PCB incorporato

Un PCB incorporato è un circuito stampato con componenti elettronici (come chip, resistori e condensatori) incorporati direttamente nei suoi strati interni, riducendo le dimensioni e migliorando le prestazioni.

I PCB integrati possono interrare alcuni componenti per ridurre l'occupazione di spazio e accorciare i percorsi del segnale; i componenti sui PCB comuni sono per lo più montati in superficie.

Adatto a scenari con elevati requisiti di dimensioni e prestazioni, come smartphone, dispositivi indossabili, radar per veicoli e apparecchiature aerospaziali.

Analisi dei requisiti → progettazione schematica → pianificazione del layout (inclusi i componenti incorporati) → progettazione del routing (focalizzata sull'integrità del segnale) → controllo delle regole di progettazione → output del file della scheda.

Considerare la costante dielettrica, il fattore di perdita e il coefficiente di dilatazione termica. Per applicazioni ad alta frequenza, scegliere materiali con bassa costante dielettrica e basse perdite; per un'elevata stabilità termica, scegliere materiali con bassi coefficienti di dilatazione termica.

Disporre i componenti in base ai moduli funzionali per accorciare i percorsi del segnale; disperdere i componenti che generano calore per dissiparlo; posizionare i componenti sensibili lontano dalle fonti di rumore; valutare la fattibilità del processo.

I resistori vengono realizzati aggiungendo materiali resistivi allo strato dielettrico; i condensatori utilizzano materiali ad alto dielettrico rivestiti su lamina di rame o substrati; gli induttori vengono realizzati tramite bobine a spirale tra gli strati.

Assicurare collegamenti elettrici affidabili, considerare la dissipazione del calore, la testabilità e la manutenibilità e seguire le linee guida di progettazione dei produttori di chip.

Pianificare i livelli di alimentazione e di terra in base al consumo energetico, garantire l'integrità del piano di alimentazione, ridurre la resistenza interna e la caduta di tensione e fornire un'alimentazione stabile.

Controllare la lunghezza della traccia, impostare la larghezza e la spaziatura della traccia in modo ragionevole per ridurre la diafonia, adattare l'impedenza per segnali ad alta velocità e ridurre l'impatto dei parametri parassiti della via.

A seconda dei materiali e della progettazione del routing, con una progettazione adeguata può raggiungere diversi Gbps o più, ad esempio oltre 10 Gbps nei dispositivi di comunicazione di fascia alta.

Utilizzare formule come la formula della linea microstrip (Z0 = (87/√(εr+1.41))×ln(5.98H/(0.8W+T))) o formule stripline, oppure utilizzare un software di progettazione per i calcoli.

Influenzato dalla perdita di materiale (perdita dielettrica/conduttore), dalla lunghezza della traccia, dalla frequenza del segnale, dal numero di vie e dalla mancata corrispondenza di impedenza.

Separare i layout dei circuiti analogici e digitali, schermare i segnali sensibili, garantire l'integrità dei piani di alimentazione e di massa, utilizzare circuiti di filtro e ottimizzare le tracce per ridurre l'area del loop.

Impostare piani di messa a terra di grandi dimensioni, aumentare le vie di messa a terra, accorciare i percorsi di messa a terra e scegliere la messa a terra a punto singolo/multipunto/ibrida in base alla frequenza.

Analizzare parametri quali l'impedenza della rete elettrica, la caduta di tensione e la distribuzione della corrente tramite software di simulazione per valutare gli impatti e ottimizzare.

Elevata capacità anti-interferenza, soppressione delle interferenze in modalità comune, miglioramento della velocità e dell'affidabilità della trasmissione e facilitazione del routing ad alta densità.

Mantenere la corrispondenza della lunghezza (differenza ≤ 10% della distanza di trasmissione corrispondente al fronte di salita del segnale), larghezza e spaziatura della traccia uniformi, impedenza di controllo (ad esempio, 100Ω) ed evitare la diafonia.

Ridurre al minimo le dimensioni delle vie, aumentare l'anti-pad, aggiungere vie di messa a terra attorno e controllare il rapporto di aspetto (≤6).

Eseguire analisi di integrità del segnale, integrità dell'alimentazione e simulazione EMI, nonché testare prototipi (ad esempio, utilizzando analizzatori di rete e oscilloscopi).

Determinato dall'altezza del componente, dal numero di strati, dalla resistenza meccanica e dagli scenari applicativi, ad esempio 0,5-1,5 mm per i PCB dei telefoni cellulari e 1,6-3,2 mm per le apparecchiature industriali.

Considerare l'assemblaggio con altri componenti, la resistenza meccanica, lo spazio di dissipazione del calore e l'impatto dell'integrazione dei componenti sulle prestazioni meccaniche.

Disporre in modo ragionevole i componenti che generano calore, aggiungere canali di dissipazione del calore (ad esempio fori di riscaldamento, lamina di rame), selezionare materiali ad alta conduttività termica, aggiungere dispositivi di dissipazione del calore se necessario e ottimizzare tramite simulazione termica.

I metodi più comuni includono il fissaggio tramite viti, il fissaggio tramite clip e il fissaggio tramite saldatura, adatti rispettivamente a situazioni che richiedono elevata manutenzione, installazione pratica e alta stabilità.

Migliorare la resistenza meccanica aumentando lo spessore della tavola o aggiungendo rinforzi, distribuire uniformemente il peso, utilizzare materiali ammortizzanti per l'ammortizzazione e rinforzare i componenti chiave.

Adattare l'involucro del dispositivo, evitare spigoli vivi, considerare i processi di produzione (ad esempio taglio, stampaggio) e progettare strutture di guida per i plug-in.

Applicare vernice a tripla impermeabilità, utilizzare connettori impermeabili, eseguire un trattamento di sigillatura ed evitare di posizionare i componenti chiave in aree soggette ad acqua/polvere durante la disposizione.

Le alte temperature possono causare l'espansione della scheda e la deriva dei parametri dei componenti; le basse temperature possono rendere i materiali fragili. I PCB di livello industriale funzionano a temperature comprese tra -40°C e 85°C, con requisiti di livello militare più rigorosi.

Analizzare la deformazione e la distribuzione delle sollecitazioni mediante simulazione delle sollecitazioni meccaniche ed eseguire test di impatto, vibrazione e invecchiamento a lungo termine.

Materiali diversi presentano diverse resistenze meccaniche e coefficienti di dilatazione termica. Ad esempio, il FR-4 offre buone prestazioni complessive ma un coefficiente di dilatazione termica relativamente elevato, mentre i materiali in poliimmide offrono una migliore stabilità termica e resistenza meccanica.

I PCB integrati richiedono processi aggiuntivi per l'integrazione dei componenti, come la fabbricazione della struttura interstrato e una laminazione più precisa, con requisiti più elevati per la precisione di foratura e placcatura.

Inclusi la laminazione, l'elaborazione di micro-vie (apertura ≤50μm), l'incorporamento dei componenti e il trattamento superficiale (ad esempio, placcatura in oro, spruzzatura di stagno).

Specificare tolleranze precise nella progettazione, utilizzare attrezzature ad alta precisione (come trapani CNC) ed eseguire rigorosi controlli dimensionali e regolazioni di processo in ogni procedura.

Ispezionare le materie prime (schede, componenti), monitorare i parametri di laminazione/foratura/placcatura, utilizzare test a raggi X e a sonda mobile per rilevare connessioni interne e prestazioni elettriche ed eseguire un'ispezione completa dei prodotti finiti.

Bolle di laminazione/delaminazione, disallineamento della foratura/apertura irregolare, collegamento scadente dei componenti/cortocircuito, trattamento superficiale scadente, deviazione dimensionale, ecc.

Ottimizzare i parametri di temperatura, pressione e tempo di laminazione, pretrattare i pannelli per rimuovere umidità e impurità e utilizzare la laminazione sotto vuoto per espellere l'aria.

Utilizzare attrezzature di perforazione ad alta precisione per controllare i parametri, eseguire microincisioni sulle pareti dei fori per migliorare l'adesione della placcatura in rame e rilevare la qualità tramite sezionamento metallografico.

Selezionare e testare i componenti prima dell'incorporamento, ottimizzare i processi di inserimento per garantire connessioni salde ed eseguire test elettrici completi ed esperimenti di affidabilità dopo la produzione.

Influenzato dal costo del materiale (i materiali ad alte prestazioni sono più costosi), dalla complessità del processo (ad esempio, micro-vie, incorporamento dei componenti), dalla quantità di produzione e dal costo di ispezione.

Esaminare la forza tecnica (attrezzature, processi), i sistemi di controllo qualità, i casi di produzione, le recensioni dei clienti, i preventivi e i tempi di consegna.

Inclusi ispezione visiva, test elettrici (multimetro, oscilloscopio, analizzatore di rete), test funzionali, ispezione a raggi X, test con sonda mobile, ecc.

Utilizzare il letto di chiodi di un dispositivo ICT per contattare i punti di prova e rilevare i parametri elettrici dei componenti, cortocircuiti, circuiti aperti, deviazioni dei parametri, ecc. I punti di prova devono essere riservati nella progettazione.

Simula l'ambiente di lavoro reale, testa in modo completo le funzioni, segui l'ordine dei test da quelli di base a quelli complessi e registra e analizza le anomalie.

Utilizzare l'interfaccia JTAG per azionare le celle boundary scan interne del chip, rilevare gli stati dei pin e le connessioni inter-chip e identificare guasti di circuito aperto e cortocircuito.

Per prima cosa osservare l'aspetto (componenti bruciati, giunti di saldatura incrinati), quindi eseguire test elettrici per restringere l'intervallo di guasto, analizzare i possibili collegamenti in base allo schema e utilizzare il metodo di sostituzione per determinare il punto di guasto.

Relativamente elevato, poiché i componenti sono negli strati interni. Richiede la rimozione attenta degli strati superiori per esporre il punto di guasto, la rilaminazione per ripristinare l'integrità dopo la manutenzione ed evitare impatti su altri circuiti.

Utilizzare strumenti ad alta precisione come saldatrici a micropunti e pinzette di precisione. Pianificare in anticipo il programma di manutenzione e utilizzare il riscaldamento localizzato per controllare la temperatura.

Eseguire test elettrici (integrità del segnale, integrità dell'alimentazione), test funzionali e test di affidabilità (invecchiamento, vibrazioni).

Sviluppare piani di prova, procedure di diagnosi dei guasti, specifiche delle operazioni di manutenzione e processi di verifica della qualità.

Apparecchiature di prova: multimetro, oscilloscopio, analizzatore di rete, ecc. Apparecchiature di manutenzione: saldatrice a micropunti, pistola ad aria calda, ecc.

Considerare la precisione della resistenza, la potenza nominale e il coefficiente di temperatura. Selezionare i resistori in base ai requisiti del circuito.

Utilizzato per filtraggio, disaccoppiamento, accumulo di energia, accoppiamento di segnali, ecc.

Determinare in base alla frequenza operativa, all'induttanza e alla capacità di corrente. Per il filtraggio della potenza, considerare l'ondulazione residua e la corrente di carico.

Considerare le prestazioni, il consumo energetico, il tipo di pacchetto, l'affidabilità e il supporto del produttore.

Abbinare i parametri elettrici e le dimensioni fisiche durante la progettazione. Selezionare i componenti compatibili con i materiali e i processi della scheda ed eseguire la verifica tramite simulazione.

Per i componenti passivi, controllare la temperatura e il tempo per evitare saldature a freddo. Per i componenti attivi, utilizzare apparecchiature ad alta precisione (ad esempio, saldatura a riflusso) per garantire connessioni affidabili e prevenire danni termici.

Stimare la durata di vita attraverso test di invecchiamento accelerato, dati del produttore e monitoraggio a lungo termine dei dati di guasto effettivi.

Resistenza: deriva del valore/circuito aperto. Condensatore: dispersione/cortocircuito. Induttore: variazione di induttanza/cortocircuito nell'avvolgimento. Chip: guasto funzionale/errori ai pin.

Conservare per categoria, con protezione dall'umidità e dalle scariche elettrostatiche. Mantenere un sistema di inventario per registrare le informazioni, effettuare campionamenti regolari e controllare ragionevolmente i livelli delle scorte.

Aumentare la spaziatura delle tracce (≥3×larghezza), utilizzare l'isolamento di terra, ottimizzare la topologia di routing e adattare l'impedenza.

Introdurre parametri parassiti, che potrebbero causare perdite e ritardi alle alte frequenze. I fori di via per segnali superiori a 10 GHz dovrebbero avere un diametro

Aggiungere dispositivi di protezione ESD (ad esempio diodi TVS), impostare percorsi di scarica ESD e mantenere le tracce dei segnali chiave a ≥2 mm dai bordi della scheda.

Utilizzare i raggi X per ispezionare i giunti di saldatura interni. L'altezza del giunto deve essere compresa tra 0,4 e 0,6 mm, con un tasso di vuoti ≤15%.

ENIG per saldatura ad alta frequenza e di precisione. OSP per basso costo (validità 6-8 mesi). Stagno a immersione per saldatura a onda.

Disporre correttamente le coperture di schermatura con impedenza di messa a terra

Diametro via 0,3-0,5 mm, spaziatura ≤1 mm, ≥100 via/cm² per garantire l'efficienza della dissipazione del calore.

Linee dati DDR4: tolleranza di lunghezza ±5 mil. Coppie differenziali PCIe: ±2 mil.

Aggiungere condensatori di disaccoppiamento (0,1 μF per alta frequenza, 10 μF per bassa frequenza). Mantenere la spaziatura tra gli strati di alimentazione e di massa

Standard IPC: ≤0,7% per processi senza piombo, ≤0,5% nelle aree BGA.

Utilizzare il ridimensionamento dinamico della tensione, spegnere i moduli inattivi e selezionare chip a basso IQ (ad esempio, serie TI MSP430).

Riducono la perdita di segnale e i parametri parassiti, aumentando la densità di routing. Costano dal 20% al 30% in più rispetto ai fori passanti.

Utilizzare gli strumenti CAM350 o Altium DFM per verificare la larghezza/spaziatura minima della traccia (≥6mil), il rapporto di aspetto (≤8:1), ecc.

Metodi comuni: vernice a tripla protezione (spessore 0,1-0,3 mm), nanorivestimento (

Utilizzare un design fan-out per ridurre la pressione di routing BGA. Le schede a 4 strati soddisfano l'80% delle esigenze standard; ≥6 strati per design ad alta velocità.

Controllare la pulizia del pad, lo spessore della pasta saldante (0,12-0,15 mm) e la temperatura di riflusso (picco 235-245 ℃).

Utilizzare un megaohmetro da 500 V. La resistenza di isolamento deve essere ≥100 MΩ a ≤60% di umidità.

Utilizzare resistori di terminazione (ad esempio, funzione DDR ODT) e riduzione dell'impedenza. Assicurarsi che la variazione di impedenza sia

1 oz di rame (35 μm): ~1 A/mm di larghezza della traccia. 2 oz: ~1,5 A/mm (aumento di temperatura

Il nero favorisce la dissipazione del calore, ma è difficile da ispezionare. Il verde è il più comune. Il bianco ha un'elevata riflettività (circa l'80%).

Diametro tipico: 0,4-0,8 mm. Passo: 0,5-1,0 mm. Il passo da 0,5 mm richiede componenti 0201.

Utilizzare un software di simulazione come ANSYS, basato sulle differenze CTE (ad esempio, FR-4 15 ppm/℃, rame 17 ppm/℃).

Utilizzare un filtraggio multistadio (circuiti di tipo π). Tracce di potenza di larghezza ≥20 mil per ridurre l'impedenza del percorso.

Diametro ≥0,6 mm, spaziatura ≥1,27 mm. Finitura superficiale ENIG, nessuna copertura della maschera di saldatura.

Area del circuito del segnale a terminazione singola

Utilizzare SI9000 per calcolare l'impedenza, tolleranza di controllo ±10%. Applicare l'adattamento delle terminazioni e l'ottimizzazione della topologia.

Contorno: ±0,1 mm. Diametro del foro: ±0,05 mm. Profondità del taglio a V: 1/3-2/3 dello spessore della tavola.

Utilizzare tracce serpentine di lunghezza corrispondente con schermatura di terra. Tenere lontano dalle linee dati ad alta velocità ed evitare l'incrocio di strati.

Eseguire test di invecchiamento accelerato (85℃/85%RH, 1000h) e test di vibrazione (5-500Hz, accelerazione 2G).

Dimensioni del pad 0,1-0,2 mm più grandi dei conduttori dei componenti. Larghezza del pad SMD 1,2-1,5 volte la larghezza del conduttore.

Aumentare l'area termica del rame, utilizzare adesivo termico (≥1W/mK) e aprire i fori termici sotto i componenti di potenza.

Secondo IEC 61000-4-2: scarica a contatto ±8 kV, scarica in aria ±15 kV, con funzionalità normale.

Spessore tipico 15-25 μm. Deve coprire completamente il rame per evitare cortocircuiti dovuti al rame esposto.

Combina routing interattivo e automatico. Imposta le priorità di routing, instradando per primi i segnali critici.

Preriscaldamento: 120-150℃ (60-90 s). Riflusso: 217-230℃ (40-60 s). Velocità di raffreddamento: 3-6℃/s.

Messa a terra a punto singolo o multipunto. Multipunto per circuiti ad alta frequenza (>10 MHz), con resistenza di messa a terra

Considerare la capacità di corrente, la resistenza di contatto (

Osservare le giunzioni di saldatura tramite sezione metallografica (sezionamento metallografico), rilevare difetti superficiali con AOI, analizzare la composizione degli elementi con XRF.

Spaziatura 5mil, impedenza 100±10Ω, differenza di lunghezza