Įterptinė PCB

Įterptinė spausdintinė plokštė (PCB) – tai plokštė, kurios vidiniuose sluoksniuose yra tiesiogiai įmontuoti elektroniniai komponentai (pvz., lustai, rezistoriai ir kondensatoriai), taip sumažinant dydį ir pagerinant našumą.

Įterptosiose spausdintinėse plokštėse kai kuriuos komponentus galima paslėpti, kad būtų sumažinta užimama vieta ir sutrumpinti signalo keliai; įprastų spausdintinių plokščių komponentai dažniausiai yra montuojami paviršiuje.

Tinka scenarijams, kuriems keliami aukšti dydžio ir našumo reikalavimai, pavyzdžiui, išmaniesiems telefonams, nešiojamiems įrenginiams, transporto priemonių radarams ir aviacijos bei kosmoso įrangai.

Reikalavimų analizė → schemos projektavimas → išdėstymo planavimas (įskaitant įterptuosius komponentus) → maršruto parinkimas (daugiausia dėmesio skiriant signalo vientisumui) → projektavimo taisyklių patikrinimas → plokštės failo išvestis.

Atsižvelkite į dielektrinę konstantą, nuostolių koeficientą ir šiluminio plėtimosi koeficientą. Aukšto dažnio taikymams rinkitės mažos dielektrinės konstantos ir mažų nuostolių medžiagas; dideliam šiluminiam stabilumui rinkitės medžiagas su mažu šiluminio plėtimosi koeficientu.

Išdėstykite komponentus funkciniais moduliais, kad sutrumpėtų signalo keliai; paskirstykite šilumą generuojančius komponentus šilumai išsklaidyti; jautrius komponentus pastatykite atokiau nuo triukšmo šaltinių; apsvarstykite proceso įgyvendinamumą.

Rezistoriai gaminami pridedant varžinių medžiagų prie dielektrinio sluoksnio; kondensatoriams naudojamos didelio dielektriškumo medžiagos, padengtos vario folija arba substratais; induktoriai realizuojami per spiralines rites tarp sluoksnių.

Užtikrinkite patikimus elektros sujungimus, atsižvelkite į šilumos išsklaidymą, testavimo ir priežiūros galimybes bei laikykitės lustų gamintojų projektavimo gairių.

Planuokite maitinimo ir įžeminimo sluoksnius pagal energijos suvartojimą, užtikrinkite maitinimo plokštumos vientisumą, sumažinkite vidinę varžą ir įtampos kritimą bei užtikrinkite stabilų maitinimo šaltinį.

Kontroliuokite signalo ilgį, pagrįstai nustatykite signalo plotį ir tarpus, kad sumažintumėte skersinius trukdžius, priderinkite varžą prie didelės spartos signalų ir sumažinkite parazitinių parametrų poveikį.

Priklausomai nuo medžiagų ir maršruto parinkimo, tinkamai suprojektavus, jis gali pasiekti kelis Gbps ar daugiau, pavyzdžiui, daugiau nei 10 Gbps aukščiausios klasės ryšio įrenginiuose.

Skaičiavimams naudokite tokias formules kaip mikrojuostelinės linijos formulė (Z0 = (87/√(εr+1,41))×ln(5,98H/(0,8W+T))) arba juostinės linijos formulės, arba naudokite projektavimo programinę įrangą.

Įtakoja medžiagų nuostoliai (dielektriniai / laidininko nuostoliai), signalo ilgis, signalo dažnis, kiaurymių skaičius ir varžos neatitikimas.

Atskirkite analoginių ir skaitmeninių grandinių išdėstymus, ekranuokite jautrius signalus, užtikrinkite maitinimo ir įžeminimo plokštumų vientisumą, naudokite filtrų grandines ir optimizuokite linijas, kad sumažintumėte kilpos plotą.

Įrenkite dideles įžeminimo plokštumas, padidinkite įžeminimo angų skaičių, sutrumpinkite įžeminimo takus ir pagal dažnį rinkitės vieno taško / kelių taškų / hibridinį įžeminimą.

Naudodami modeliavimo programinę įrangą, analizuokite tokius parametrus kaip elektros tinklo varža, įtampos kritimas ir srovės pasiskirstymas, kad įvertintumėte poveikį ir optimizuotumėte.

Stiprus anti-interferencinis gebėjimas, slopina bendrojo režimo trukdžius, pagerina perdavimo greitį ir patikimumą bei palengvina didelio tankio maršrutizavimą.

Išlaikykite ilgio suderinimą (skirtumas ≤ 10 % perdavimo atstumo, atitinkančio signalo kilimo kraštą), vienodą takelio plotį ir atstumą, valdymo varžą (pvz., 100 Ω) ir venkite trukdžių.

Sumažinkite kiaurymių dydį, padidinkite apsauginį sluoksnį nuo įžeminimo, aplink jas pridėkite įžeminimo kiaurymių ir valdykite kraštinių santykį (≤6).

Atlikti signalo vientisumo, maitinimo vientisumo ir EMI modeliavimo analizę bei išbandyti prototipus (pvz., naudojant tinklo analizatorius ir osciloskopus).

Nustatomas pagal komponento aukštį, sluoksnių skaičių, mechaninį stiprumą ir taikymo scenarijus, pvz., 0,5–1,5 mm mobiliųjų telefonų spausdintinėms plokštėms ir 1,6–3,2 mm pramoninei įrangai.

Apsvarstykite surinkimą su kitais komponentais, mechaninį stiprumą, šilumos išsklaidymo erdvę ir komponentų įtvarymo įtaką mechaninėms savybėms.

Protingai išdėstykite šilumą generuojančius komponentus, pridėkite šilumos išsklaidymo kanalus (pvz., šilumos skyles, varinę foliją), pasirinkite didelio šilumos laidumo medžiagas, jei reikia, pridėkite šilumos išsklaidymo įtaisus ir optimizuokite juos terminio modeliavimo būdu.

Įprasti tvirtinimo būdai yra varžtai, spaustukai ir suvirinimas, kurie atitinkamai tinka daug priežiūros reikalaujantiems, patogiam montavimui ir didelio stabilumo reikalaujantiems atvejams.

Padidinkite mechaninį stiprumą padidindami plokštės storį arba pridėdami standumo briaunų, tolygiai paskirstykite svorį, naudokite smūgius sugeriančias medžiagas buferizavimui ir sustiprinkite pagrindinius komponentus.

Pritaikykite įrenginio korpusą, venkite aštrių briaunų, atsižvelkite į gamybos procesus (pvz., pjovimą, štampavimą) ir suprojektuokite įkišamų kreipiančiųjų konstrukcijas.

Užtepkite trigubo atsparumo dažus, naudokite vandeniui atsparias jungtis, sandarinkite ir išdėstymo metu venkite pagrindinių komponentų dėti į vandeniui / dulkėms linkusias vietas.

Aukšta temperatūra gali sukelti plokštės išsiplėtimą ir komponentų parametrų poslinkį; žema temperatūra gali padaryti medžiagas trapias. Pramoninės klasės spausdintinės plokštės veikia -40 ℃~85 ℃ temperatūroje, o karinės klasės reikalavimai yra griežtesni.

Analizuokite deformaciją ir įtempių pasiskirstymą naudodami mechaninio įtempio modeliavimą ir atlikite smūginius, vibracijos ir ilgalaikio sendinimo bandymus.

Skirtingos medžiagos pasižymi skirtingu mechaniniu stiprumu ir šiluminio plėtimosi koeficientais. Pavyzdžiui, FR-4 pasižymi geromis visapusiškomis savybėmis, tačiau santykinai dideliu šiluminio plėtimosi koeficientu, o poliimido medžiagos pasižymi geresniu šiluminiu stabilumu ir mechaniniu stiprumu.

Įterptosioms spausdintinėms plokštėms reikalingi papildomi komponentų įterpimo procesai, tokie kaip tarpsluoksninės struktūros gamyba ir tikslesnis laminavimas, o gręžimo ir dengimo tikslumui keliami didesni reikalavimai.

Įskaitant laminavimą, mikroperforaciją (anga ≤50 μm), komponentų įterpimą ir paviršiaus apdorojimą (pvz., auksavimą, alavo purškimą).

Nurodykite tikslius tolerancijos nuokrypius projektuojant, naudokite didelio tikslumo įrangą (pvz., CNC gręžimo stakles) ir kiekvienos procedūros metu atlikite griežtus matmenų patikrinimus bei proceso koregavimus.

Tikrinti žaliavas (plokštes, komponentus), stebėti laminavimo / gręžimo / dengimo parametrus, naudoti rentgeno ir skraidančio zondo bandymus vidinėms jungtims ir elektros charakteristikoms nustatyti bei atlikti išsamią gatavų gaminių patikrą.

Laminavimo burbuliukai/atsisluoksniavimas, gręžimo netikslumas/nelygi anga, blogas komponentų sujungimas/trumpasis jungimas, prastas paviršiaus apdorojimas, matmenų nuokrypis ir kt.

Optimizuokite laminavimo temperatūros, slėgio ir laiko parametrus, iš anksto apdorokite lentas, kad pašalintumėte drėgmę ir priemaišas, ir vakuuminiu laminavimu pašalinkite orą.

Naudokite didelio tikslumo gręžimo įrangą parametrams valdyti, atlikite mikroėsdinimą ant skylių sienelių, kad pagerintumėte vario dangos sukibimą, ir nustatykite kokybę metalografiniu pjūviu.

Prieš įterpimą patikrinkite ir išbandykite komponentus, optimizuokite įterpimo procesus, kad užtikrintumėte tvirtus sujungimus, ir atlikite išsamius elektros bandymus bei patikimumo eksperimentus po pagaminimo.

Įtakoja medžiagų kaina (didelio našumo medžiagos yra brangesnės), proceso sudėtingumas (pvz., mikroperforacijos, komponentų įterpimas), gamybos kiekis ir patikrinimo kaina.

Ištirkite techninį pajėgumą (įrangą, procesus), kokybės kontrolės sistemas, gamybos atvejus, klientų atsiliepimus, kainas ir pristatymo laikus.

Įskaitant vizualinę apžiūrą, elektros bandymus (multimetru, osciloskopu, tinklo analizatoriumi), funkcinius bandymus, rentgeno spindulių patikrinimus, skraidančio zondo bandymus ir kt.

Naudokite IRT įrenginio vinių lovą, kad susisiektumėte su bandymo taškais ir aptiktumėte komponentų elektrinius parametrus, trumpuosius jungimus, nutrūkusias grandines, parametrų nuokrypius ir kt. Bandymo taškai turi būti rezervuoti projektuojant.

Imituoti realią darbo aplinką, išsamiai testuoti funkcijas, laikytis testų tvarkos nuo pagrindinių iki sudėtingų, registruoti ir analizuoti anomalijas.

Naudokite JTAG sąsają, kad valdytumėte lusto vidinių ribų nuskaitymo ląsteles, aptiktumėte kontaktų būsenas ir tarplušinius ryšius bei nustatytumėte atvirojo ir trumpojo jungimo gedimus.

Pirmiausia apžiūrėkite išvaizdą (sudegę komponentai, įtrūkę litavimo jungtys), tada atlikite elektros bandymus, kad susiaurintumėte gedimų diapazoną, išanalizuokite galimas jungtis pagal schemą ir pakeitimo metodu nustatykite gedimo vietą.

Santykinai didelis, nes komponentai yra vidiniuose sluoksniuose. Reikia atsargiai nuimti viršutinius sluoksnius, kad būtų atidengta gedimo vieta, po priežiūros pakartotinai laminuoti, kad būtų atkurtas vientisumas, ir vengti poveikio kitoms grandinėms.

Naudokite didelio tikslumo įrankius, tokius kaip mikrotaškinio suvirinimo įranga ir preciziniai pincetai. Iš anksto suplanuokite priežiūros schemą ir temperatūrai kontroliuoti naudokite lokalizuotą šildymą.

Atlikti elektros bandymus (signalo vientisumas, maitinimo vientisumas), funkcinius bandymus ir patikimumo bandymus (senėjimo, vibracijos).

Parengti bandymų planus, gedimų diagnostikos procedūras, techninės priežiūros operacijų specifikacijas ir kokybės tikrinimo procesus.

Testavimo įranga: multimetras, osciloskopas, tinklo analizatorius ir kt. Priežiūros įranga: mikrotaškinio suvirinimo įranga, karšto oro pistoletas ir kt.

Atsižvelkite į varžos tikslumą, galios įvertinimą ir temperatūros koeficientą. Pasirinkite rezistorius pagal grandinės reikalavimus.

Naudojamas filtravimui, atjungimui, energijos kaupimui, signalų sujungimui ir kt.

Nustatykite pagal darbinį dažnį, induktyvumą ir srovės talpą. Galios filtravimui atsižvelkite į pulsaciją ir apkrovos srovę.

Atsižvelkite į našumą, energijos suvartojimą, korpuso tipą, patikimumą ir gamintojo palaikymą.

Projektavimo metu suderinti elektrinius parametrus ir fizinius matmenis. Parinkti komponentus, suderinamus su plokščių medžiagomis ir procesais, ir atlikti modeliavimo patikrą.

Pasyviesiems komponentams kontroliuoti temperatūrą ir laiką, kad būtų išvengta šaltojo litavimo. Aktyviesiems komponentams naudoti didelio tikslumo įrangą (pvz., reflow litavimą), kad būtų užtikrintas patikimas sujungimas ir išvengta terminio pažeidimo.

Įvertinkite eksploatavimo laiką naudodami pagreitintus senėjimo bandymus, gamintojo duomenis ir ilgalaikį faktinių gedimų duomenų stebėjimą.

Varža: vertės pokytis / nutrūkusi grandinė. Kondensatorius: nuotekis / trumpasis jungimas. Induktorius: induktyvumo pokytis / apvijos trumpasis jungimas. Lustas: funkcinis gedimas / kontaktų gedimai.

Laikyti pagal kategorijas, apsaugant nuo drėgmės ir elektrostatinės iškrovos (ESD). Turėti inventorizacijos sistemą, kad būtų galima registruoti informaciją, reguliariai atlikti mėginių ėmimą ir pagrįstai kontroliuoti atsargų lygį.

Padidinkite takelių atstumą (≥3 × plotis), naudokite įžeminimo izoliaciją, optimizuokite maršruto topologiją ir suderinkite varžą.

Įveskite parazitinius parametrus, kurie gali sukelti nuostolius ir vėlavimą aukštuose dažniuose. Signalams, kurių dažnis didesnis nei 10 GHz, kiaurymių skersmuo turėtų būti mažesnis nei 0,3 mm.

Įrenkite ESD apsaugos įtaisus (pvz., TVS diodus), nustatykite ESD iškrovimo takus ir laikykite pagrindinius signalo pėdsakus ≥2 mm atstumu nuo plokštės kraštų.

Vidines litavimo jungtis patikrinkite rentgeno spinduliais. Jungties aukštis turėtų būti 0,4–0,6 mm, o tuštumų kiekis – ≤15 %.

ENIG aukšto dažnio ir tiksliam litavimui. OSP už mažą kainą (galioja 6–8 mėnesius). Panardinamasis alavas banginiam litavimui.

Tinkamai išdėstykite ekranavimo dangčius, kurių įžeminimo varža yra

Kiaurymių skersmuo 0,3–0,5 mm, tarpai ≤1 mm, ≥100 kiaurymių/cm², siekiant užtikrinti šilumos išsklaidymo efektyvumą.

DDR4 duomenų linijos: ilgio tolerancija ±5 mil. PCIe diferencialinės poros: ±2 mil.

Pridėkite atjungiamuosius kondensatorius (0,1 μF aukštam dažniui, 10 μF žemam dažniui). Maitinimo ir įžeminimo sluoksnių atstumą palaikykite

IPC standartas: ≤0,7 % bešviniams procesams, ≤0,5 % BGA zonose.

Naudokite dinaminį įtampos keitimą, išjunkite neveikos būsenos modulius ir pasirinkite žemo intelekto lustus (pvz., TI MSP430 seriją).

Sumažinkite signalo praradimą ir parazitinius parametrus, padidinkite maršrutizavimo tankį. Kaina 20–30 % didesnė nei kiauryminių angų.

Norėdami patikrinti minimalų pėdsako plotį / tarpus (≥6mil), kraštinių santykį (≤8:1) ir kt., naudokite CAM350 arba „Altium DFM“ įrankius.

Įprasti metodai: trijų sluoksnių impregnavimas (0,1–0,3 mm storio), nanodanga (

Naudokite išplėtimo konstrukciją, kad sumažintumėte BGA maršrutizavimo spaudimą. 4 sluoksnių plokštės patenkina 80 % įprastų poreikių; ≥6 sluoksniai skirti didelės spartos projektams.

Patikrinkite kontaktų švarą, litavimo pastos storį (0,12–0,15 mm) ir lydymosi temperatūrą (didžiausia 235–245 ℃).

Naudokite 500 V megommetrą. Izoliacijos varža turi būti ≥100 MΩ, esant ≤60 % drėgmei.

Naudokite galines rezistorius (pvz., DDR ODT funkciją) ir mažinkite varžą. Užtikrinkite, kad varžos pokytis būtų mažesnis nei 10 %.

1 uncijos vario (35 μm): ~1 A/mm laidininko plotis. 2 uncijos: ~1,5 A/mm (temperatūros kilimas

Juoda spalva padeda išsklaidyti šilumą, bet ją sunku patikrinti. Dažniausiai pasitaiko žalia. Balta spalva pasižymi dideliu atspindžiu (≈80 %).

Tipinis skersmuo: 0,4–0,8 mm. Žingsnis: 0,5–1,0 mm. 0,5 mm žingsniui reikalingi 0201 komponentai.

Naudokite modeliavimo programinę įrangą, tokią kaip ANSYS, pagrįstą CTE skirtumais (pvz., FR-4 15 ppm/℃, varis 17 ppm/℃).

Naudokite daugiapakopį filtravimą (π tipo grandines). Maitinimo linijų plotis ≥20 mil, kad sumažėtų kelio varža.

Skersmuo ≥0,6 mm, tarpai ≥1,27 mm. Paviršiaus apdaila ENIG, be litavimo kaukės.

Vienpusio signalo kilpos plotas

Impedansui apskaičiuoti naudokite SI9000, valdymo tolerancijai nustatykite ±10 %. Taikykite užbaigimo suderinimą ir topologijos optimizavimą.

Kontūras: ±0,1 mm. Skylės skersmuo: ±0,05 mm. V formos pjūvio gylis: 1/3–2/3 plokštės storio.

Naudokite suderinto ilgio serpantininius kabelius su įžeminimo ekranu. Laikykite atokiau nuo greitaeigių duomenų perdavimo linijų ir venkite sluoksnių susikirtimo.

Atlikite pagreitinto sendinimo bandymus (85 ℃ / 85 % santykinio oro drėgnumo, 1000 val.) ir vibracijos bandymus (5–500 Hz, 2G pagreitis).

Kontaktų dydis 0,1–0,2 mm didesnis nei komponentų laidų. SMD kontaktų plotis 1,2–1,5 × laidų plotis.

Padidinkite terminio vario plotą, naudokite terminius klijus (≥1 W/mK) ir atidarykite terminius kiaurymių lizdus po maitinimo komponentais.

Pagal IEC 61000-4-2: kontaktinis išlydis ±8 kV, oro išlydis ±15 kV, esant įprastam veikimui.

Įprastas storis 15–25 μm. Turi visiškai uždengti varį, kad būtų išvengta trumpųjų jungimų dėl atviro vario.

Derinkite interaktyvų ir automatinį maršrutizavimą. Nustatykite maršrutizavimo prioritetus, pirmiausia nukreipdami svarbiausius signalus.

Įkaitinimas: 120–150 ℃ (60–90 s). Pakartotinis lydymas: 217–230 ℃ (40–60 s). Aušinimo greitis: 3–6 ℃/s.

Vientaškis arba daugiataškis įžeminimas. Daugiataškis aukšto dažnio grandinėms (>10 MHz), kai įžeminimo varža

Atsižvelkite į srovės pajėgumą, kontaktinę varžą (

Lituotųjų jungčių stebėjimas metalografiniu pjūviu (metalografinis pjūvis), paviršiaus defektų aptikimas AOI metodu, elementų sudėties analizė rentgeno spindulių spektroskopija (XRF).

Tarpas 5mil, varža 100±10Ω, ilgių skirtumas