PCB încorporat

Un PCB încorporat este o placă de circuit cu componente electronice (cum ar fi cipuri, rezistențe și condensatoare) încorporate direct în straturile sale interioare, reducând dimensiunea și îmbunătățind performanța.

PCB-urile încorporate pot îngropa unele componente pentru a reduce ocuparea spațiului și a scurta căile de semnal; componentele de pe PCB-urile obișnuite sunt în mare parte montate la suprafață.

Potrivit pentru scenarii cu cerințe ridicate de dimensiune și performanță, cum ar fi smartphone-uri, dispozitive portabile, radare pentru vehicule și echipamente aerospațiale.

Analiza cerințelor → proiectare schemă → planificare layout (inclusiv componente încorporate) → proiectare rutare (concentrare pe integritatea semnalului) → verificare reguli de proiectare → ieșire fișier placă.

Luați în considerare constanta dielectrică, factorul de pierdere și coeficientul de dilatare termică. Pentru aplicații de înaltă frecvență, alegeți materiale cu constantă dielectrică scăzută și pierderi reduse; pentru o stabilitate termică ridicată, alegeți materiale cu coeficienți de dilatare termică reduși.

Aranjați componentele pe module funcționale pentru a scurta căile de semnal; dispersați componentele generatoare de căldură pentru disiparea căldurii; amplasați componentele sensibile departe de sursele de zgomot; luați în considerare fezabilitatea procesului.

Rezistoarele sunt fabricate prin adăugarea de materiale rezistive la stratul dielectric; condensatoarele utilizează materiale cu dielectricitate ridicată acoperite pe folie sau substraturi de cupru; inductoarele sunt realizate prin bobine spiralate între straturi.

Asigurați conexiuni electrice fiabile, luați în considerare disiparea căldurii, testabilitatea și mentenabilitatea și urmați instrucțiunile de proiectare ale producătorilor de cipuri.

Planificați straturile de alimentare și de împământare în funcție de consumul de energie, asigurați integritatea planului de alimentare, reduceți rezistența internă și căderea de tensiune și asigurați o sursă de alimentare stabilă.

Controlați lungimea urmei, setați lățimea și spațierea urmei în mod rezonabil pentru a reduce diafonia, adaptați impedanța pentru semnale de mare viteză și reduceți impactul parametrilor paraziți de via.

În funcție de materiale și de designul rutării, poate atinge câțiva Gbps sau mai mult cu un design adecvat, cum ar fi peste 10 Gbps în dispozitivele de comunicații de înaltă performanță.

Folosește formule precum formula liniei microstrip (Z0 = (87/√(εr+1.41))×ln(5.98H/(0.8W+T))) sau formulele liniei strip sau folosește software de proiectare pentru calcul.

Afectat de pierderea de material (pierdere dielectrică/conductor), lungimea urmei, frecvența semnalului, numărul de via-uri și nepotrivirea impedanței.

Separați configurațiile circuitelor analogice de cele digitale, ecranați semnalele sensibile, asigurați integritatea planurilor de alimentare și de masă, utilizați circuite de filtrare și optimizați traseele pentru a reduce aria buclei.

Configurați planuri de împământare mari, măriți canalele de împământare, scurtați căile de împământare și alegeți împământarea într-un singur punct/mai multe puncte/hibridă în funcție de frecvență.

Analizați parametri precum impedanța rețelei electrice, căderea de tensiune și distribuția curentului prin intermediul unui software de simulare pentru a evalua impactul și a optimiza.

Capacitate puternică anti-interferențe, suprimă interferențele de mod comun, îmbunătățește rata de transmisie și fiabilitatea și facilitează rutarea de înaltă densitate.

Mențineți potrivirea lungimii (diferența ≤ 10% din distanța de transmisie corespunzătoare frontului de creștere a semnalului), lățimea și spațierea uniforme ale traseului, controlați impedanța (de exemplu, 100 Ω) și evitați diafonia.

Minimizează dimensiunea via, mărește anti-pad-ul, adaugă via de împământare în jur și controlează raportul de aspect (≤6).

Efectuați analize de simulare a integrității semnalului, integrității puterii și EMI și testați prototipuri (de exemplu, utilizând analizoare de rețea și osciloscoape).

Determinat de înălțimea componentei, numărul de straturi, rezistența mecanică și scenariile de aplicare, cum ar fi 0,5-1,5 mm pentru PCB-urile telefoanelor mobile și 1,6-3,2 mm pentru echipamentele industriale.

Luați în considerare asamblarea cu alte componente, rezistența mecanică, spațiul de disipare a căldurii și impactul încorporării componentelor asupra performanței mecanice.

Aranjați rezonabil componentele generatoare de căldură, adăugați canale de disipare a căldurii (de exemplu, găuri de încălzire, folie de cupru), selectați materiale cu conductivitate termică ridicată, adăugați dispozitive de disipare a căldurii, dacă este necesar, și optimizați prin simulare termică.

Metodele comune includ fixarea cu șuruburi, fixarea cu cleme și fixarea prin sudură, potrivite pentru scenarii care necesită întreținere ridicată, instalare convenabilă și, respectiv, stabilitate ridicată.

Îmbunătățiți rezistența mecanică prin creșterea grosimii plăcii sau adăugarea de elemente de rigidizare, distribuiți uniform greutatea, utilizați materiale care absorb șocurile pentru amortizare și consolidați componentele cheie.

Potriviți carcasa dispozitivului, evitați muchiile ascuțite, luați în considerare procesele de producție (de exemplu, tăierea, ștanțarea) și proiectați structurile de ghidare pentru conectare.

Aplicați vopsea cu triplă hidroizolație, utilizați conectori impermeabili, efectuați un tratament de etanșare și evitați amplasarea componentelor cheie în zone predispuse la apă/praf în timpul proiectării.

Temperaturile ridicate pot cauza dilatarea plăcii și abaterea parametrilor componentelor; temperaturile scăzute pot face materialele fragile. PCB-urile de calitate industrială funcționează la -40℃~85℃, cu cerințe mai stricte pentru standarde militare.

Analizați deformarea și distribuția stresului prin simularea stresului mecanic și efectuați teste de impact, vibrații și teste de îmbătrânire pe termen lung.

Diferite materiale au rezistențe mecanice și coeficienți de dilatare termică diferiți. De exemplu, FR-4 are performanțe generale bune, dar un coeficient de dilatare termică relativ ridicat, în timp ce materialele poliimidice oferă o stabilitate termică și o rezistență mecanică mai bune.

PCB-urile încorporate necesită procese suplimentare pentru încorporarea componentelor, cum ar fi fabricarea structurii interstraturilor și o laminare mai precisă, cu cerințe mai mari pentru precizia de găurire și placare.

Inclusiv laminare, procesare micro-via (diafragmă ≤50μm), încorporare componente și tratament de suprafață (de exemplu, placare cu aur, pulverizare cu staniu).

Specificați toleranțe precise în proiectare, utilizați echipamente de înaltă precizie (cum ar fi mașini de găurit CNC) și efectuați inspecții dimensionale stricte și ajustări de proces în fiecare procedură.

Inspectați materiile prime (plăci, componente), monitorizați parametrii de laminare/găurire/placare, utilizați teste cu raze X și cu sondă mobilă pentru a detecta conexiunile interne și performanța electrică și efectuați inspecția completă a produselor finite.

Bule/delaminare de laminare, nealiniere a găuririi/diafragmă neuniformă, conectare slabă a componentelor/scurtcircuit, tratament de suprafață deficitar, abatere dimensională etc.

Optimizați parametrii de temperatură, presiune și timp de laminare, pretratați plăcile pentru a îndepărta umezeala și impuritățile și utilizați laminarea în vid pentru a elimina aerul.

Folosiți echipamente de găurire de înaltă precizie pentru a controla parametrii, a efectua microgravări pe pereții găurilor pentru a îmbunătăți aderența cuprării și a detecta calitatea prin secționare metalografică.

Verificați și testați componentele înainte de încorporare, optimizați procesele de încorporare pentru a asigura conexiuni ferme și efectuați teste electrice complete și experimente de fiabilitate după fabricație.

Influențat de costul materialelor (materialele de înaltă performanță sunt mai scumpe), complexitatea procesului (de exemplu, micro-via-uri, încorporarea componentelor), cantitatea de producție și costul inspecției.

Investigați punctele forte tehnice (echipamente, procese), sistemele de control al calității, cazurile de producție, recenziile clienților, ofertele și termenele de livrare.

Inclusiv inspecție vizuală, testare electrică (multimetru, osciloscop, analizor de rețea), testare funcțională, inspecție cu raze X, testare sondă volantă etc.

Folosește un pat de cuie al unui dispozitiv ICT pentru a contacta punctele de testare și a detecta parametrii electrici ai componentelor, scurtcircuite, circuite deschise, abateri ale parametrilor etc. Punctele de testare trebuie rezervate în proiectare.

Simulați mediul de lucru real, testați complet funcțiile, urmați ordinea testelor de la cele de bază la cele complexe și înregistrați și analizați anomaliile.

Folosește interfața JTAG pentru a opera celulele de scanare a limitelor interne ale cipului, a detecta stările pinilor și conexiunile inter-cip și a identifica defectele de circuit deschis și scurtcircuit.

Mai întâi observați aspectul (componente arse, îmbinări de lipire crăpate), apoi efectuați teste electrice pentru a restrânge intervalul de defecțiuni, analizați posibilele legături pe baza schemei și utilizați metoda de substituție pentru a determina punctul de defect.

Relativ ridicat, deoarece componentele se află în straturile interioare. Necesită îndepărtarea cu grijă a straturilor superioare pentru a expune punctul de defect, re-laminarea pentru a restabili integritatea după întreținere și evitarea impactului asupra altor circuite.

Folosiți unelte de înaltă precizie, cum ar fi echipamente de sudură în micropuncte și pensete de precizie. Planificați schema de întreținere în avans și utilizați încălzire localizată pentru a controla temperatura.

Efectuați teste electrice (integritatea semnalului, integritatea alimentării), teste funcționale și teste de fiabilitate (îmbătrânire, vibrații).

Elaborați planuri de testare, proceduri de diagnosticare a defecțiunilor, specificații pentru operațiunile de întreținere și procese de verificare a calității.

Echipamente de testare: multimetru, osciloscop, analizor de rețea etc. Echipamente de întreținere: echipament de sudură în micropuncte, pistol cu ​​aer cald etc.

Luați în considerare precizia rezistenței, puterea nominală și coeficientul de temperatură. Selectați rezistențele în funcție de cerințele circuitului.

Folosit pentru filtrare, decuplare, stocare de energie, cuplare semnal etc.

Determinați în funcție de frecvența de funcționare, inductanță și capacitatea de curent. Pentru filtrarea puterii, luați în considerare ondulația și curentul de sarcină.

Luați în considerare performanța, consumul de energie, tipul de pachet, fiabilitatea și asistența producătorului.

Potriviți parametrii electrici și dimensiunile fizice în timpul proiectării. Selectați componente compatibile cu materialele și procesele plăcii și efectuați verificarea prin simulare.

Pentru componentele pasive, controlați temperatura și timpul pentru a preveni lipirea la rece. Pentru componentele active, utilizați echipamente de înaltă precizie (de exemplu, lipire prin reflow) pentru a asigura conexiuni fiabile și a preveni deteriorarea termică.

Estimați durata de viață prin teste accelerate de îmbătrânire, date de la producător și monitorizare pe termen lung a datelor reale privind defecțiunile.

Rezistență: abatere de valoare/circuit deschis. Condensator: scurgere/scurtcircuit. Inductor: modificare inductanță/scurtcircuit la înfășurare. Cip: defecțiune funcțională/defecțiuni la pin.

Depozitați pe categorii, cu protecție împotriva umidității și ESD. Mențineți un sistem de inventariere pentru a înregistra informațiile, a efectua eșantionări regulate și a controla nivelurile stocurilor în mod rezonabil.

Măriți distanța dintre trasee (≥3×lățime), utilizați izolarea la masă, optimizați topologia de rutare și potriviți impedanța.

Introduceți parametri paraziți, putând cauza pierderi și întârzieri la frecvențe înalte. Conexiunile pentru semnale peste 10 GHz ar trebui să aibă un diametru

Adăugați dispozitive de protecție ESD (de exemplu, diode TVS), configurați căi de descărcare ESD și păstrați traseele semnalelor cheie la o distanță ≥2 mm de marginile plăcii.

Inspectarea internă a îmbinărilor lipite se face cu raze X. Înălțimea îmbinării trebuie să fie de 0,4-0,6 mm, cu o rată de golire ≤15%.

ENIG pentru lipire de înaltă frecvență și precizie. OSP pentru cost redus (valabilitate 6-8 luni). Staniu de imersie pentru lipire în undă.

Amplasați corect capacele de ecranare cu o impedanță de împământare

Diametrul via 0,3-0,5 mm, spațiere ≤1 mm, ≥100 vias/cm² pentru a asigura eficiența disipării căldurii.

Linii de date DDR4: toleranță lungime ±5 mil. Perechi diferențiale PCIe: ±2 mil.

Adăugați condensatoare de decuplare (0,1 μF pentru frecvență înaltă, 10 μF pentru frecvență joasă). Mențineți distanța dintre straturile de putere/masă

Standard IPC: ≤0,7% pentru procese fără plumb, ≤0,5% în zonele BGA.

Folosește scalarea dinamică a tensiunii, oprește modulele inactive și selectează cipuri cu IQ scăzut (de exemplu, seria TI MSP430).

Reduce pierderile de semnal și parametrii paraziți, crește densitatea de rutare. Costă cu 20%-30% mai mare decât via-urile through-hole.

Folosiți instrumente CAM350 sau Altium DFM pentru a verifica lățimea/spațierea minimă a urmei (≥6mil), raportul de aspect (≤8:1) etc.

Metode comune: vopsea triplă (grosime 0,1-0,3 mm), nano-acoperire (

Folosește designul fan-out pentru a reduce presiunea de rutare BGA. Plăcile cu 4 straturi satisfac 80% din nevoile obișnuite; ≥6 straturi pentru designuri de mare viteză.

Verificați curățenia pad-ului, grosimea pastei de lipit (0,12-0,15 mm) și temperatura de reflow (vârf 235-245 ℃).

Folosiți un megaohmmetru de 500 V. Rezistența de izolație trebuie să fie ≥100 MΩ la o umiditate ≤60%.

Folosiți rezistențe terminale (de exemplu, funcție DDR ODT) și reducerea treptată a impedanței. Asigurați o variație a impedanței

28,5 g cupru (35 μm): ~1 A/mm lățime urme. 59,5 g: ~1,5 A/mm (creștere de temperatură

Negrul ajută la disiparea căldurii, dar este greu de inspectat. Verdele este cel mai comun. Albul are o reflectivitate ridicată (≈80%).

Diametru tipic: 0,4-0,8 mm. Pas: 0,5-1,0 mm. Pasul de 0,5 mm necesită componente 0201.

Se utilizează un software de simulare precum ANSYS, bazat pe diferențele CTE (de exemplu, FR-4 15ppm/℃, cupru 17ppm/℃).

Folosiți filtrare în mai multe etape (circuite de tip π). Trasee de putere cu lățime ≥20 mil pentru a reduce impedanța traseului.

Diametru ≥0,6 mm, spațiu ≥1,27 mm. Finisaj suprafață ENIG, fără mască de lipire.

Suprafața buclei de semnal cu un singur capăt

Folosește SI9000 pentru a calcula impedanța, controlează toleranța de ±10%. Aplică adaptarea la terminare și optimizarea topologiei.

Contur: ±0,1 mm. Diametrul găurii: ±0,05 mm. Adâncime de tăiere în V: 1/3-2/3 din grosimea plăcii.

Folosiți fire serpentine cu lungime potrivită, cu ecranare la masă. Evitați liniile de date de mare viteză și evitați traversarea straturilor.

Efectuați teste de îmbătrânire accelerată (85℃/85%RH, 1000h) și teste de vibrații (5-500Hz, accelerație 2G).

Dimensiunea pad-ului este cu 0,1-0,2 mm mai mare decât cea a cablurilor componentelor. Lățimea pad-ului SMD este de 1,2-1,5 × lățimea cablului.

Măriți suprafața cuprului termic, utilizați adeziv termic (≥1W/mK) și deschideți fire termice de sub componentele de alimentare.

Conform IEC 61000-4-2: descărcare de contact ±8kV, descărcare în aer ±15kV, cu funcționare normală.

Grosime tipică 15-25 μm. Trebuie să acopere complet cuprul pentru a preveni scurtcircuitele cauzate de cuprul expus.

Combină interactivitatea cu rutarea automată. Stabilește prioritățile de rutare, semnalele critice fiind rutate primele.

Preîncălzire: 120-150℃ (60-90s). Reflux: 217-230℃ (40-60s). Rată de răcire: 3-6℃/s.

Împământare într-un singur punct sau în mai multe puncte. Împământare multipunctă pentru circuite de înaltă frecvență (>10 MHz), cu rezistență de împământare

Luați în considerare capacitatea de curent, rezistența de contact (

Observarea îmbinărilor de lipit prin secțiune metalografică (secționare metalografică), detectarea defectelor de suprafață cu AOI, analizarea compoziției elementelor cu XRF.

Spațiere 5mil, impedanță 100±10Ω, diferență de lungime