrial:Resistente a condições de funcionamento complexas

A tecnologia está a evoluir para:

• Integração de maior densidade
• Performance melhorada através de materiais avançados
• Redução dos custos de fabrico
• Maior funcionalidade com sensores e atuadores integrados

As principais recomendações incluem:

• Selecção de materiais com base nos requisitos da aplicação
• Otimização de pilhas de camadas para minimizar problemas de sinal
• Colocação estratégica dos componentes tendo em conta os fatores térmicos e elétricos
• Técnicas de roteamento adequadas
• Ensaios abrangentes pré e pós-fabricação

A tecnologia de PCB de componentes incorporados representa um avanço significativo na fabricação de eletrônicos, oferecendo eficiência espacial, desempenho elétrico, gerenciamento térmico e confiabilidade superiores.A tecnologia continua a amadurecer., as suas aplicações irão expandir-se em todas as indústrias, permitindo o desenvolvimento de dispositivos electrónicos menores, mais rápidos e mais robustos.