PCB Tertanam

PCB terbenam ialah papan litar dengan komponen elektronik (seperti cip, perintang dan kapasitor) yang terbenam terus dalam lapisan dalamannya, mengurangkan saiz dan meningkatkan prestasi.

PCB terbenam boleh menanam beberapa komponen untuk mengurangkan penghunian ruang dan memendekkan laluan isyarat; komponen pada PCB biasa kebanyakannya dipasang di permukaan.

Sesuai untuk senario dengan keperluan saiz dan prestasi yang tinggi, seperti telefon pintar, peranti boleh pakai, radar kenderaan dan peralatan aeroangkasa.

Analisis keperluan → reka bentuk skematik → perancangan susun atur (termasuk komponen terbenam) → reka bentuk penghalaan (fokus pada integriti isyarat) → semakan peraturan reka bentuk → output fail papan.

Pertimbangkan pemalar dielektrik, faktor kehilangan dan pekali pengembangan haba. Untuk aplikasi frekuensi tinggi, pilih bahan pemalar dielektrik rendah dan kehilangan rendah; untuk kestabilan haba yang tinggi, pilih bahan dengan pekali pengembangan haba yang rendah.

Susun atur komponen mengikut modul berfungsi untuk memendekkan laluan isyarat; menyebarkan komponen penjana haba untuk pelesapan haba; letakkan komponen sensitif jauh daripada sumber hingar; pertimbangkan kebolehlaksanaan proses.

Perintang dibuat dengan menambah bahan rintangan pada lapisan dielektrik; kapasitor menggunakan bahan dielektrik tinggi yang disalut pada kerajang atau substrat kuprum; induktor direalisasikan melalui gegelung lingkaran antara lapisan.

Pastikan sambungan elektrik yang andal, pertimbangkan pelesapan haba, kebolehujian dan kebolehpenyelenggaraan, serta patuhi garis panduan reka bentuk pengeluar cip.

Rancang kuasa dan lapisan tanah mengikut penggunaan kuasa, pastikan integriti satah kuasa, kurangkan rintangan dalaman dan penurunan voltan, dan sediakan bekalan kuasa yang stabil.

Kawal panjang jejak, tetapkan lebar dan jarak jejak secara munasabah untuk mengurangkan crosstalk, padankan impedans untuk isyarat berkelajuan tinggi dan kurangkan kesan parameter parasit melalui.

Bergantung pada bahan dan reka bentuk penghalaan, ia boleh mencapai beberapa Gbps atau lebih tinggi dengan reka bentuk yang betul, seperti lebih 10 Gbps dalam peranti komunikasi canggih.

Gunakan formula seperti formula garis mikrojalur (Z0 = (87/√(εr+1.41))×ln(5.98H/(0.8W+T))) atau formula garis jalur, atau gunakan perisian reka bentuk untuk pengiraan.

Dipengaruhi oleh kehilangan bahan (kehilangan dielektrik/konduktor), panjang surih, frekuensi isyarat, bilangan via dan ketidakpadanan impedans.

Asingkan susun atur litar analog dan digital, lindungi isyarat sensitif, pastikan integriti satah kuasa dan darat, gunakan litar penapis dan optimumkan jejak untuk mengurangkan luas gelung.

Sediakan satah pembumian yang besar, tingkatkan via pembumian, pendekkan laluan pembumian dan pilih pembumian titik tunggal/berbilang titik/hibrid mengikut frekuensi.

Menganalisis parameter seperti impedans rangkaian kuasa, susutan voltan dan pengagihan arus melalui perisian simulasi untuk menilai impak dan mengoptimumkan.

Keupayaan anti-gangguan yang kuat, menyekat gangguan mod biasa, meningkatkan kadar penghantaran dan kebolehpercayaan, dan memudahkan penghalaan berketumpatan tinggi.

Kekalkan padanan panjang (perbezaan ≤ 10% daripada jarak penghantaran yang sepadan dengan pinggir naik isyarat), lebar dan jarak surih yang seragam, kawalan impedans (cth., 100Ω), dan elakkan crosstalk.

Minimumkan saiz via, besarkan anti-pad, tambah via pembumian di sekeliling dan kawal nisbah aspek (≤6).

Lakukan analisis integriti isyarat, integriti kuasa dan simulasi EMI serta uji prototaip (contohnya, menggunakan penganalisis rangkaian dan osiloskop).

Ditentukan oleh ketinggian komponen, bilangan lapisan, kekuatan mekanikal dan senario aplikasi, seperti 0.5-1.5mm untuk PCB telefon bimbit dan 1.6-3.2mm untuk peralatan perindustrian.

Pertimbangkan pemasangan dengan komponen lain, kekuatan mekanikal, ruang pelesapan haba dan kesan pembenaman komponen terhadap prestasi mekanikal.

Susun atur komponen penjana haba secara munasabah, tambah saluran pelesapan haba (cth., lubang haba, kerajang kuprum), pilih bahan kekonduksian terma yang tinggi, tambah peranti pelesapan haba jika perlu dan optimumkan melalui simulasi terma.

Kaedah biasa termasuk pemasangan skru, pemasangan klip dan pemasangan kimpalan, masing-masing sesuai untuk senario penyelenggaraan tinggi, pemasangan mudah dan kestabilan tinggi.

Tingkatkan kekuatan mekanikal dengan meningkatkan ketebalan papan atau menambah pengaku, mengagihkan berat secara sekata, menggunakan bahan penyerap hentakan untuk penimbal dan mengukuhkan komponen utama.

Padankan selongsong peranti, elakkan tepi tajam, pertimbangkan proses pengeluaran (cth., pemotongan, pengecapan) dan reka bentuk struktur panduan pasang masuk.

Sapukan cat tiga kalis, gunakan penyambung kalis air, lakukan rawatan pengedap dan elakkan meletakkan komponen utama di kawasan yang mudah terkena air/habuk semasa susun atur.

Suhu tinggi boleh menyebabkan pengembangan papan dan hanyutan parameter komponen; suhu rendah boleh menyebabkan bahan rapuh. PCB gred industri berfungsi pada -40℃~85℃, dengan keperluan gred tentera yang lebih ketat.

Menganalisis ubah bentuk dan taburan tegasan melalui simulasi tegasan mekanikal, dan menjalankan ujian hentaman, getaran dan ujian penuaan jangka panjang.

Bahan yang berbeza mempunyai kekuatan mekanikal dan pekali pengembangan haba yang berbeza. Contohnya, FR-4 mempunyai prestasi komprehensif yang baik tetapi pekali pengembangan haba yang agak tinggi, manakala bahan polimida menawarkan kestabilan haba dan kekuatan mekanikal yang lebih baik.

PCB terbenam memerlukan proses tambahan untuk penyematan komponen, seperti fabrikasi struktur antara lapisan dan laminasi yang lebih tepat, dengan keperluan yang lebih tinggi untuk ketepatan penggerudian dan penyaduran.

Termasuk laminasi, pemprosesan mikro-via (apertur ≤50μm), pembenaman komponen dan rawatan permukaan (cth., penyaduran emas, penyemburan timah).

Tentukan toleransi yang tepat dalam reka bentuk, gunakan peralatan berketepatan tinggi (seperti mesin gerudi CNC), dan jalankan pemeriksaan dimensi yang ketat serta pelarasan proses dalam setiap prosedur.

Periksa bahan mentah (papan, komponen), pantau parameter laminasi/penggerudian/penyaduran, gunakan ujian sinar-X dan prob terbang untuk mengesan sambungan dalaman dan prestasi elektrik, dan jalankan pemeriksaan penuh produk siap.

Gelembung/delaminasi laminasi, salah jajaran penggerudian/apertur tidak sekata, sambungan komponen/litar pintas yang lemah, rawatan permukaan yang lemah, sisihan dimensi, dsb.

Optimumkan parameter suhu, tekanan dan masa laminasi, pra-rawatan papan untuk menghilangkan kelembapan dan kekotoran, dan gunakan laminasi vakum untuk mengeluarkan udara.

Gunakan peralatan penggerudian berketepatan tinggi untuk mengawal parameter, melakukan pengetsaan mikro pada dinding lubang untuk meningkatkan lekatan penyaduran tembaga, dan mengesan kualiti melalui pemotongan metalografi.

Saring dan uji komponen sebelum penyematan, optimumkan proses penyematan untuk memastikan sambungan yang kukuh, dan jalankan ujian elektrik dan eksperimen kebolehpercayaan yang komprehensif selepas pembuatan.

Dipengaruhi oleh kos bahan (bahan berprestasi tinggi lebih mahal), kerumitan proses (cth., mikro-via, penyematan komponen), kuantiti pengeluaran dan kos pemeriksaan.

Menyiasat kekuatan teknikal (peralatan, proses), sistem kawalan kualiti, kes pengeluaran, ulasan pelanggan, sebut harga dan masa penghantaran.

Termasuk pemeriksaan visual, ujian elektrik (multimeter, osiloskop, penganalisis rangkaian), ujian fungsian, pemeriksaan sinar-X, ujian prob terbang, dsb.

Gunakan lapisan paku peranti ICT untuk menghubungi titik ujian dan mengesan parameter elektrik komponen, litar pintas, litar terbuka, sisihan parameter, dsb. Titik ujian perlu dikhaskan dalam reka bentuk.

Simulasikan persekitaran kerja sebenar, uji fungsi secara komprehensif, ikuti susunan ujian asas hingga kompleks, dan rekod serta analisis anomali.

Gunakan antara muka JTAG untuk mengendalikan sel imbasan sempadan dalaman cip, mengesan keadaan pin dan sambungan antara cip serta mengenal pasti kerosakan litar terbuka dan litar pintas.

Mula-mula perhatikan rupa (komponen terbakar, sambungan pateri retak), kemudian lakukan ujian elektrik untuk mengecilkan julat kerosakan, analisis kemungkinan pautan berdasarkan skema dan gunakan kaedah penggantian untuk menentukan titik kerosakan.

Agak tinggi, kerana komponen berada dalam lapisan dalam. Ia memerlukan penyingkiran lapisan atas dengan berhati-hati untuk mendedahkan titik kerosakan, melapis semula untuk memulihkan integriti selepas penyelenggaraan dan mengelakkan hentaman pada litar lain.

Gunakan alat berketepatan tinggi seperti peralatan kimpalan mikro-titik dan pinset ketepatan. Rancang skim penyelenggaraan terlebih dahulu dan gunakan pemanasan setempat untuk mengawal suhu.

Menjalankan ujian elektrik (integriti isyarat, integriti kuasa), ujian fungsi dan ujian kebolehpercayaan (penuaan, getaran).

Membangunkan pelan ujian, prosedur diagnosis kerosakan, spesifikasi operasi penyelenggaraan dan proses pengesahan kualiti.

Peralatan pengujian: multimeter, osiloskop, penganalisis rangkaian, dsb. Peralatan penyelenggaraan: peralatan kimpalan mikro-titik, pistol udara panas, dsb.

Pertimbangkan ketepatan rintangan, penarafan kuasa dan pekali suhu. Pilih perintang berdasarkan keperluan litar.

Digunakan untuk penapisan, penyahgandingan, penyimpanan tenaga, gandingan isyarat, dsb.

Tentukan berdasarkan frekuensi operasi, induktans dan kapasiti arus. Untuk penapisan kuasa, pertimbangkan arus riak dan beban.

Pertimbangkan prestasi, penggunaan kuasa, jenis pakej, kebolehpercayaan dan sokongan pengeluar.

Padankan parameter elektrik dan dimensi fizikal semasa reka bentuk. Pilih komponen yang serasi dengan bahan dan proses papan, dan jalankan pengesahan simulasi.

Untuk komponen pasif, kawal suhu dan masa untuk mengelakkan pematerian sejuk. Untuk komponen aktif, gunakan peralatan berketepatan tinggi (cth., pematerian aliran semula) untuk memastikan sambungan yang andal dan mencegah kerosakan haba.

Anggarkan jangka hayat melalui ujian penuaan dipercepatkan, data pengilang dan pemantauan jangka panjang data kegagalan sebenar.

Rintangan: nilai hanyutan/litar terbuka. Kapasitor: kebocoran/litar pintas. Induktor: perubahan induktans/pintasan belitan. Cip: kegagalan fungsi/kerosakan pin.

Simpan mengikut kategori dengan perlindungan kelembapan dan ESD. Kekalkan sistem inventori untuk merekodkan maklumat, menjalankan persampelan secara berkala dan mengawal tahap stok secara munasabah.

Tingkatkan jarak surih (≥3×lebar), gunakan pengasingan bumi, optimumkan topologi penghalaan dan impedans padanan.

Memperkenalkan parameter parasit, yang mungkin menyebabkan kehilangan dan kelewatan pada frekuensi tinggi. Via untuk isyarat melebihi 10GHz hendaklah mempunyai diameter

Tambahkan peranti perlindungan ESD (cth., diod TVS), sediakan laluan nyahcas ESD dan pastikan jejak isyarat utama ≥2mm dari tepi papan.

Gunakan sinar-X untuk memeriksa sambungan pateri dalaman. Ketinggian sambungan hendaklah 0.4-0.6mm, dengan kadar lompang ≤15%.

ENIG untuk pematerian frekuensi tinggi dan ketepatan. OSP untuk kos rendah (sah laku 6-8 bulan). Tin rendam untuk pematerian gelombang.

Susun atur penutup perisai dengan impedans pembumian

Diameter melalui 0.3-0.5mm, jarak ≤1mm, ≥100 melalui/cm² untuk memastikan kecekapan pelesapan haba.

Talian data DDR4: toleransi panjang ±5mil. Pasangan pembezaan PCIe: ±2mil.

Tambah kapasitor penyahgandingan (0.1μF untuk frekuensi tinggi, 10μF untuk frekuensi rendah). Kekalkan jarak lapisan kuasa/pembumian

Piawaian IPC: ≤0.7% untuk proses bebas plumbum, ≤0.5% di kawasan BGA.

Gunakan penskalaan voltan dinamik, matikan modul melahu dan pilih cip IQ rendah (cth., siri TI MSP430).

Kurangkan kehilangan isyarat dan parameter parasit, tingkatkan ketumpatan penghalaan. Kos 20%-30% lebih tinggi daripada via melalui lubang.

Gunakan alat CAM350 atau Altium DFM untuk menyemak lebar/jarak jejak minimum (≥6mil), nisbah aspek (≤8:1), dsb.

Kaedah biasa: cat tiga-kalis (ketebalan 0.1-0.3mm), salutan nano (

Gunakan reka bentuk kipas keluar untuk mengurangkan tekanan penghalaan BGA. Papan 4 lapisan memenuhi 80% keperluan biasa; ≥6 lapisan untuk reka bentuk berkelajuan tinggi.

Periksa kebersihan pad, ketebalan pes pateri (0.12-0.15mm), dan suhu aliran semula (puncak 235-245℃).

Gunakan megohmmeter 500V. Rintangan penebat hendaklah ≥100MΩ pada kelembapan ≤60%.

Gunakan perintang penamatan (cth., fungsi DDR ODT) dan penyaringan impedans. Pastikan variasi impedans

1oz kuprum (35μm): lebar jejak ~1A/mm. 2oz: ~1.5A/mm (kenaikan suhu

Hitam membantu pelesapan haba tetapi sukar untuk diperiksa. Hijau adalah yang paling biasa. Putih mempunyai kebolehpantulan yang tinggi (≈80%).

Diameter tipikal: 0.4-0.8mm. Pic: 0.5-1.0mm. Pic 0.5mm memerlukan komponen 0201.

Gunakan perisian simulasi seperti ANSYS, berdasarkan perbezaan CTE (contohnya, FR-4 15ppm/℃, kuprum 17ppm/℃).

Gunakan penapisan berbilang peringkat (litar jenis π). Jejak kuasa ≥20mil lebar untuk mengurangkan impedans laluan.

Diameter ≥0.6mm, jarak ≥1.27mm. Kemasan permukaan ENIG, tiada liputan topeng pateri.

Kawasan gelung isyarat hujung tunggal

Gunakan SI9000 untuk mengira impedans, toleransi kawalan ±10%. Gunakan padanan penamatan dan pengoptimuman topologi.

Garis besar: ±0.1mm. Diameter lubang: ±0.05mm. Kedalaman Potongan-V: 1/3-2/3 ketebalan papan.

Gunakan jejak yang dipadankan dengan panjang serpentin dengan pelindung tanah. Jauhkan daripada talian data berkelajuan tinggi dan elakkan persilangan lapisan.

Jalankan ujian penuaan dipercepat (85℃/85%RH, 1000j) dan ujian getaran (5-500Hz, pecutan 2G).

Saiz pad 0.1-0.2mm lebih besar daripada wayar komponen. Lebar pad SMD 1.2-1.5× lebar wayar.

Tingkatkan luas kuprum terma, gunakan pelekat terma (≥1W/mK), dan buka vias terma di bawah komponen kuasa.

Menurut IEC 61000-4-2: nyahcas sentuh ±8kV, nyahcas udara ±15kV, dengan fungsi normal.

Ketebalan tipikal 15-25μm. Mesti menutup sepenuhnya kuprum untuk mengelakkan litar pintas daripada kuprum yang terdedah.

Gabungkan penghalaan interaktif dan penghalaan automatik. Tetapkan keutamaan penghalaan, dengan isyarat kritikal dihalakan dahulu.

Panaskan terlebih dahulu: 120-150℃ (60-90s). Aliran semula: 217-230℃ (40-60s). Kadar penyejukan: 3-6℃/s.

Pembumian titik tunggal atau berbilang titik. Berbilang titik untuk litar frekuensi tinggi (>10MHz), dengan rintangan pembumian

Pertimbangkan kapasiti arus, rintangan sentuhan (

Perhatikan sambungan pateri melalui keratan metalografi (pemotongan metalografi), kesan kecacatan permukaan dengan AOI, analisis komposisi unsur dengan XRF.

Jarak 5mil, impedans 100±10Ω, perbezaan panjang