PCB i integruar

Një PCB e integruar është një qark i tipit PCB me komponentë elektronikë (si çipa, rezistorë dhe kondensatorë) të integruar direkt në shtresat e saj të brendshme, duke zvogëluar madhësinë dhe duke përmirësuar performancën.

PCB-të e integruara mund të fshehin disa komponentë për të zvogëluar zënien e hapësirës dhe për të shkurtuar shtigjet e sinjalit; komponentët në PCB-të e zakonshme janë kryesisht të montuara në sipërfaqe.

I përshtatshëm për skenarë me kërkesa të larta për madhësinë dhe performancën, siç janë telefonat inteligjentë, pajisjet e veshshme, radarët e automjeteve dhe pajisjet hapësinore.

Analiza e kërkesave → dizajni skematik → planifikimi i paraqitjes (duke përfshirë komponentët e integruar) → dizajni i rrugëzimit (fokusi në integritetin e sinjalit) → kontrolli i rregullave të dizajnit → dalja e skedarit të bordit.

Merrni në konsideratë konstanten dielektrike, faktorin e humbjeve dhe koeficientin e zgjerimit termik. Për aplikime me frekuencë të lartë, zgjidhni materiale me konstante dielektrike të ulët dhe humbje të ulëta; për stabilitet të lartë termik, zgjidhni materiale me koeficientë të ulët të zgjerimit termik.

Vendosni komponentët sipas moduleve funksionale për të shkurtuar shtigjet e sinjalit; shpërndani komponentët që gjenerojnë nxehtësi për shpërndarjen e nxehtësisë; vendosni komponentët e ndjeshëm larg burimeve të zhurmës; merrni në konsideratë fizibilitetin e procesit.

Rezistorët bëhen duke shtuar materiale rezistente në shtresën dielektrike; kondensatorët përdorin materiale me dielektrike të lartë të veshura me fletë bakri ose substrate; induktorët realizohen përmes spiraleve midis shtresave.

Siguroni lidhje elektrike të besueshme, merrni parasysh shpërndarjen e nxehtësisë, testueshmërinë dhe mirëmbajtjen, dhe ndiqni udhëzimet e projektimit të prodhuesve të çipave.

Planifikoni shtresat e energjisë dhe të tokëzimit sipas konsumit të energjisë, siguroni integritetin e planit të energjisë, zvogëloni rezistencën e brendshme dhe rënien e tensionit dhe siguroni një furnizim të qëndrueshëm me energji.

Kontrolloni gjatësinë e gjurmës, caktoni gjerësinë dhe hapësirën e gjurmës në mënyrë të arsyeshme për të zvogëluar bisedat e kryqëzuara, përputhni impedancën për sinjalet me shpejtësi të lartë dhe zvogëloni ndikimin e parametrave parazitarë nëpërmjet rrjetit.

Në varësi të materialeve dhe dizajnit të rrugëzimit, mund të arrijë disa Gbps ose më shumë me dizajn të duhur, siç janë mbi 10 Gbps në pajisjet e komunikimit të nivelit të lartë.

Përdorni formula si formula e vijës së mikroshiritit (Z0 = (87/√(εr+1.41))×ln(5.98H/(0.8W+T))) ose formulat e vijës së shiritit, ose përdorni softuer projektimi për llogaritje.

Ndikohet nga humbja e materialit (humbja e dielektrikut/përçuesit), gjatësia e gjurmës, frekuenca e sinjalit, numri i via-ve dhe mospërputhja e impedancës.

Ndani paraqitjet e qarqeve analoge dhe dixhitale, mbroni sinjalet e ndjeshme, siguroni integritetin e planeve të energjisë dhe tokëzimit, përdorni qarqe filtri dhe optimizoni gjurmët për të zvogëluar sipërfaqen e lakut.

Vendosni plane të mëdha tokëzimi, rrisni kalimet e tokëzimit, shkurtoni shtigjet e tokëzimit dhe zgjidhni tokëzim me një pikë/shumë pika/hibrid sipas frekuencës.

Analizoni parametra të tillë si impedanca e rrjetit të energjisë, rënia e tensionit dhe shpërndarja e rrymës përmes softuerit të simulimit për të vlerësuar ndikimet dhe për të optimizuar.

Aftësi e fortë kundër ndërhyrjes, shtyp ndërhyrjen në modalitetin e zakonshëm, përmirëson shkallën dhe besueshmërinë e transmetimit dhe lehtëson rrugëzimin me dendësi të lartë.

Ruani përputhjen e gjatësisë (ndryshimi ≤ 10% e distancës së transmetimit që korrespondon me skajin e ngritjes së sinjalit), gjerësinë dhe hapësirën uniforme të gjurmës, impedancën e kontrollit (p.sh., 100Ω) dhe shmangni bisedat e kryqëzuara.

Minimizo madhësinë e via-s, rrit anti-jastëkun, shto via tokëzimi përreth dhe kontrollo raportin e aspektit (≤6).

Kryeni analiza të integritetit të sinjalit, integritetit të fuqisë dhe simulimit të EMI-ve, dhe testoni prototipa (p.sh., duke përdorur analizues rrjeti dhe osciloskopë).

Përcaktohet nga lartësia e komponentëve, numri i shtresave, forca mekanike dhe skenarët e aplikimit, të tilla si 0.5-1.5 mm për PCB-të e telefonave celularë dhe 1.6-3.2 mm për pajisjet industriale.

Merrni parasysh montimin me komponentë të tjerë, forcën mekanike, hapësirën e shpërndarjes së nxehtësisë dhe ndikimin e ngulitjes së komponentëve në performancën mekanike.

Planifikoni në mënyrë të arsyeshme komponentët që gjenerojnë nxehtësi, shtoni kanale për shpërndarjen e nxehtësisë (p.sh., vrima nxehtësie, fletë metalike bakri), zgjidhni materiale me përçueshmëri të lartë termike, shtoni pajisje për shpërndarjen e nxehtësisë nëse është e nevojshme dhe optimizojini ato nëpërmjet simulimit termik.

Metodat e zakonshme përfshijnë fiksimin me vida, fiksimin me kapëse dhe fiksimin me saldim, të përshtatshme përkatësisht për skenarë me mirëmbajtje të lartë, instalim të përshtatshëm dhe stabilitet të lartë.

Përmirësoni rezistencën mekanike duke rritur trashësinë e dërrasës ose duke shtuar elementë ngurtësues, shpërndani në mënyrë të barabartë peshën, përdorni materiale thithëse të goditjeve për tampon dhe përforconi komponentët kryesorë.

Përshtatni kornizën e pajisjes, shmangni skajet e mprehta, merrni në konsideratë proceset e prodhimit (p.sh., prerja, stampimi) dhe projektoni strukturat udhëzuese me prizë.

Aplikoni bojë me tre shtresa izoluese, përdorni lidhës të papërshkueshëm nga uji, kryeni trajtim izolues dhe shmangni vendosjen e komponentëve kryesorë në zona të prirura ndaj ujit/pluhurit gjatë projektimit.

Temperaturat e larta mund të shkaktojnë zgjerimin e pllakës dhe zhvendosjen e parametrave të komponentëve; temperaturat e ulëta mund t'i bëjnë materialet të brishta. PCB-të e gradës industriale funksionojnë në -40℃~85℃, me kërkesa më të rrepta të gradës ushtarake.

Analizoni deformimin dhe shpërndarjen e stresit përmes simulimit të stresit mekanik dhe kryeni teste të ndikimit, dridhjeve dhe teste të plakjes afatgjatë.

Materialet e ndryshme kanë forca mekanike dhe koeficientë të ndryshëm të zgjerimit termik. Për shembull, FR-4 ka performancë të mirë gjithëpërfshirëse, por një koeficient relativisht të lartë të zgjerimit termik, ndërsa materialet poliimide ofrojnë stabilitet termik dhe forcë mekanike më të mirë.

PCB-të e ngulitura kërkojnë procese shtesë për ngulitjen e komponentëve, të tilla si fabrikimi i strukturës ndërmjet shtresave dhe petëzim më i saktë, me kërkesa më të larta për saktësinë e shpimit dhe veshjes.

Përfshirë laminimin, përpunimin me mikro-via (hapja ≤50μm), ngulitjen e komponentëve dhe trajtimin sipërfaqësor (p.sh., veshja me ar, spërkatja me kallaj).

Specifikoni tolerancat e sakta në projektim, përdorni pajisje me precizion të lartë (siç janë makinat shpuese CNC) dhe kryeni inspektime të rrepta dimensionale dhe rregullime të procesit në secilën procedurë.

Inspektoni lëndët e para (pllakat, përbërësit), monitoroni parametrat e petëzimit/shpimit/veshjes, përdorni teste me rreze X dhe me sondë fluturuese për të zbuluar lidhjet e brendshme dhe performancën elektrike, si dhe kryeni inspektim të plotë të produkteve të përfunduara.

Flluska/shkëputje laminimi, keqpozicionim i shpimit/hapje e pabarabartë, lidhje e dobët e komponentëve/qark i shkurtër, trajtim i dobët i sipërfaqes, devijim dimensional, etj.

Optimizoni temperaturën, presionin dhe parametrat e kohës së petëzimit, trajtoni paraprakisht dërrasat për të hequr lagështinë dhe papastërtitë dhe përdorni petëzimin me vakum për të nxjerrë ajrin.

Përdorni pajisje shpimi me precizion të lartë për të kontrolluar parametrat, kryeni mikro-gdhendje në muret e vrimave për të përmirësuar ngjitjen e veshjes me bakër dhe zbuloni cilësinë përmes prerjes metalografike.

Shqyrtoni dhe testoni komponentët para ngulitjes, optimizoni proceset e ngulitjes për të siguruar lidhje të forta dhe kryeni teste gjithëpërfshirëse elektrike dhe eksperimente besueshmërie pas prodhimit.

Ndikohet nga kostoja e materialit (materialet me performancë të lartë janë më të shtrenjta), kompleksiteti i procesit (p.sh., mikro-via, ngulitja e komponentëve), sasia e prodhimit dhe kostoja e inspektimit.

Hetoni fuqinë teknike (pajisjet, proceset), sistemet e kontrollit të cilësisë, rastet e prodhimit, vlerësimet e klientëve, kuotat dhe kohët e dorëzimit.

Përfshirë inspektimin vizual, testimin elektrik (multimetër, osciloskop, analizues rrjeti), testimin funksional, inspektimin me rreze X, testimin e sondës fluturuese, etj.

Përdorni bazën e një pajisjeje TIK për të kontaktuar pikat e testimit dhe për të zbuluar parametrat elektrikë të komponentëve, qarqet e shkurtra, qarqet e hapura, devijimet e parametrave, etj. Pikat e testimit duhet të rezervohen në projektim.

Simuloni mjedisin real të punës, testoni në mënyrë gjithëpërfshirëse funksionet, ndiqni rendin e testeve nga ato bazike deri te ato komplekse dhe regjistroni e analizoni anomalitë.

Përdorni ndërfaqen JTAG për të operuar qelizat e skanimit të kufijve të brendshëm të çipit, për të zbuluar gjendjet e pinave dhe lidhjet ndër-çip, si dhe për të identifikuar defektet e qarkut të hapur dhe të shkurtër.

Së pari, vëzhgoni pamjen (komponentë të djegur, nyje saldimi të çara), pastaj kryeni teste elektrike për të ngushtuar diapazonin e defekteve, analizoni lidhjet e mundshme bazuar në skemë dhe përdorni metodën e zëvendësimit për të përcaktuar pikën e defektit.

Relativisht e lartë, pasi komponentët janë në shtresat e brendshme. Kërkon heqjen me kujdes të shtresave të sipërme për të ekspozuar pikën e defektit, ri-laminimin për të rivendosur integritetin pas mirëmbajtjes dhe shmangien e ndikimeve në qarqet e tjera.

Përdorni mjete me precizion të lartë si pajisje saldimi me mikro-pika dhe piskatore precize. Planifikoni paraprakisht skemën e mirëmbajtjes dhe përdorni ngrohje të lokalizuar për të kontrolluar temperaturën.

Kryeni teste elektrike (integriteti i sinjalit, integriteti i energjisë), teste funksionale dhe teste besueshmërie (plakja, dridhja).

Zhvilloni plane testimi, procedura të diagnostikimit të defekteve, specifikime të operacioneve të mirëmbajtjes dhe procese të verifikimit të cilësisë.

Pajisje testimi: multimetër, osciloskop, analizues rrjeti, etj. Pajisje mirëmbajtjeje: pajisje saldimi me mikro-pika, pistoletë me ajër të nxehtë, etj.

Merrni në konsideratë saktësinë e rezistencës, fuqinë nominale dhe koeficientin e temperaturës. Zgjidhni rezistorët bazuar në kërkesat e qarkut.

Përdoret për filtrim, shkëputje, ruajtje të energjisë, bashkim sinjali, etj.

Përcaktoni bazuar në frekuencën e funksionimit, induktancën dhe kapacitetin e rrymës. Për filtrimin e fuqisë, merrni parasysh valëzimin dhe rrymën e ngarkesës.

Merrni parasysh performancën, konsumin e energjisë, llojin e paketimit, besueshmërinë dhe mbështetjen e prodhuesit.

Përputhni parametrat elektrikë dhe dimensionet fizike gjatë projektimit. Zgjidhni komponentë të pajtueshëm me materialet dhe proceset e pllakës dhe kryeni verifikimin e simulimit.

Për komponentët pasivë, kontrolloni temperaturën dhe kohën për të parandaluar saldimin e ftohtë. Për komponentët aktivë, përdorni pajisje me precizion të lartë (p.sh., saldim me rrjedhje) për të siguruar lidhje të besueshme dhe për të parandaluar dëmtimin termik.

Vlerësoni jetëgjatësinë përmes testeve të përshpejtuara të plakjes, të dhënave të prodhuesit dhe monitorimit afatgjatë të të dhënave aktuale të dështimeve.

Rezistenca: devijim vlerash/qark i hapur. Kondensatori: rrjedhje/qark i shkurtër. Induktori: ndryshim induktiviteti/lidhje e shkurtër në dredha-dredha. Çipi: dështim funksional/defekte në kunja.

Ruajeni sipas kategorisë me mbrojtje nga lagështia dhe ESD. Mbani një sistem inventari për të regjistruar informacionin, për të kryer mostra të rregullta dhe për të kontrolluar në mënyrë të arsyeshme nivelet e stokut.

Rrit hapësirën e gjurmës (≥3×gjerësi), përdor izolimin e tokëzimit, optimizo topologjinë e rrugëzimit dhe përputh impedancën.

Futni parametra parazitarë, të cilët mund të shkaktojnë humbje dhe vonesë në frekuenca të larta. Viat për sinjalet mbi 10 GHz duhet të kenë një diametër

Shtoni pajisje mbrojtëse ESD (p.sh., dioda TVS), konfiguroni shtigje shkarkimi ESD dhe mbani gjurmët e sinjalit kryesor ≥2 mm nga skajet e pllakës.

Përdorni rreze X për të inspektuar nyjet e brendshme të saldimit. Lartësia e nyjeve duhet të jetë 0.4-0.6 mm, me një shkallë boshllëqesh ≤15%.

ENIG për saldim me frekuencë të lartë dhe precizion. OSP për kosto të ulët (vlefshmëria 6-8 muaj). Kallaj zhytës për saldim me valë.

Vendosni siç duhet mbulesat e mburojave me impedancë tokëzimi

Diametri i vizave 0.3-0.5 mm, hapësira ≤1 mm, ≥100 viza/cm² për të siguruar efikasitetin e shpërndarjes së nxehtësisë.

Linjat e të dhënave DDR4: toleranca e gjatësisë ±5mil. Çiftet diferenciale PCIe: ±2mil.

Shtoni kondensatorë shkëputës (0.1μF për frekuencë të lartë, 10μF për frekuencë të ulët). Mbajeni distancën midis shtresës së energjisë/tokës

Standardi IPC: ≤0.7% për proceset pa plumb, ≤0.5% në zonat BGA.

Përdorni shkallëzimin dinamik të tensionit, fikni modulet në gjendje të papërdorshme dhe zgjidhni çipa me IQ të ulët (p.sh., seria TI MSP430).

Zvogëlon humbjen e sinjalit dhe parametrat parazitarë, rrit dendësinë e rrugëzimit. Kosto 20%-30% më e lartë se viat me vrima të brendshme.

Përdorni mjetet CAM350 ose Altium DFM për të kontrolluar gjerësinë/hapësirën minimale të gjurmës (≥6 mil), raportin e aspektit (≤8:1) etj.

Metodat e zakonshme: bojë me tre shtresa mbrojtëse (trashësi 0.1-0.3 mm), nano-veshje (

Përdorni dizajnin me ventilator për të zvogëluar presionin e drejtimit BGA. Pllakat me 4 shtresa plotësojnë 80% të nevojave të rregullta; ≥6 shtresa për dizajne me shpejtësi të lartë.

Kontrolloni pastërtinë e jastëkut, trashësinë e pastës së saldimit (0.12-0.15 mm) dhe temperaturën e ripërtëritjes (maksimumi 235-245℃).

Përdorni një megohmmetër 500V. Rezistenca e izolimit duhet të jetë ≥100MΩ në lagështi ≤60%.

Përdorni rezistorë terminimi (p.sh., funksioni DDR ODT) dhe konik i impedancës. Sigurohuni që ndryshimi i impedancës të jetë

1oz bakër (35μm): ~1A/mm gjerësi gjurmëje. 2oz: ~1.5A/mm (rritja e temperaturës

E zeza ndihmon në shpërndarjen e nxehtësisë, por është e vështirë për t'u inspektuar. E gjelbra është më e zakonshme. E bardha ka reflektivitet të lartë (≈80%).

Diametri tipik: 0.4-0.8 mm. Hapi: 0.5-1.0 mm. Hapi prej 0.5 mm kërkon përbërës 0201.

Përdorni softuer simulimi si ANSYS, bazuar në ndryshimet CTE (p.sh., FR-4 15ppm/℃, bakër 17ppm/℃).

Përdorni filtrim shumëfazor (qarqe të tipit π). Gjurmët e energjisë kanë gjerësi ≥20mil për të zvogëluar impedancën e shtegut.

Diametri ≥0.6 mm, hapësira ≥1.27 mm. Përfundimi i sipërfaqes ENIG, pa mbulim me maskë saldimi.

Sipërfaqja e lakut të sinjalit me një skaj të vetëm

Përdorni SI9000 për të llogaritur impedancën, tolerancën e kontrollit ±10%. Zbatoni përputhjen e terminimit dhe optimizimin e topologjisë.

Kontura: ±0.1 mm. Diametri i vrimës: ±0.05 mm. Thellësia e prerjes në formë V: 1/3-2/3 e trashësisë së dërrasës.

Përdorni gjurmë serpentine të përputhura me gjatësinë me mbrojtje nga toka. Mbajeni larg linjave të të dhënave me shpejtësi të lartë dhe shmangni kryqëzimin e shtresave.

Kryeni teste të përshpejtuara të plakjes (85℃/85%RH, 1000h) dhe teste të dridhjeve (5-500Hz, përshpejtim 2G).

Madhësia e jastëkut 0.1-0.2 mm më e madhe se telat e komponentëve. Gjerësia e jastëkut SMD 1.2-1.5× gjerësia e telit.

Rritni sipërfaqen termike të bakrit, përdorni ngjitës termik (≥1W/mK) dhe hapni kanalet termike nën komponentët e energjisë.

Sipas IEC 61000-4-2: shkarkim kontakti ±8kV, shkarkim ajri ±15kV, me funksionalitet normal.

Trashësia tipike 15-25μm. Duhet të mbulojë plotësisht bakrin për të parandaluar qarqet e shkurtra nga bakri i ekspozuar.

Kombinoni rrugëzimin interaktiv dhe automatik. Vendosni përparësitë e rrugëzimit, duke i rrugëtuar sinjalet kritike të parat.

Ngrohje paraprake: 120-150℃ (60-90s). Rrjedhje e sërishme: 217-230℃ (40-60s). Shpejtësia e ftohjes: 3-6℃/s.

Tokëzimi me një ose shumë pika. Shumëpikësh për qarqe me frekuencë të lartë (>10MHz), me rezistencë tokëzimi

Merrni në konsideratë kapacitetin e rrymës, rezistencën e kontaktit (

Vëzhgoni nyjet e saldimit nëpërmjet prerjes metalografike (seksion metalografik), zbuloni defektet sipërfaqësore me AOI, analizoni përbërjen e elementit me XRF.

Hapësira 5mil, impedanca 100±10Ω, ndryshimi i gjatësisë