Ключевые преимущества и практики в разработке встроенных печатных плат

Поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, требуя при этом более высокой производительности, традиционная технология установки поверхности (SMT) сталкивается с растущими проблемами в использовании пространства, целостности сигнала,и теплоуправлениеВстроенный дизайн PCB-компонентов стал решением, интегрируя пассивные и активные компоненты непосредственно во внутренние слои печатных плат.преодоление ограничений традиционной SMT и открытие новых возможностей для инноваций электронных продуктов.

Встроенные компоненты ПХБ, как следует из названия, включают в себя электронные компоненты (обычно пассивные элементы, такие как резисторы, конденсаторы и индукторы,но также включая активные компоненты, такие как интегральные схемы) непосредственно во внутренние слои печатных платПо сравнению с традиционным SMT, эта передовая технология производства значительно улучшает использование пространства на панели, повышает электрическую и тепловую производительность и повышает надежность продукции.

Встроенные компоненты - это элементы, которые больше не монтируются как отдельные части на поверхности печатного листа, а вместо этого изготавливаются или собираются внутри доски с помощью специализированных процессов.Они могут включать пассивные компоненты, такие как резисторы.Методы реализации включают технологию тонкой пленки, технологию толстой пленки, методы совместного сжигания и процессы ламинирования.

• Встроенные резисторы:Создается с использованием специализированных резистивных материалов (таких как никель-хромные сплавы или углеродные пленки) внутри внутренних слоев ПКБ. Значения сопротивления контролируются путем регулирования формы материала, габаритов,и толщины.
• Встроенные конденсаторы:Формируется с использованием высокопропускных диэлектрических материалов во внутренних слоях ПКБ. Капацитантность регулируется путем регулирования диэлектрической площади и толщины,с общими конструкциями, включая наложенные и плоские конденсаторы.
• Встроенные индукторы:Индуктивность регулируется путем изменения количества поворотов, ширины проводника и расстояния между ними.
• Встроенные IC:Голые микросхемы встроены непосредственно в печатную плату и электрически соединены с помощью микро-технологий взаимосвязи, таких как флип-чип или сборка микросхемы.значительное уменьшение размера и веса продукции при одновременном улучшении электрической производительности.

Хотя в основном конструкция похожа на традиционные печатные пластинки (с подложкой, проводящими слоями и изоляцией), встроенные компоненты печатных пластинки интегрируют электронные элементы внутри своих внутренних слоев.Это обычно требует создания полостей или окон во внутренних слоях для размещения компонентов, которые затем закрепляются путем ламинирования, заполнения или инкапсулирования.

По сравнению с обычной SMT, ПКБ встроенных компонентов предлагают значительные преимущества:

Интегрируя компоненты внутри, эти ПХБ освобождают поверхность,что позволяет использовать больше функциональных возможностей в одном и том же размере платы или более мелкие платы для эквивалентной функциональности, особенно ценные для высокой плотности, миниатюризированная электроника.

• Уменьшение паразитарного воздействия:Более короткие пути подключения минимизируют паразитическую емкость и индуктивность, улучшая скорость и качество передачи сигнала, особенно важно для высокочастотных схем.
• Улучшенная целостность сигнала:Лучшее управление импеданцией уменьшает отражение и искажение сигнала, что имеет решающее значение для высокоскоростных цифровых и радиочастотных схем.
• Более низкая EMI:Уменьшенная площадь излучения уменьшает электромагнитные помехи, с возможностью дополнительной защиты через слои ПКБ.

Прямой контакт с тепловыми слоями ПКБ улучшает рассеивание тепла, в то время как внутренние медные слои помогают распределять тепло, снижая температуру компонентов и повышая надежность.

• Меньше сварных соединений:Снижение точек сварки уменьшает риск отказа в этих общих слабых точках.
• Улучшенное сопротивление вибрациям:Внутренне закрепленные компоненты выдерживают большее механическое напряжение.
• Лучшая экологическая устойчивость:Улучшенная защита от влаги, коррозии и других факторов окружающей среды.

В то время как затраты на производство обычно выше, чем на ПКБ SMT, встроенные конструкции могут снизить общие расходы за счет меньшего количества компонентов, меньших размеров платы,и улучшение долговечности, что снижает затраты на обслуживание и замену.

Ключевые материалы включают материалы подложки (с учетом электрических, тепловых и механических свойств), материалы резистора (с акцентом на сопротивляемость и стабильность),и конденсаторные материалы (приоритетные диэлектрические свойства).

Оптимальное расположение слоев должно учитывать расположение компонентов (вблизи слоев сигнала), близость мощности/земной плоскости, требования к экранированию и толщину изоляции.

Критические элементы должны быть расположены вблизи разъемов, источников тепла вблизи тепловых растворов, высокочастотных компонентов вблизи наземных плоскостей и силовых элементов рядом с нагрузками.

Сигнальные линии должны быть короткими и прямыми, линии электропередач широкими для текущей мощности, наземные плоскости непрерывными, а каналы минимизированы, чтобы уменьшить паразитарное воздействие.

Эффективное управление теплом включает в себя теплоотводы, тепловые каналы, проводящие интерфейсные материалы и, возможно, принудительное охлаждение воздухом.

• Подготовка субстрата
• Внутренний слой
• Встраивание компонента
• Ламинирование в определенных условиях
• Бурение и облицовка
• Образ внешнего слоя
• Поверхностная отделка
• Комплексное испытание

Встроенные компоненты ПХБ трансформируют множество отраслей:

• Мобильная связь:Уменьшение размера/веса при одновременном повышении производительности смартфонов и планшетов
• Аэрокосмическая:Улучшение надежности в суровых условиях
• Медицинская электроника:Предоставление точности и стабильности для приложений здравоохранения
• Автомобильные:Соблюдение строгих стандартов надежности
• Промышленный контроль:Выдерживает сложные условия эксплуатации

Технология развивается к:

• Интеграция более высокой плотности
• Улучшенная производительность благодаря передовым материалам
• Снижение издержек производства
• Больше функциональности с интегрированными датчиками и приводами

Ключевые рекомендации включают:

• Выбор материалов на основе требований к применению
• Оптимизация стеков слоев для минимизации проблем с сигналом
• Стратегическое размещение компонентов с учетом тепловых и электрических факторов
• Соответствующие методы маршрутизации
• Комплексное испытание до и после производства

Технология ПКБ с встроенными компонентами представляет собой значительный прогресс в производстве электроники, предлагая превосходную эффективность использования пространства, электрическую производительность, тепловое управление и надежность.По мере того как технология продолжает развиваться, его применение расширится по всем отраслям, что позволит разработать более мелкие, быстрые и более прочные электронные устройства.