لوحة الدوائر المطبوعة المدمجة

لوحة الدوائر المطبوعة المدمجة هي لوحة دوائر تحتوي على مكونات إلكترونية (مثل الرقائق والمقاومات والمكثفات) مدمجة مباشرة في طبقاتها الداخلية، مما يقلل الحجم ويحسن الأداء.

يمكن للوحات الدوائر المطبوعة المدمجة أن تدفن بعض المكونات لتقليل المساحة المشغولة وتقصير مسارات الإشارة؛ أما المكونات الموجودة على لوحات الدوائر المطبوعة العادية فهي في الغالب مثبتة على السطح.

مناسب للسيناريوهات ذات المتطلبات العالية من حيث الحجم والأداء، مثل الهواتف الذكية والأجهزة القابلة للارتداء ورادارات المركبات ومعدات الفضاء الجوي.

تحليل المتطلبات → تصميم المخطط → تخطيط التخطيط (بما في ذلك المكونات المدمجة) → تصميم التوجيه (التركيز على سلامة الإشارة) → فحص قواعد التصميم → إخراج ملف اللوحة.

ضع في اعتبارك ثابت العزل الكهربائي، ومعامل الفقد، ومعامل التمدد الحراري. بالنسبة للتطبيقات عالية التردد، اختر مواد ذات ثابت عزل كهربائي منخفض ومعامل فقد منخفض؛ وللحصول على استقرار حراري عالٍ، اختر مواد ذات معاملات تمدد حراري منخفضة.

قم بتصميم المكونات حسب الوحدات الوظيفية لتقصير مسارات الإشارة؛ وقم بتوزيع المكونات المولدة للحرارة لتبديد الحرارة؛ وضع المكونات الحساسة بعيدًا عن مصادر الضوضاء؛ وراعِ جدوى العملية.

تُصنع المقاومات عن طريق إضافة مواد مقاومة إلى الطبقة العازلة؛ وتستخدم المكثفات مواد عازلة عالية مطلية على رقائق نحاسية أو ركائز؛ ويتم تحقيق المحاثات من خلال ملفات حلزونية بين الطبقات.

تأكد من وجود توصيلات كهربائية موثوقة، وراعِ تبديد الحرارة، وإمكانية الاختبار، وإمكانية الصيانة، واتبع إرشادات التصميم الخاصة بمصنعي الرقائق.

قم بتخطيط طبقات الطاقة والأرضية وفقًا لاستهلاك الطاقة، وتأكد من سلامة مستوى الطاقة، وقلل المقاومة الداخلية وانخفاض الجهد، ووفر مصدر طاقة مستقر.

التحكم في طول المسار، وضبط عرض المسار والتباعد بشكل معقول لتقليل التشويش المتبادل، ومطابقة المعاوقة للإشارات عالية السرعة، وتقليل تأثير المعلمات الطفيلية للوصلات.

اعتمادًا على المواد وتصميم التوجيه، يمكن أن تصل إلى عدة جيجابت في الثانية أو أعلى مع التصميم المناسب، مثل أكثر من 10 جيجابت في الثانية في أجهزة الاتصالات المتطورة.

استخدم صيغًا مثل صيغة خط الميكروستريب (Z0 = (87/√(εr+1.41))×ln(5.98H/(0.8W+T))) أو صيغ خط الشريط، أو استخدم برامج التصميم للحساب.

يتأثر بفقدان المواد (فقدان العازل/الموصل)، وطول المسار، وتردد الإشارة، وعدد الثقوب، وعدم تطابق المعاوقة.

فصل تصميمات الدوائر التناظرية والرقمية، وحماية الإشارات الحساسة، وضمان سلامة مستويات الطاقة والأرضية، واستخدام دوائر الترشيح، وتحسين المسارات لتقليل مساحة الحلقة.

قم بإنشاء مستويات تأريض كبيرة، وزيادة عدد فتحات التأريض، وتقصير مسارات التأريض، واختيار التأريض أحادي النقطة/متعدد النقاط/الهجين وفقًا للتردد.

قم بتحليل معلمات مثل مقاومة شبكة الطاقة، وانخفاض الجهد، وتوزيع التيار من خلال برامج المحاكاة لتقييم التأثيرات وتحسينها.

قدرة قوية على مقاومة التداخل، وقمع التداخل ذي الوضع المشترك، وتحسين معدل الإرسال والموثوقية، وتسهيل التوجيه عالي الكثافة.

الحفاظ على تطابق الطول (الفرق ≤ 10٪ من مسافة الإرسال المقابلة لحافة ارتفاع الإشارة)، وعرض المسار والتباعد الموحد، والتحكم في المعاوقة (على سبيل المثال، 100 أوم)، وتجنب التشويش المتبادل.

تقليل حجم الثقوب، وزيادة مساحة الوسادة المضادة، وإضافة ثقوب تأريض حولها، والتحكم في نسبة العرض إلى الارتفاع (≤6).

إجراء تحليلات محاكاة سلامة الإشارة وسلامة الطاقة والتداخل الكهرومغناطيسي، واختبار النماذج الأولية (على سبيل المثال، باستخدام محللات الشبكة وأجهزة راسم الإشارة).

يتم تحديدها من خلال ارتفاع المكون، وعدد الطبقات، والقوة الميكانيكية، وسيناريوهات التطبيق، مثل 0.5-1.5 مم للوحات الدوائر المطبوعة للهواتف المحمولة و1.6-3.2 مم للمعدات الصناعية.

ضع في اعتبارك التجميع مع المكونات الأخرى، والقوة الميكانيكية، ومساحة تبديد الحرارة، وتأثير تضمين المكونات على الأداء الميكانيكي.

قم بتصميم المكونات المولدة للحرارة بشكل معقول، وأضف قنوات تبديد الحرارة (مثل فتحات التسخين، ورقائق النحاس)، واختر مواد ذات موصلية حرارية عالية، وأضف أجهزة تبديد الحرارة إذا لزم الأمر، وقم بالتحسين من خلال المحاكاة الحرارية.

تشمل الطرق الشائعة التثبيت بالبراغي، والتثبيت بالمشابك، والتثبيت باللحام، وهي مناسبة لحالات الصيانة العالية، والتركيب المريح، والاستقرار العالي، على التوالي.

قم بتحسين القوة الميكانيكية عن طريق زيادة سمك اللوح أو إضافة دعامات، وقم بتوزيع الوزن بالتساوي، واستخدم مواد ماصة للصدمات للتخفيف من الصدمات، وقم بتعزيز المكونات الرئيسية.

قم بمطابقة غلاف الجهاز، وتجنب الحواف الحادة، وراعِ عمليات الإنتاج (مثل القطع والختم)، وقم بتصميم هياكل توجيه قابلة للتوصيل.

قم بتطبيق طلاء مقاوم للماء ثلاثي الطبقات، واستخدم موصلات مقاومة للماء، وقم بإجراء معالجة مانعة للتسرب، وتجنب وضع المكونات الرئيسية في المناطق المعرضة للماء/الغبار أثناء التخطيط.

قد تتسبب درجات الحرارة المرتفعة في تمدد اللوحة الإلكترونية وتغير خصائص المكونات؛ بينما قد تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى هشاشة المواد. تعمل لوحات الدوائر المطبوعة الصناعية في نطاق درجات حرارة يتراوح بين -40 درجة مئوية و85 درجة مئوية، مع متطلبات أكثر صرامة تضاهي المعايير العسكرية.

تحليل التشوه وتوزيع الإجهاد من خلال محاكاة الإجهاد الميكانيكي، وإجراء اختبارات الصدمات والاهتزازات واختبارات التقادم على المدى الطويل.

تختلف المواد المختلفة في قوتها الميكانيكية ومعاملات تمددها الحراري. فعلى سبيل المثال، يتميز FR-4 بأداء شامل جيد ولكنه ذو معامل تمدد حراري مرتفع نسبيًا، بينما توفر مواد البوليميد استقرارًا حراريًا وقوة ميكانيكية أفضل.

تتطلب لوحات الدوائر المطبوعة المدمجة عمليات إضافية لتضمين المكونات، مثل تصنيع الهيكل بين الطبقات والتصفيح الأكثر دقة، مع متطلبات أعلى لدقة الحفر والطلاء.

بما في ذلك التغليف، ومعالجة الفتحات الدقيقة (فتحة ≤50 ميكرومتر)، وتضمين المكونات، ومعالجة السطح (مثل طلاء الذهب، ورش القصدير).

حدد التفاوتات الدقيقة في التصميم، واستخدم معدات عالية الدقة (مثل آلات الحفر CNC)، وقم بإجراء عمليات فحص أبعاد صارمة وتعديلات على العمليات في كل إجراء.

فحص المواد الخام (اللوحات والمكونات)، ومراقبة معايير الترقق/الحفر/الطلاء، واستخدام اختبارات الأشعة السينية والمسبار الطائر للكشف عن الوصلات الداخلية والأداء الكهربائي، وإجراء فحص كامل للمنتجات النهائية.

فقاعات الترقق/انفصال الطبقات، عدم محاذاة الحفر/فتحة غير متساوية، ضعف توصيل المكونات/قصر الدائرة، سوء معالجة السطح، انحراف الأبعاد، إلخ.

قم بتحسين درجة حرارة التغليف والضغط ومعايير الوقت، وقم بمعالجة الألواح مسبقًا لإزالة الرطوبة والشوائب، واستخدم التغليف الفراغي لطرد الهواء.

استخدم معدات حفر عالية الدقة للتحكم في المعايير، وقم بإجراء حفر دقيق على جدران الثقوب لتحسين التصاق طلاء النحاس، واكتشف الجودة من خلال التقطيع المعدني.

فحص واختبار المكونات قبل التضمين، وتحسين عمليات التضمين لضمان وجود وصلات قوية، وإجراء اختبارات كهربائية شاملة وتجارب موثوقية بعد التصنيع.

يتأثر بتكلفة المواد (المواد عالية الأداء أغلى ثمناً)، وتعقيد العملية (مثل الثقوب الدقيقة، وتضمين المكونات)، وكمية الإنتاج، وتكلفة الفحص.

التحقق من القوة التقنية (المعدات، العمليات)، وأنظمة مراقبة الجودة، وحالات الإنتاج، ومراجعات العملاء، وعروض الأسعار، وأوقات التسليم.

بما في ذلك الفحص البصري، والاختبار الكهربائي (مقياس متعدد، راسم الذبذبات، محلل الشبكة)، والاختبار الوظيفي، والفحص بالأشعة السينية، واختبار المسبار الطائر، وما إلى ذلك.

استخدم قاعدة المسامير الخاصة بجهاز تكنولوجيا المعلومات والاتصالات لتوصيل نقاط الاختبار والكشف عن المعلمات الكهربائية للمكونات، والدوائر القصيرة، والدوائر المفتوحة، وانحرافات المعلمات، وما إلى ذلك. يجب حجز نقاط الاختبار في التصميم.

قم بمحاكاة بيئة العمل الفعلية، واختبر الوظائف بشكل شامل، واتبع ترتيب الاختبارات من الأساسية إلى المعقدة، وقم بتسجيل وتحليل الحالات الشاذة.

استخدم واجهة JTAG لتشغيل خلايا المسح الحدودي الداخلية للشريحة، واكتشاف حالات الدبابيس والوصلات بين الشرائح، وتحديد أعطال الدائرة المفتوحة والقصيرة.

قم أولاً بملاحظة المظهر (المكونات المحترقة، وصلات اللحام المتشققة)، ثم قم بإجراء اختبارات كهربائية لتضييق نطاق العطل، وقم بتحليل الروابط المحتملة بناءً على المخطط، واستخدم طريقة الاستبدال لتحديد نقطة العطل.

تُعتبر التكلفة مرتفعة نسبيًا، نظرًا لوجود المكونات في طبقات داخلية. ويتطلب الأمر إزالة الطبقات العلوية بعناية لكشف نقطة العطل، وإعادة تغليفها لاستعادة سلامتها بعد الصيانة، وتجنب التأثيرات على الدوائر الأخرى.

استخدم أدوات عالية الدقة مثل معدات اللحام النقطي الدقيق والملاقط الدقيقة. خطط لخطة الصيانة مسبقاً واستخدم التسخين الموضعي للتحكم في درجة الحرارة.

إجراء الاختبارات الكهربائية (سلامة الإشارة، سلامة الطاقة)، ​​والاختبارات الوظيفية، واختبارات الموثوقية (التقادم، الاهتزاز).

تطوير خطط الاختبار، وإجراءات تشخيص الأعطال، ومواصفات عمليات الصيانة، وعمليات التحقق من الجودة.

معدات الاختبار: جهاز قياس متعدد، راسم إشارة، محلل شبكة، إلخ. معدات الصيانة: معدات لحام النقاط الدقيقة، مسدس هواء ساخن، إلخ.

ضع في اعتبارك دقة المقاومة، وقدرة الطاقة، ومعامل درجة الحرارة. اختر المقاومات بناءً على متطلبات الدائرة.

يستخدم للترشيح، وفصل الإشارات، وتخزين الطاقة، وربط الإشارات، وما إلى ذلك.

يُحدد ذلك بناءً على تردد التشغيل، والحث، وسعة التيار. بالنسبة لترشيح الطاقة، يجب مراعاة التموج وتيار الحمل.

ضع في اعتبارك الأداء، واستهلاك الطاقة، ونوع العبوة، والموثوقية، ودعم الشركة المصنعة.

قم بمطابقة المعايير الكهربائية والأبعاد الفيزيائية أثناء التصميم. اختر المكونات المتوافقة مع مواد اللوحة وعملياتها، وقم بإجراء التحقق من خلال المحاكاة.

بالنسبة للمكونات السلبية، يجب التحكم في درجة الحرارة والوقت لمنع اللحام البارد. أما بالنسبة للمكونات النشطة، فيجب استخدام معدات عالية الدقة (مثل لحام إعادة التدفق) لضمان توصيلات موثوقة ومنع التلف الحراري.

تقدير العمر الافتراضي من خلال اختبارات الشيخوخة المعجلة، وبيانات الشركة المصنعة، والمراقبة طويلة الأجل لبيانات الأعطال الفعلية.

المقاومة: انحراف القيمة/دائرة مفتوحة. المكثف: تسريب/دائرة قصر. المحث: تغير الحث/قصر في اللفائف. الشريحة: عطل وظيفي/أعطال في الأطراف.

يُحفظ حسب الفئة مع توفير الحماية من الرطوبة والتفريغ الكهروستاتيكي. يُحافظ على نظام جرد لتسجيل المعلومات، وإجراء عمليات أخذ عينات منتظمة، والتحكم في مستويات المخزون بشكل معقول.

قم بزيادة تباعد المسارات (≥3×العرض)، واستخدم عزل الأرض، وقم بتحسين طوبولوجيا التوجيه، وقم بمطابقة المعاوقة.

قد يؤدي إدخال معاملات طفيلية إلى فقدان وتأخير عند الترددات العالية. يجب أن يكون قطر الوصلات للإشارات التي تزيد تردداتها عن 10 جيجاهرتز أقل من 0.3 مم.

أضف أجهزة الحماية من التفريغ الكهروستاتيكي (مثل ثنائيات TVS)، وقم بإعداد مسارات تفريغ التفريغ الكهروستاتيكي، واحرص على إبقاء مسارات الإشارة الرئيسية على بعد 2 مم على الأقل من حواف اللوحة.

استخدم الأشعة السينية لفحص وصلات اللحام الداخلية. يجب أن يكون ارتفاع الوصلة 0.4-0.6 مم، مع معدل فراغات ≤15%.

ENIG للحام عالي التردد والدقة. OSP منخفض التكلفة (صلاحية من 6 إلى 8 أشهر). قصدير الغمر للحام الموجي.

قم بتصميم أغطية الحماية بشكل صحيح بحيث تكون مقاومة التأريض أقل من 0.1 أوم. استخدم طبقات الطاقة والتأريض ذات اقتران محكم.

قطر الفتحة 0.3-0.5 مم، والمسافة ≤1 مم، و ≥100 فتحة/سم² لضمان كفاءة تبديد الحرارة.

خطوط بيانات DDR4: تفاوت الطول ±5 مل. أزواج PCIe التفاضلية: ±2 مل.

أضف مكثفات فصل (0.1 ميكروفاراد للترددات العالية، و10 ميكروفاراد للترددات المنخفضة). حافظ على المسافة بين طبقتي الطاقة والأرضي أقل من 0.1 مم.

معيار IPC: ≤0.7% للعمليات الخالية من الرصاص، ≤0.5% في مناطق BGA.

استخدم تغيير الجهد الديناميكي، وقم بإيقاف تشغيل الوحدات الخاملة، واختر رقائق منخفضة الذكاء (مثل سلسلة TI MSP430).

يقلل من فقدان الإشارة والمعاملات الطفيلية، ويزيد من كثافة التوجيه. تكلفته أعلى بنسبة 20-30% من الثقوب الموصلة.

استخدم أدوات CAM350 أو Altium DFM للتحقق من الحد الأدنى لعرض المسار / المسافة (≥6 مل)، ونسبة العرض إلى الارتفاع (≤8:1)، وما إلى ذلك.

الطرق الشائعة: طلاء مقاوم للعوامل الجوية (سمك 0.1-0.3 مم)، طلاء نانوي (

استخدم تصميمًا مُوزعًا لتقليل ضغط مسارات BGA. تُناسب اللوحات ذات 4 طبقات 80% من الاحتياجات العادية؛ أما اللوحات ذات 6 طبقات أو أكثر فتُناسب التصاميم عالية السرعة.

تحقق من نظافة الوسادة، وسمك معجون اللحام (0.12-0.15 مم)، ودرجة حرارة إعادة التدفق (ذروة 235-245 درجة مئوية).

استخدم مقياس مقاومة عازلة بجهد 500 فولت. يجب أن تكون مقاومة العزل ≥100 ميجا أوم عند رطوبة ≤60%.

استخدم مقاومات الإنهاء (مثل وظيفة DDR ODT) وتناقص المعاوقة. تأكد من أن تغير المعاوقة أقل من 10%.

نحاس 1 أونصة (35 ميكرومتر): عرض المسار ~1 أمبير/مم. 2 أونصة: ~1.5 أمبير/مم (ارتفاع درجة الحرارة

يساعد اللون الأسود على تبديد الحرارة، لكن يصعب فحصه. اللون الأخضر هو الأكثر شيوعاً. يتميز اللون الأبيض بانعكاسية عالية (حوالي 80%).

القطر النموذجي: 0.4-0.8 مم. المسافة بين الأطراف: 0.5-1.0 مم. تتطلب المسافة 0.5 مم مكونات 0201.

استخدم برامج المحاكاة مثل ANSYS، بناءً على اختلافات معامل التمدد الحراري (على سبيل المثال، FR-4 15 جزء في المليون/درجة مئوية، النحاس 17 جزء في المليون/درجة مئوية).

استخدم ترشيحًا متعدد المراحل (دوائر من نوع π). استخدم مسارات طاقة بعرض ≥20 ميل لتقليل مقاومة المسار.

القطر ≥ 0.6 مم، والمسافة بين الأطراف ≥ 1.27 مم. تشطيب السطح ENIG، بدون تغطية بقناع اللحام.

مساحة حلقة الإشارة أحادية الطرف

استخدم برنامج SI9000 لحساب المعاوقة، مع ضبط التفاوت بنسبة ±10%. قم بتطبيق مطابقة الإنهاء وتحسين الطوبولوجيا.

المحيط الخارجي: ±0.1 مم. قطر الثقب: ±0.05 مم. عمق القطع على شكل حرف V: من ثلث إلى ثلثي سمك اللوح.

استخدم مسارات متعرجة متطابقة الطول مع حماية أرضية. تجنب خطوط البيانات عالية السرعة وتجنب تقاطع الطبقات.

إجراء اختبارات الشيخوخة المعجلة (85 درجة مئوية / 85٪ رطوبة نسبية، 1000 ساعة) واختبارات الاهتزاز (5-500 هرتز، تسارع 2G).

حجم الوسادة أكبر بمقدار 0.1-0.2 مم من أطراف المكونات. عرض وسادة SMD أكبر بمقدار 1.2-1.5 مرة من عرض الطرف.

قم بزيادة مساحة النحاس الحراري، واستخدم مادة لاصقة حرارية (≥1 واط/متر كلفن)، وافتح فتحات حرارية أسفل مكونات الطاقة.

وفقًا للمعيار IEC 61000-4-2: تفريغ التلامس ±8 كيلو فولت، تفريغ الهواء ±15 كيلو فولت، مع الأداء الطبيعي.

يبلغ سمكها النموذجي 15-25 ميكرومتر. يجب أن تغطي النحاس بالكامل لمنع حدوث دوائر قصر بسبب النحاس المكشوف.

اجمع بين التوجيه التفاعلي والتوجيه التلقائي. حدد أولويات التوجيه، مع توجيه الإشارات الهامة أولاً.

التسخين المسبق: ١٢٠-١٥٠ درجة مئوية (٦٠-٩٠ ثانية). إعادة اللحام: ٢١٧-٢٣٠ درجة مئوية (٤٠-٦٠ ثانية). معدل التبريد: ٣-٦ درجة مئوية/ثانية.

تأريض أحادي النقطة أو متعدد النقاط. متعدد النقاط للدوائر عالية التردد (>10 ميجاهرتز)، مع مقاومة تأريض

ضع في اعتبارك السعة الحالية، ومقاومة التلامس (

مراقبة وصلات اللحام عبر المقطع المعدني (التقطيع المعدني)، والكشف عن عيوب السطح باستخدام AOI، وتحليل التركيب العنصري باستخدام XRF.

المسافة 5 مل، المعاوقة 100±10 أوم، فرق الطول