Vestavěná deska plošných spojů

Vestavěná deska plošných spojů (PCB) je deska s plošnými spoji s elektronickými součástkami (jako jsou čipy, rezistory a kondenzátory) přímo zabudovanými do jejích vnitřních vrstev, což zmenšuje velikost a zlepšuje výkon.

Vestavěné desky plošných spojů mohou některé součástky zahloubit, aby se snížila prostorová náročnost a zkrátily signálové cesty; součástky na běžných deskách plošných spojů jsou většinou montovány na povrch.

Vhodné pro scénáře s vysokými požadavky na velikost a výkon, jako jsou chytré telefony, nositelná zařízení, radary vozidel a letecká zařízení.

Analýza požadavků → návrh schématu zapojení → plánování rozvržení (včetně vestavěných komponent) → návrh trasy (se zaměřením na integritu signálu) → kontrola návrhových pravidel → výstup souboru desky.

Zohledněte dielektrickou konstantu, ztrátový činitel a koeficient tepelné roztažnosti. Pro vysokofrekvenční aplikace zvolte materiály s nízkou dielektrickou konstantou a nízkými ztrátami; pro vysokou tepelnou stabilitu zvolte materiály s nízkými koeficienty tepelné roztažnosti.

Rozmístěte komponenty podle funkčních modulů pro zkrácení signálových cest; rozptýlete komponenty generující teplo pro odvod tepla; umístěte citlivé komponenty mimo zdroje šumu; zvažte proveditelnost procesu.

Rezistory se vyrábějí přidáním odporových materiálů do dielektrické vrstvy; kondenzátory používají vysoce dielektrické materiály nanesené na měděnou fólii nebo substráty; induktory jsou realizovány pomocí spirálových cívek mezi vrstvami.

Zajistěte spolehlivé elektrické připojení, zvažte odvod tepla, testovatelnost a údržbu a dodržujte konstrukční pokyny výrobců čipů.

Naplánujte napájecí a zemnící vrstvy podle spotřeby energie, zajistěte integritu napájecí roviny, snižte vnitřní odpor a úbytek napětí a zajistěte stabilní napájení.

Říďte délku trasy, nastavte šířku a rozteč tras rozumně pro snížení přeslechů, přizpůsobte impedanci vysokorychlostním signálům a snižte vliv parazitních parametrů via.

V závislosti na materiálech a návrhu trasy může při správném návrhu dosáhnout rychlosti několika Gb/s nebo i více, například u špičkových komunikačních zařízení přes 10 Gb/s.

Použijte vzorce jako například vzorec pro mikropáskové vedení (Z0 = (87/√(εr+1,41))×ln(5,98H/(0,8W+T))) nebo vzorce pro páskové vedení, případně pro výpočet použijte návrhový software.

Ovlivněno ztrátou materiálu (ztráta dielektrika/vodiče), délkou trasy, frekvencí signálu, počtem propojení a impedančním nesouladem.

Oddělte analogové a digitální obvody, stíňte citlivé signály, zajistěte integritu napájecích a zemních rovin, používejte filtrační obvody a optimalizujte trasy pro zmenšení plochy smyčky.

Nastavte velké zemnící roviny, zvětšete zemnící průchody, zkraťte zemnící cesty a podle frekvence zvolte jednobodové/vícebodové/hybridní uzemnění.

Analyzujte parametry, jako je impedance sítě, úbytek napětí a rozložení proudu, pomocí simulačního softwaru pro vyhodnocení dopadů a optimalizaci.

Silná schopnost potlačit rušení, potlačit rušení v běžném režimu, zlepšit přenosovou rychlost a spolehlivost a usnadnit směrování s vysokou hustotou.

Udržujte sladění délek (rozdíl ≤ 10 % přenosové vzdálenosti odpovídající náběhové hraně signálu), jednotnou šířku a rozteč stop, řídicí impedanci (např. 100 Ω) a vyhýbejte se přeslechům.

Minimalizujte velikost propojovacích otvorů, zvyšte anti-pad, přidejte uzemňovací propojovací otvory a upravte poměr stran (≤6).

Provádět analýzy integrity signálu, integrity napájení a simulace EMI a testovat prototypy (např. pomocí síťových analyzátorů a osciloskopů).

Určeno výškou součástky, počtem vrstev, mechanickou pevností a scénáři použití, například 0,5–1,5 mm pro desky plošných spojů mobilních telefonů a 1,6–3,2 mm pro průmyslová zařízení.

Zvažte montáž s dalšími součástmi, mechanickou pevnost, prostor pro odvod tepla a vliv zabudování součástek na mechanický výkon.

Rozumně rozmístěte součásti generující teplo, přidejte kanály pro odvod tepla (např. tepelné otvory, měděnou fólii), vyberte materiály s vysokou tepelnou vodivostí, v případě potřeby přidejte zařízení pro odvod tepla a optimalizujte pomocí tepelné simulace.

Mezi běžné metody patří upevnění šrouby, upevnění sponami a svařování, které jsou vhodné pro scénáře s vysokou údržbou, snadnou instalaci a vysokou stabilitou.

Zlepšete mechanickou pevnost zvětšením tloušťky desky nebo přidáním výztuh, rovnoměrným rozložením hmotnosti, použitím materiálů tlumících nárazy a zesílením klíčových komponentů.

Slaďte kryt zařízení, vyhněte se ostrým hranám, zohledněte výrobní procesy (např. řezání, ražení) a navrhněte vodicí struktury pro zásuvné konektory.

Během rozvržení naneste třívrstvý nátěr, použijte vodotěsné konektory, proveďte těsnicí úpravu a vyhněte se umístění klíčových komponent do oblastí náchylných k vodě/prachu.

Vysoké teploty mohou způsobit roztažení desky a drift parametrů součástek; nízké teploty mohou způsobit křehkost materiálů. Průmyslové desky plošných spojů pracují při teplotách -40 ℃ až 85 ℃ s přísnějšími vojenskými požadavky.

Analyzujte deformaci a rozložení napětí pomocí simulace mechanického namáhání a provádějte rázové a vibrační zkoušky a zkoušky dlouhodobého stárnutí.

Různé materiály mají různé mechanické pevnosti a koeficienty tepelné roztažnosti. Například FR-4 má dobrý komplexní výkon, ale relativně vysoký koeficient tepelné roztažnosti, zatímco polyimidové materiály nabízejí lepší tepelnou stabilitu a mechanickou pevnost.

Vestavěné desky plošných spojů (PCB) vyžadují pro zabudování součástek další procesy, jako je výroba mezivrstvých struktur a přesnější laminace, s vyššími požadavky na přesnost vrtání a pokovování.

Včetně laminace, zpracování mikrootvorů (apertura ≤50μm), zalévání součástek a povrchové úpravy (např. zlacení, cínování).

V návrhu specifikujte přesné tolerance, používejte vysoce přesné zařízení (například CNC vrtačky) a provádějte přísné rozměrové kontroly a úpravy procesu v každém postupu.

Kontrolovat suroviny (desky, součástky), sledovat parametry laminace/vrtání/pokovování, používat rentgenové a letmé sondy k detekci vnitřních spojení a elektrických vlastností a provádět kompletní kontrolu hotových výrobků.

Bubliny/delaminace vrstvení, nesprávné vyrovnání vrtání/nerovnoměrný otvor, špatné připojení/zkrat součástek, špatná povrchová úprava, rozměrová odchylka atd.

Optimalizujte teplotu, tlak a časové parametry laminace, předběžně upravte desky k odstranění vlhkosti a nečistot a použijte vakuovou laminaci k odstranění vzduchu.

Používejte vysoce přesné vrtací zařízení k řízení parametrů, provádějte mikroleptání stěn otvorů pro zlepšení přilnavosti měděného pokovení a detekujte kvalitu pomocí metalografického řezu.

Před zabudováním proveďte screening a testování součástek, optimalizujte procesy zabudování pro zajištění pevných spojů a po výrobě proveďte komplexní elektrické testy a experimenty spolehlivosti.

Ovlivněno cenou materiálu (vysoce výkonné materiály jsou dražší), složitostí procesu (např. mikroprůchodky, zabudování součástek), objemem výroby a náklady na kontrolu.

Prozkoumejte technické zabezpečení (zařízení, procesy), systémy řízení kvality, výrobní případy, zákaznické recenze, cenové nabídky a dodací lhůty.

Včetně vizuální kontroly, elektrických testů (multimetr, osciloskop, analyzátor sítě), funkčních testů, rentgenové kontroly, testů sond s nulovým dosahem atd.

Použijte hřebíky z ICT zařízení k detekci elektrických parametrů součástek, zkratů, přerušených obvodů, odchylek parametrů atd. Testovací body je třeba v návrhu rezervovat.

Simulujte skutečné pracovní prostředí, komplexně testujte funkce, dodržujte pořadí od základních až po komplexní testy a zaznamenávejte a analyzujte anomálie.

Použijte rozhraní JTAG k ovládání buněk pro skenování vnitřních hranic čipu, detekci stavů pinů a mezičipových spojení a identifikaci poruch přerušeného a zkratovaného obvodu.

Nejprve pozorujte vzhled (spálené součástky, prasklé pájené spoje), poté proveďte elektrické testy pro zúžení rozsahu poruch, analyzujte možná propojení na základě schématu a použijte substituční metodu k určení místa poruchy.

Relativně vysoká, protože součástky jsou ve vnitřních vrstvách. Vyžaduje to opatrné odstranění horních vrstev, aby se odhalilo místo poruchy, opětovné navrstvení pro obnovení integrity po údržbě a zabránění nárazům na jiné obvody.

Používejte vysoce přesné nástroje, jako jsou zařízení pro bodové svařování a přesné pinzety. Naplánujte si údržbu předem a používejte lokální ohřev k regulaci teploty.

Provádějte elektrické testy (integrita signálu, integrita napájení), funkční testy a testy spolehlivosti (stárnutí, vibrace).

Vypracovat plány testování, postupy diagnostiky poruch, specifikace údržby a procesy ověřování kvality.

Zkušební zařízení: multimetr, osciloskop, analyzátor sítě atd. Údržbové vybavení: zařízení pro bodové svařování, horkovzdušná pistole atd.

Zvažte přesnost odporu, jmenovitý výkon a teplotní koeficient. Vyberte rezistory na základě požadavků obvodu.

Používá se pro filtrování, oddělení, ukládání energie, propojení signálů atd.

Určete na základě provozní frekvence, indukčnosti a proudové kapacity. Pro filtrování výkonu vezměte v úvahu zvlnění a zatěžovací proud.

Zvažte výkon, spotřebu energie, typ pouzdra, spolehlivost a podporu výrobce.

Během návrhu slaďte elektrické parametry a fyzické rozměry. Vyberte součástky kompatibilní s materiály a procesy desek plošných spojů a proveďte simulační ověření.

U pasivních součástek regulujte teplotu a čas, abyste zabránili pájení za studena. U aktivních součástek používejte vysoce přesné zařízení (např. pájení reflow), abyste zajistili spolehlivé spojení a zabránili tepelnému poškození.

Odhadněte životnost pomocí zrychlených testů stárnutí, údajů od výrobce a dlouhodobého monitorování skutečných dat o poruchách.

Odpor: posun hodnoty/přerušený obvod. Kondenzátor: únik/zkrat. Induktor: změna indukčnosti/zkrat vinutí. Čip: funkční porucha/chyba pinů.

Skladujte podle kategorií s ochranou proti vlhkosti a elektrostatickým výbojům. Udržujte systém zásob pro zaznamenávání informací, provádějte pravidelné vzorkování a přiměřeně kontrolujte stav zásob.

Zvětšete rozteč tras (≥3ךířka), použijte izolaci od země, optimalizujte topologii trasování a přizpůsobte impedanci.

Zavádějí parazitní parametry, které mohou způsobovat ztráty a zpoždění při vysokých frekvencích. Průchodky pro signály nad 10 GHz by měly mít průměr

Přidejte zařízení na ochranu proti elektrostatickému výboji (např. TVS diody), nastavte cesty pro výboje proti elektrostatickému výboji a udržujte signálové stopy klíčů ≥2 mm od okrajů desky.

Pro kontrolu vnitřních pájených spojů použijte rentgen. Výška spoje by měla být 0,4–0,6 mm s pórovitostí ≤ 15 %.

ENIG pro vysokofrekvenční a přesné pájení. OSP pro nízké náklady (platnost 6-8 měsíců). Imerzní cín pro vlnové pájení.

Správně rozmístěte kryty stínění s impedancí uzemnění

Průměr propojovacích otvorů 0,3–0,5 mm, rozteč ≤ 1 mm, ≥ 100 propojovacích otvorů/cm² pro zajištění účinného odvodu tepla.

Datové linky DDR4: tolerance délky ±5 mil. Diferenciální páry PCIe: ±2 mil.

Přidejte oddělovací kondenzátory (0,1 μF pro vysoké frekvence, 10 μF pro nízké frekvence). Udržujte rozteč mezi napájecí a zemnící vrstvou

Standard IPC: ≤0,7 % pro bezolovnaté procesy, ≤0,5 % v oblastech BGA.

Používejte dynamické škálování napětí, vypínejte moduly v nečinnosti a vybírejte čipy s nízkým IQ (např. řada TI MSP430).

Snižuje ztráty signálu a parazitní parametry, zvyšuje hustotu trasování. Náklady jsou o 20–30 % vyšší než u průchozích otvorů.

Pomocí nástrojů CAM350 nebo Altium DFM zkontrolujte minimální šířku/rozteč stop (≥6 mil), poměr stran (≤8:1) atd.

Běžné metody: trojitá impregnace barvou (tloušťka 0,1–0,3 mm), nanovrstva (

Pro snížení tlaku na trasování BGA použijte vějířovitý design. Čtyřvrstvé desky vyhovují 80 % běžných potřeb; ≥6 vrstev pro vysokorychlostní konstrukce.

Zkontrolujte čistotu pájecích plošek, tloušťku pájecí pasty (0,12–0,15 mm) a teplotu přetavování (vrchol 235–245 °C).

Použijte megaohmmetr 500 V. Izolační odpor by měl být ≥100 MΩ při vlhkosti ≤60 %.

Použijte zakončovací rezistory (např. s funkcí DDR ODT) a impedanční zúžení. Zajistěte, aby kolísání impedance bylo

1 oz mědi (35 μm): šířka stopy ~1 A/mm. 2 oz: ~1,5 A/mm (nárůst teploty

Černá barva napomáhá odvodu tepla, ale je obtížné ji kontrolovat. Zelená je nejběžnější. Bílá má vysokou odrazivost (≈80 %).

Typický průměr: 0,4–0,8 mm. Rozteč: 0,5–1,0 mm. Rozteč 0,5 mm vyžaduje součástky 0201.

Použijte simulační software jako ANSYS, založený na rozdílech CTE (např. FR-4 15 ppm/℃, měď 17 ppm/℃).

Použijte vícestupňovou filtraci (obvody typu π). Šířka výkonových stop ≥20 mil pro snížení impedance cesty.

Průměr ≥0,6 mm, rozteč ≥1,27 mm. Povrchová úprava ENIG, bez pokrytí pájecí maskou.

Plocha jednostranné signální smyčky

Pro výpočet impedance použijte SI9000, toleranci regulace ±10 %. Použijte přizpůsobení zakončení a optimalizaci topologie.

Obrys: ±0,1 mm. Průměr otvoru: ±0,05 mm. Hloubka V-řezu: 1/3-2/3 tloušťky desky.

Používejte vodiče s odpovídající délkou v serpentinovém provedení se stíněním země. Udržujte je mimo dosah vysokorychlostních datových linek a vyvarujte se křížení vrstev.

Proveďte zrychlené testy stárnutí (85 °C/85 % relativní vlhkosti, 1000 hodin) a vibrační testy (5–500 Hz, zrychlení 2 G).

Velikost kontaktní plošky je o 0,1–0,2 mm větší než vývody součástky. Šířka kontaktní plošky SMD je 1,2–1,5 × šířka vývodu.

Zvětšete tepelně vodivou plochu mědi, použijte tepelně vodivé lepidlo (≥1 W/mK) a otevřete tepelně vodivé průchodky pod výkonovými komponenty.

Dle normy IEC 61000-4-2: kontaktní výboj ±8 kV, vzduchový výboj ±15 kV, s normální funkčností.

Typická tloušťka 15–25 μm. Musí zcela pokrývat měď, aby se zabránilo zkratům z odkryté mědi.

Kombinujte interaktivní a automatické směrování. Nastavte priority směrování, přičemž kritické signály budou směrovány jako první.

Předehřev: 120–150 °C (60–90 s). Přetavování: 217–230 °C (40–60 s). Rychlost chlazení: 3–6 °C/s.

Jednobodové nebo vícebodové uzemnění. Vícebodové pro vysokofrekvenční obvody (>10 MHz) s odporem uzemnění

Zvažte proudovou kapacitu, kontaktní odpor (

Pozorujte pájené spoje pomocí metalografického řezu (metalografické řezy), detekujte povrchové vady pomocí AOI, analyzujte složení prvků pomocí XRF.

Rozteč 5 mil, impedance 100±10Ω, rozdíl délek