Upotettu piirilevy

Upotettu piirilevy on piirilevy, jonka sisäkerroksiin on upotettu elektronisia komponentteja (kuten siruja, vastuksia ja kondensaattoreita), mikä pienentää kokoa ja parantaa suorituskykyä.

Sulautetut piirilevyt voivat haudata joitakin komponentteja tilankäytön vähentämiseksi ja signaalireittien lyhentämiseksi; tavallisten piirilevyjen komponentit ovat enimmäkseen pinta-asennettuja.

Sopii tilanteisiin, joissa on korkeat vaatimukset koolle ja suorituskyvylle, kuten älypuhelimille, puettaville laitteille, ajoneuvotutkille ja ilmailu- ja avaruuslaitteille.

Vaatimusanalyysi → kytkentäkaaviosuunnittelu → asettelusuunnittelu (mukaan lukien sulautetut komponentit) → reitityssuunnittelu (keskittyen signaalin eheyteen) → suunnittelusääntöjen tarkistus → piirilevyn tiedoston tulostus.

Ota huomioon dielektrisyysvakio, häviökerroin ja lämpölaajenemiskerroin. Korkean taajuuden sovelluksiin valitse materiaaleja, joilla on alhainen dielektrisyysvakio ja pienihäviöisyys; korkean lämpöstabiilisuuden saavuttamiseksi valitse materiaaleja, joilla on pieni lämpölaajenemiskerroin.

Lyhennä signaalireittejä asettamalla komponentit toiminnallisilla moduuleilla; hajauttamalla lämpöä tuottavat komponentit lämmön haihduttamiseksi; sijoittamalla herkät komponentit kauas kohinalähteistä; ottamalla huomioon prosessin toteutettavuuden.

Vastukset valmistetaan lisäämällä resistiivisiä materiaaleja dielektriseen kerrokseen; kondensaattoreissa käytetään kuparifoliolle tai alustoille päällystettyjä korkean dielektrisyyden materiaaleja; induktorit toteutetaan kerrosten välisten spiraalikelojen avulla.

Varmista luotettavat sähköliitännät, ota huomioon lämmönhukka, testattavuus ja huollettavuus ja noudata siruvalmistajien suunnitteluohjeita.

Suunnittele teho- ja maadoituskerrokset virrankulutuksen mukaan, varmista tehotason eheys, vähennä sisäistä vastusta ja jännitehäviötä ja tarjoa vakaa virransyöttö.

Ohjaa juovan pituutta, aseta juovan leveys ja välistys kohtuullisesti ylikuulumisen vähentämiseksi, sovita impedanssi nopeille signaaleille ja vähennä loisparametrien vaikutusta.

Materiaaleista ja reitityssuunnittelusta riippuen se voi asianmukaisella suunnittelulla saavuttaa useita Gbps:n tai jopa korkeamman nopeuden, kuten yli 10 Gbps:n huippuluokan tietoliikennelaitteissa.

Käytä kaavoja, kuten mikroliuskajohdon kaavaa (Z0 = (87/√(εr+1,41))×ln(5,98H/(0,8W+T))) tai liuskajohtokaavoja, tai käytä laskelmiin suunnitteluohjelmistoa.

Vaikuttavat materiaalihäviö (dielektrinen/johtimen häviö), johtimen pituus, signaalin taajuus, läpivientien lukumäärä ja impedanssin epäsuhta.

Erota analogiset ja digitaaliset piirien asettelut, suojaa herkät signaalit, varmista teho- ja maadoitustasojen eheys, käytä suodatinpiirejä ja optimoi johdinradat silmukka-alueen pienentämiseksi.

Asenna laajoja maadoitustasoja, lisää maadoitusreittien määrää, lyhennä maadoitusreittejä ja valitse yksipiste-, monipiste- tai hybridimaadoitus taajuuden mukaan.

Analysoi parametreja, kuten sähköverkon impedanssia, jännitehäviötä ja virranjakoa, simulointiohjelmiston avulla vaikutusten arvioimiseksi ja optimoimiseksi.

Vahva häiriöidenestokyky, tukahduttaa yhteismuotoiset häiriöt, parantaa lähetysnopeutta ja luotettavuutta sekä helpottaa tiheän reitityksen.

Säilytä pituussovitus (ero ≤ 10 % lähetysetäisyydestä signaalin nousureunaa vastaavasti), tasainen juovan leveys ja välistys, ohjausimpedanssi (esim. 100 Ω) ja vältä ylikuulumista.

Minimoi läpivientien koko, lisää anti-pad-ominaisuutta, lisää maadoitusläpivientejä ympärille ja hallitse kuvasuhdetta (≤6).

Suorita signaalin eheyden, tehon eheyden ja EMI-simulointianalyysejä ja testaa prototyyppejä (esim. käyttämällä verkkoanalysaattoreita ja oskilloskooppeja).

Määritetään komponentin korkeuden, kerrosten lukumäärän, mekaanisen lujuuden ja käyttötarkoituksen mukaan, kuten 0,5–1,5 mm matkapuhelinten piirilevyille ja 1,6–3,2 mm teollisuuslaitteille.

Ota huomioon kokoonpano muiden komponenttien kanssa, mekaaninen lujuus, lämmönpoistotila ja komponenttien upottamisen vaikutus mekaaniseen suorituskykyyn.

Suunnittele lämpöä tuottavat komponentit järkevästi, lisää lämmönpoistokanavat (esim. lämpöreiät, kuparifolio), valitse korkean lämmönjohtavuuden omaavia materiaaleja, lisää tarvittaessa lämmönpoistolaitteita ja optimoi lämpösimuloinnin avulla.

Yleisiä menetelmiä ovat ruuvikiinnitys, klipsikiinnitys ja hitsauskiinnitys, jotka sopivat vastaavasti paljon huoltoa vaativiin, kätevään asennukseen tarkoitettuihin ja erittäin tukeviin olosuhteisiin.

Paranna mekaanista lujuutta lisäämällä levyn paksuutta tai jäykisteitä, jaa paino tasaisesti, käytä iskuja vaimentavia materiaaleja puskurointiin ja vahvista keskeisiä komponentteja.

Sovita laitteen kotelo, vältä teräviä reunoja, ota huomioon tuotantoprosessit (esim. leikkaus, meistaus) ja suunnittele pistokeliitännän ohjausrakenteet.

Levitä kolmivaihesuojamaalia, käytä vedenpitäviä liittimiä, suorita tiivistyskäsittely ja vältä keskeisten komponenttien sijoittamista vedelle/pölylle alttiisiin paikkoihin suunnittelun aikana.

Korkeat lämpötilat voivat aiheuttaa piirilevyn laajenemista ja komponenttien parametrien ajautumista; alhaiset lämpötilat voivat tehdä materiaaleista hauraita. Teollisuusluokan piirilevyt toimivat -40 ℃–85 ℃:n lämpötilassa, ja sotilasluokan vaatimukset ovat tiukemmat.

Analysoi muodonmuutoksia ja jännitysjakaumaa mekaanisen jännityssimulaation avulla ja suorita isku-, tärinä- ja pitkäaikaisvanhenemiskokeita.

Eri materiaaleilla on erilaiset mekaaniset lujuudet ja lämpölaajenemiskertoimet. Esimerkiksi FR-4:llä on hyvä kokonaisvaltainen suorituskyky, mutta suhteellisen korkea lämpölaajenemiskerroin, kun taas polyimidimateriaalit tarjoavat paremman lämmönkestävyyden ja mekaanisen lujuuden.

Upotetut piirilevyt vaativat komponenttien upottamiseen lisäprosesseja, kuten välikerrosten valmistuksen ja tarkemman laminoinnin, ja poraus- ja pinnoitustarkkuudelle asetetaan korkeammat vaatimukset.

Sisältää laminoinnin, mikroläpivientien käsittelyn (aukko ≤50 μm), komponenttien upottamisen ja pintakäsittelyn (esim. kultaus, tinan ruiskutus).

Määritä tarkat toleranssit suunnittelussa, käytä tarkkuuslaitteita (kuten CNC-porakoneita) ja suorita tiukat mittatarkastukset ja prosessisäädöt jokaisessa toimenpiteessä.

Tarkasta raaka-aineet (levyt, komponentit), valvo laminointi-/poraus-/pinnoitusparametreja, käytä röntgen- ja lentävällä luotaimella tehtäviä testejä sisäisten liitosten ja sähköisen suorituskyvyn havaitsemiseen ja suorita valmiiden tuotteiden täydellinen tarkastus.

Laminointikuplat/delaminaation irtoaminen, porausvirhe/epätasainen aukko, huono komponenttien liitäntä/oikosulku, huono pintakäsittely, mittapoikkeamat jne.

Optimoi laminointilämpötila, -paine ja -aikaparametrit, esikäsittele levyt kosteuden ja epäpuhtauksien poistamiseksi ja käytä tyhjilaminointia ilman poistamiseksi.

Käytä erittäin tarkkoja porauslaitteita parametrien hallintaan, suorita reiän seinämien mikroetsaus kuparipinnoitteen tarttumisen parantamiseksi ja havaitse laatu metallografisella leikkaustekniikalla.

Seulo ja testaa komponentit ennen upottamista, optimoi upotusprosessit varmistaaksesi lujat liitokset ja suorita kattavat sähkötestit ja luotettavuuskokeet valmistuksen jälkeen.

Vaikuttavat materiaalikustannukset (korkean suorituskyvyn materiaalit ovat kalliimpia), prosessin monimutkaisuus (esim. mikroläpiviennit, komponenttien upottaminen), tuotantomäärä ja tarkastuskustannukset.

Tutki teknistä vahvuutta (laitteet, prosessit), laadunvalvontajärjestelmiä, tuotantotapauksia, asiakasarvosteluja, tarjouksia ja toimitusaikoja.

Sisältää visuaalisen tarkastuksen, sähkötestauksen (yleismittari, oskilloskooppi, verkkoanalysaattori), toiminnallinen testaus, röntgentarkastus, lentävän luotaimen testaus jne.

Käytä ICT-laitteen naularakenteita testipisteiden koskettamiseen ja komponenttien sähköisten parametrien, oikosulkujen, avointen virtapiirien, parametripoikkeamien jne. havaitsemiseen. Testipisteet on varattava suunnittelussa.

Simuloi todellista työympäristöä, testaa toimintoja kattavasti, noudata perus- ja monimutkaisten testien järjestystä sekä tallenna ja analysoi poikkeamat.

Käytä JTAG-liitäntää sirun sisäisten reunaskannauskennojen käyttämiseen, nastojen tilojen ja sirujen välisten yhteyksien havaitsemiseen sekä avoimien ja oikosulkujen tunnistamiseen.

Tarkkaile ensin ulkonäköä (palaneet komponentit, haljenneet juotosliitokset), suorita sitten sähköisiä testejä vika-alueen rajaamiseksi, analysoi mahdolliset linkit kytkentäkaavion perusteella ja käytä korvausmenetelmää vikapisteen määrittämiseen.

Suhteellisen korkea, koska komponentit ovat sisäkerroksissa. Tämä edellyttää ylempien kerrosten huolellista poistamista vikakohdan paljastamiseksi, uudelleenlaminointia eheyden palauttamiseksi huollon jälkeen ja vaikutusten välttämistä muihin piireihin.

Käytä tarkkuustyökaluja, kuten mikropistehitsauslaitteita ja tarkkuuspinsettejä. Suunnittele huolto-ohjelma etukäteen ja käytä paikallista lämmitystä lämpötilan säätämiseen.

Suorita sähköisiä testejä (signaalin eheys, tehon eheys), toiminnallisia testejä ja luotettavuustestejä (ikääntyminen, tärinä).

Kehitä testisuunnitelmia, vikadiagnostiikkamenettelyjä, kunnossapidon toimintaohjeita ja laadunvarmennusprosesseja.

Testauslaitteet: yleismittari, oskilloskooppi, verkkoanalysaattori jne. Huoltolaitteet: mikropistehitsauslaitteet, kuumailmapistooli jne.

Ota huomioon resistanssin tarkkuus, teholuokitus ja lämpötilakerroin. Valitse vastukset piirin vaatimusten perusteella.

Käytetään suodatukseen, irtikytkentään, energian varastointiin, signaalien kytkentään jne.

Määritä toimintataajuuden, induktanssin ja virtakapasiteetin perusteella. Tehon suodatuksessa ota huomioon ripple ja kuormitusvirta.

Ota huomioon suorituskyky, virrankulutus, kotelotyyppi, luotettavuus ja valmistajan tuki.

Yhteensovita sähköiset parametrit ja fyysiset mitat suunnittelun aikana. Valitse komponentit, jotka ovat yhteensopivia piirilevymateriaalien ja -prosessien kanssa, ja suorita simulointitarkastus.

Passiivisten komponenttien tapauksessa lämpötilaa ja aikaa on valvottava kylmäjuottamisen estämiseksi. Aktiivisten komponenttien tapauksessa on käytettävä tarkkuuslaitteita (esim. reflow-juotos) luotettavien liitosten varmistamiseksi ja lämpövaurioiden estämiseksi.

Arvioi käyttöikää kiihdytettyjen ikääntymistestien, valmistajan tietojen ja todellisten vikatietojen pitkäaikaisen seurannan avulla.

Resistanssi: arvon ryömintä/avoin virtapiiri. Kondensaattori: vuoto/oikosulku. Induktori: induktanssin muutos/käämitys oikosulku. Siru: toiminnallinen vika/nastaviat.

Säilytä luokittain kosteus- ja ESD-suojauksella. Ylläpidä varastojärjestelmää tietojen kirjaamiseksi, ota säännöllistä näytteenottoa ja valvo varastotasoja kohtuullisesti.

Suurenna johdinväliä (≥3 × leveys), käytä maadoituseristystä, optimoi reititystopologia ja sovita impedanssi.

Ota käyttöön loisparametreja, jotka voivat aiheuttaa häviöitä ja viiveitä korkeilla taajuuksilla. Yli 10 GHz:n signaalien läpivientien halkaisijan tulisi olla alle 0,3 mm.

Lisää ESD-suojalaitteita (esim. TVS-diodeja), asenna ESD-purkausreitit ja pidä avainsignaalijäljet ​​≥2 mm:n päässä piirilevyn reunoista.

Tarkista sisäiset juotosliitokset röntgenillä. Liitoksen korkeuden tulee olla 0,4–0,6 mm ja tyhjäpitoisuuden ≤15 %.

ENIG korkeataajuiseen ja tarkkuusjuottamiseen. OSP edulliseen hintaan (voimassa 6–8 kuukautta). Upotustina aaltojuottamiseen.

Asenna suojavaipat oikein, kun maadoitusimpedanssi on

Läpivientien halkaisija 0,3–0,5 mm, välistys ≤1 mm, ≥100 läpivientiä/cm² lämmönpoiston tehokkuuden varmistamiseksi.

DDR4-datalinjat: pituustoleranssi ±5 mil. PCIe-differentiaaliparit: ±2 mil.

Lisää erotuskondensaattoreita (0,1 μF korkeataajuudelle, 10 μF matalataajuudelle). Pidä teho- ja maadoituskerroksen välinen etäisyys

IPC-standardi: ≤0,7 % lyijyttömille prosesseille, ≤0,5 % BGA-alueilla.

Käytä dynaamista jännitteen skaalausta, sammuta käyttämättömät moduulit ja valitse matalan älykkyysosamäärän omaavia siruja (esim. TI MSP430 -sarja).

Vähentää signaalihäviöitä ja loisparametreja, lisää reititystiheyttä. Kustannukset 20–30 % korkeammat kuin läpiviennit.

Tarkista CAM350- tai Altium DFM -työkaluilla pienin mahdollinen jälkileveys/väli (≥6mil), kuvasuhde (≤8:1) jne.

Yleisiä menetelmiä: kolmivaiheinen kyllästysmaali (paksuus 0,1–0,3 mm), nanopinnoite (

Käytä viuhkasuunnittelua vähentääksesi BGA-reitityspainetta. 4-kerroksiset piirilevyt kattavat 80 % tavallisista tarpeista; ≥6 kerrosta suurnopeusmalleissa.

Tarkista juotosalustan puhtaus, juotospastan paksuus (0,12–0,15 mm) ja juotossulatuksen lämpötila (huippu 235–245 ℃).

Käytä 500 V:n megaohmimittaria. Eristysresistanssin tulee olla ≥100 MΩ ja ilmankosteuden ≤60 %.

Käytä päätevastuksia (esim. DDR ODT -toiminto) ja impedanssin pienentämistä. Varmista, että impedanssin vaihtelu on

28 g kuparia (35 μm): ~1 A/mm johdinleveys. 54 g: ~1,5 A/mm (lämpötilan nousu

Musta auttaa lämmön haihduttamisessa, mutta sitä on vaikea tarkastaa. Vihreä on yleisin. Valkoisella on korkea heijastavuus (≈80 %).

Tyypillinen halkaisija: 0,4–0,8 mm. Jako: 0,5–1,0 mm. 0,5 mm:n jako vaatii 0201-komponentit.

Käytä simulointiohjelmistoa, kuten ANSYS, joka perustuu CTE-eroihin (esim. FR-4 15 ppm/℃, kupari 17 ppm/℃).

Käytä monivaiheista suodatusta (π-tyyppiset piirit). Tehojohtimien leveys on ≥20mil polun impedanssin pienentämiseksi.

Halkaisija ≥0,6 mm, välistys ≥1,27 mm. Pinnan viimeistely ENIG, ei juotosmaskia.

Yksipäisen signaalisilmukan pinta-ala

Käytä SI9000-modulia impedanssin laskemiseen, ohjaustoleranssi ±10 %. Käytä päätteiden sovitusta ja topologian optimointia.

Ääriviiva: ±0,1 mm. Reiän halkaisija: ±0,05 mm. V-leikkaussyvyys: 1/3–2/3 levyn paksuudesta.

Käytä pituussovitettuja serpentiinijohtimia, joissa on maadoitussuoja. Pidä etäällä nopeista datayhteyksistä ja vältä kerrosten ylittämistä.

Suorita kiihdytettyjä vanhenemistestejä (85 ℃ / 85 % suhteellinen kosteus, 1000 h) ja tärinätestejä (5–500 Hz, 2G kiihtyvyys).

Liitoskohdan koko 0,1–0,2 mm suurempi kuin komponenttijohtimien. SMD-liitoskohdan leveys 1,2–1,5 × johtimen leveys.

Suurenna lämpökuparin pinta-alaa, käytä lämpöliimaa (≥1 W/mK) ja avaa lämpöreiät tehokomponenttien alla.

Standardin IEC 61000-4-2 mukaan: kosketuspurkaus ±8 kV, ilmapurkaus ±15 kV, normaalilla toiminnalla.

Tyypillinen paksuus 15–25 μm. Peittää kupari kokonaan, jotta estetään paljaan kuparin aiheuttamat oikosulut.

Yhdistä interaktiivinen ja automaattinen reititys. Aseta reitityksen prioriteetit siten, että kriittiset signaalit reititetään ensin.

Esilämmitys: 120–150 ℃ (60–90 s). Jälleenvirtaus: 217–230 ℃ (40–60 s). Jäähdytysnopeus: 3–6 ℃/s.

Yksipiste- tai monipistemaadoitus. Monipiste korkeataajuuspiireille (>10 MHz), maadoitusresistanssin ollessa

Ota huomioon virtakapasiteetti, koskettimen resistanssi (

Tarkkaile juotosliitoksia metallografisella leikkauksella (metallografinen leikkaus), havaitse pintavirheet AOI:lla, analysoi alkuaineiden koostumusta XRF:llä.

Väli 5mil, impedanssi 100±10Ω, pituusero