Gömülü PCB

Gömülü PCB, elektronik bileşenlerin (çip, direnç ve kapasitör gibi) doğrudan iç katmanlarına yerleştirildiği, böylece boyutunun küçültüldüğü ve performansının artırıldığı bir devre kartıdır.

Gömülü baskılı devre kartlarında (PCB'lerde) yer kaplamayı azaltmak ve sinyal yollarını kısaltmak için bazı bileşenler gizlenebilir; sıradan PCB'lerdeki bileşenler ise çoğunlukla yüzeye monte edilir.

Akıllı telefonlar, giyilebilir cihazlar, araç radarları ve havacılık ekipmanları gibi boyut ve performans açısından yüksek gereksinimlere sahip senaryolar için uygundur.

Gereksinim analizi → şematik tasarım → yerleşim planlaması (gömülü bileşenler dahil) → yönlendirme tasarımı (sinyal bütünlüğüne odaklanma) → tasarım kuralı kontrolü → devre kartı dosya çıktısı.

Dielektrik sabiti, kayıp faktörü ve termal genleşme katsayısını göz önünde bulundurun. Yüksek frekanslı uygulamalar için düşük dielektrik sabiti ve düşük kayıplı malzemeler; yüksek termal kararlılık için ise düşük termal genleşme katsayısına sahip malzemeler seçin.

Sinyal yollarını kısaltmak için bileşenleri fonksiyonel modüllere göre yerleştirin; ısı üreten bileşenleri ısı dağıtımı için dağıtın; hassas bileşenleri gürültü kaynaklarından uzak tutun; prosesin uygulanabilirliğini göz önünde bulundurun.

Dirençler, dielektrik katmana dirençli malzemeler eklenerek yapılır; kapasitörler, bakır folyo veya alt tabakalara kaplanmış yüksek dielektrik malzemeler kullanır; indüktörler ise katmanlar arasında spiral bobinler aracılığıyla gerçekleştirilir.

Elektrik bağlantılarının güvenilirliğini sağlayın, ısı dağılımını, test edilebilirliği ve bakım kolaylığını göz önünde bulundurun ve çip üreticilerinin tasarım yönergelerine uyun.

Güç tüketimine göre güç ve topraklama katmanlarını planlayın, güç düzleminin bütünlüğünü sağlayın, iç direnci ve voltaj düşüşünü azaltın ve istikrarlı bir güç kaynağı sağlayın.

Çapraz etkileşimi azaltmak, yüksek hızlı sinyaller için empedansı eşleştirmek ve parazitik parametrelerin etkisini azaltmak için iz uzunluğunu kontrol edin, iz genişliğini ve aralığını makul şekilde ayarlayın.

Kullanılan malzemelere ve yönlendirme tasarımına bağlı olarak, uygun tasarımla birkaç Gbps veya daha yüksek hızlara ulaşabilir; örneğin, üst düzey iletişim cihazlarında 10 Gbps'nin üzerine çıkabilir.

Mikroşerit hat formülü (Z0 = (87/√(εr+1.41))×ln(5.98H/(0.8W+T))) veya şerit hat formülleri gibi formülleri kullanın veya hesaplama için tasarım yazılımı kullanın.

Malzeme kaybı (dielektrik/iletken kaybı), iz uzunluğu, sinyal frekansı, geçiş deliği sayısı ve empedans uyumsuzluğundan etkilenir.

Analog ve dijital devre düzenlerini ayırın, hassas sinyalleri koruyun, güç ve toprak düzlemlerinin bütünlüğünü sağlayın, filtre devreleri kullanın ve döngü alanını azaltmak için izleri optimize edin.

Frekansa göre geniş topraklama düzlemleri oluşturun, topraklama deliklerini artırın, topraklama yollarını kısaltın ve tek noktalı/çok noktalı/hibrit topraklama yöntemlerinden birini seçin.

Güç şebekesi empedansı, gerilim düşümü ve akım dağılımı gibi parametreleri simülasyon yazılımı aracılığıyla analiz ederek etkilerini değerlendirin ve optimize edin.

Güçlü parazit önleme yeteneği, ortak mod parazitini bastırma, iletim hızını ve güvenilirliğini artırma ve yüksek yoğunluklu yönlendirmeyi kolaylaştırma.

Sinyal yükselme kenarına karşılık gelen iletim mesafesinin %10'undan daha az farkla uzunluk eşleşmesini sağlayın, iz genişliğini ve aralığını düzgün tutun, empedansı kontrol edin (örneğin, 100Ω) ve çapraz karışmayı önleyin.

Via boyutunu en aza indirin, anti-pad'i artırın, etrafına topraklama via'ları ekleyin ve en boy oranını kontrol edin (≤6).

Sinyal bütünlüğü, güç bütünlüğü ve EMI simülasyon analizleri gerçekleştirin ve prototipleri test edin (örneğin, ağ analizörleri ve osiloskoplar kullanarak).

Bileşen yüksekliği, katman sayısı, mekanik dayanıklılık ve uygulama senaryolarına göre belirlenir; örneğin, cep telefonu PCB'leri için 0,5-1,5 mm ve endüstriyel ekipmanlar için 1,6-3,2 mm.

Diğer bileşenlerle birleştirme, mekanik dayanıklılık, ısı dağıtım alanı ve bileşenlerin yerleştirilmesinin mekanik performansa etkisini göz önünde bulundurun.

Isı üreten bileşenleri makul bir şekilde yerleştirin, ısı dağıtım kanalları (örneğin, ısı delikleri, bakır folyo) ekleyin, yüksek ısı iletkenliğine sahip malzemeler seçin, gerekirse ısı dağıtım cihazları ekleyin ve termal simülasyon yoluyla optimize edin.

Yaygın yöntemler arasında vida ile sabitleme, klipsle sabitleme ve kaynakla sabitleme bulunur; bunlar sırasıyla yüksek bakım gerektiren, kolay kurulumlu ve yüksek stabilite gerektiren durumlar için uygundur.

Levha kalınlığını artırarak veya takviye elemanları ekleyerek mekanik dayanıklılığı artırın, ağırlığı eşit şekilde dağıtın, darbe emici malzemeler kullanarak tamponlama yapın ve önemli bileşenleri güçlendirin.

Cihazın kasasıyla uyum sağlayın, keskin kenarlardan kaçının, üretim süreçlerini (örneğin, kesme, damgalama) göz önünde bulundurun ve takılabilir kılavuz yapıları tasarlayın.

Üç katmanlı boya uygulayın, su geçirmez bağlantı elemanları kullanın, sızdırmazlık işlemi gerçekleştirin ve yerleşim planı sırasında önemli bileşenleri su/toz riski olan alanlara yerleştirmekten kaçının.

Yüksek sıcaklıklar devre kartının genleşmesine ve bileşen parametrelerinde sapmalara neden olabilir; düşük sıcaklıklar ise malzemeleri kırılgan hale getirebilir. Endüstriyel sınıf PCB'ler -40℃~85℃ sıcaklık aralığında çalışır ve askeri sınıf gereksinimleri daha da katıdır.

Mekanik gerilim simülasyonu yoluyla deformasyon ve gerilim dağılımını analiz edin ve darbe, titreşim testleri ve uzun süreli yaşlandırma testleri gerçekleştirin.

Farklı malzemelerin farklı mekanik dayanımları ve termal genleşme katsayıları vardır. Örneğin, FR-4 iyi bir genel performansa sahip ancak nispeten yüksek bir termal genleşme katsayısına sahipken, poliimid malzemeler daha iyi termal kararlılık ve mekanik dayanım sunar.

Gömülü PCB'ler, katmanlar arası yapı üretimi ve daha hassas laminasyon gibi bileşen gömme işlemleri için ek süreçler gerektirir ve delme ve kaplama doğruluğu konusunda daha yüksek gereksinimler ortaya koyar.

Laminasyon, mikro-via işleme (açıklık ≤50μm), bileşen yerleştirme ve yüzey işleme (örneğin, altın kaplama, kalay püskürtme) dahil.

Tasarımda hassas toleranslar belirtin, yüksek hassasiyetli ekipman (örneğin CNC delme makineleri) kullanın ve her işlemde sıkı boyut kontrolleri ve süreç ayarlamaları gerçekleştirin.

Hammaddeleri (levhalar, bileşenler) inceleyin, laminasyon/delme/kaplama parametrelerini izleyin, iç bağlantıları ve elektriksel performansı tespit etmek için X-ışını ve uçan prob testleri kullanın ve bitmiş ürünlerin tam denetimini gerçekleştirin.

Katman kabarcıkları/katman ayrılması, delme hizalama hatası/düzensiz açıklık, zayıf bileşen bağlantısı/kısa devre, yetersiz yüzey işlemi, boyut sapması vb.

Laminasyon sıcaklığı, basıncı ve süre parametrelerini optimize edin, levhaları nem ve yab impuritieslerden arındırmak için ön işlemden geçirin ve havayı dışarı atmak için vakumlu laminasyon kullanın.

Parametreleri kontrol etmek için yüksek hassasiyetli delme ekipmanları kullanın, bakır kaplama yapışmasını iyileştirmek için delik duvarlarında mikro aşındırma işlemi gerçekleştirin ve metalografik kesit alma yoluyla kaliteyi tespit edin.

Gömme işleminden önce bileşenleri tarayın ve test edin, sağlam bağlantılar sağlamak için gömme işlemlerini optimize edin ve üretimden sonra kapsamlı elektriksel testler ve güvenilirlik deneyleri gerçekleştirin.

Malzeme maliyeti (yüksek performanslı malzemeler daha pahalıdır), işlem karmaşıklığı (örneğin, mikro-via'lar, bileşen yerleştirme), üretim miktarı ve denetim maliyeti gibi faktörlerden etkilenir.

Teknik gücü (ekipman, süreçler), kalite kontrol sistemlerini, üretim örneklerini, müşteri yorumlarını, fiyat tekliflerini ve teslimat sürelerini inceleyin.

Görsel inceleme, elektriksel test (multimetre, osiloskop, ağ analizörü), fonksiyonel test, röntgen incelemesi, uçan prob testi vb. dahil.

Bilişim ve iletişim teknolojisi (ICT) cihazının temas noktalarına yönelik test noktaları kullanılarak bileşenlerin elektriksel parametreleri, kısa devreler, açık devreler, parametre sapmaları vb. tespit edilir. Tasarımda test noktalarının ayrılması gerekmektedir.

Gerçek çalışma ortamını simüle edin, fonksiyonları kapsamlı bir şekilde test edin, temelden karmaşığa doğru test sırasını izleyin ve anormallikleri kaydedip analiz edin.

Çipin dahili sınır tarama hücrelerini çalıştırmak, pin durumlarını ve çipler arası bağlantıları tespit etmek ve açık devre ve kısa devre arızalarını belirlemek için JTAG arayüzünü kullanın.

Öncelikle görünümü inceleyin (yanmış parçalar, çatlamış lehim bağlantıları), ardından arıza aralığını daraltmak için elektriksel testler yapın, şemaya göre olası bağlantıları analiz edin ve arıza noktasını belirlemek için ikame yöntemini kullanın.

Bileşenler iç katmanlarda bulunduğundan, risk nispeten yüksektir. Arıza noktasını ortaya çıkarmak için üst katmanların dikkatlice çıkarılması, bakım sonrasında bütünlüğü geri kazandırmak için yeniden laminasyon yapılması ve diğer devrelere zarar verilmemesi gerekmektedir.

Mikro nokta kaynak ekipmanı ve hassas cımbız gibi yüksek hassasiyetli aletler kullanın. Bakım planını önceden yapın ve sıcaklığı kontrol etmek için bölgesel ısıtma kullanın.

Elektriksel testler (sinyal bütünlüğü, güç bütünlüğü), fonksiyonel testler ve güvenilirlik testleri (yaşlanma, titreşim) gerçekleştirin.

Test planları, arıza teşhis prosedürleri, bakım operasyon spesifikasyonları ve kalite doğrulama süreçleri geliştirin.

Test ekipmanları: multimetre, osiloskop, ağ analizörü vb. Bakım ekipmanları: mikro nokta kaynak ekipmanı, sıcak hava tabancası vb.

Direnç doğruluğunu, güç değerini ve sıcaklık katsayısını göz önünde bulundurun. Devre gereksinimlerine göre dirençleri seçin.

Filtreleme, ayırma, enerji depolama, sinyal birleştirme vb. amaçlarla kullanılır.

Çalışma frekansına, endüktansa ve akım kapasitesine göre belirleyin. Güç filtreleme için dalgalanmayı ve yük akımını dikkate alın.

Performans, güç tüketimi, paket türü, güvenilirlik ve üretici desteğini göz önünde bulundurun.

Tasarım aşamasında elektriksel parametreleri ve fiziksel boyutları eşleştirin. Kart malzemeleri ve süreçleriyle uyumlu bileşenleri seçin ve simülasyon doğrulaması yapın.

Pasif bileşenler için, soğuk lehimlemeyi önlemek amacıyla sıcaklık ve süreyi kontrol edin. Aktif bileşenler için, güvenilir bağlantılar sağlamak ve termal hasarı önlemek için yüksek hassasiyetli ekipman (örneğin, reflow lehimleme) kullanın.

Kullanım ömrünü hızlandırılmış yaşlandırma testleri, üretici verileri ve gerçek arıza verilerinin uzun vadeli izlenmesi yoluyla tahmin edin.

Direnç: değer kayması/açık devre. Kondansatör: kaçak/kısa devre. İndüktör: endüktans değişimi/sargı kısa devresi. Çip: fonksiyonel arıza/pin arızaları.

Ürünleri nem ve ESD koruması sağlayarak kategorilere göre depolayın. Bilgileri kaydetmek, düzenli numune alımı yapmak ve stok seviyelerini makul düzeyde kontrol etmek için bir envanter sistemi oluşturun.

İz aralığını artırın (≥3×genişlik), topraklama izolasyonu kullanın, yönlendirme topolojisini optimize edin ve empedansı eşleştirin.

Parazitik parametreler ortaya çıkar ve bu durum yüksek frekanslarda kayıp ve gecikmeye neden olabilir. 10 GHz'in üzerindeki sinyaller için kullanılan via'ların çapı

ESD koruma cihazları (örneğin, TVS diyotları) ekleyin, ESD deşarj yolları oluşturun ve önemli sinyal izlerini kart kenarlarından ≥2 mm uzakta tutun.

İç lehim bağlantılarını incelemek için röntgen kullanın. Bağlantı yüksekliği 0,4-0,6 mm, boşluk oranı ise ≤%15 olmalıdır.

Yüksek frekanslı ve hassas lehimleme için ENIG. Düşük maliyetli OSP (geçerlilik süresi 6-8 ay). Dalga lehimleme için daldırma kalay.

Topraklama empedansı

Isı dağıtım verimliliğini sağlamak için 0,3-0,5 mm çapında, ≤1 mm aralıklı ve ≥100 via/cm²'lik via delikleri kullanılmalıdır.

DDR4 veri hatları: uzunluk toleransı ±5 mil. PCIe diferansiyel çiftleri: ±2 mil.

Ayırma kapasitörleri ekleyin (yüksek frekans için 0,1 μF, düşük frekans için 10 μF). Güç/topraklama katmanı aralığını

IPC standardı: Kurşunsuz işlemler için ≤%0,7, BGA alanlarında ≤%0,5.

Dinamik voltaj ölçeklendirmesi kullanın, boşta kalan modülleri kapatın ve düşük IQ'lu çipler seçin (örneğin, TI MSP430 serisi).

Sinyal kaybını ve parazitik parametreleri azaltır, yönlendirme yoğunluğunu artırır. Maliyeti, delikli geçiş yollarına göre %20-30 daha yüksektir.

Minimum iz genişliği/aralığı (≥6 mil), en boy oranı (≤8:1) vb. özelliklerini kontrol etmek için CAM350 veya Altium DFM araçlarını kullanın.

Yaygın yöntemler: üç katmanlı boya (0,1-0,3 mm kalınlık), nano kaplama (

BGA yönlendirme yükünü azaltmak için fan-out tasarımını kullanın. 4 katmanlı kartlar normal ihtiyaçların %80'ini karşılar; yüksek hızlı tasarımlar için ≥6 katman gereklidir.

Lehimleme pedlerinin temizliğini, lehim macunu kalınlığını (0,12-0,15 mm) ve yeniden akış sıcaklığını (en yüksek 235-245℃) kontrol edin.

500V'luk bir megohmmetre kullanın. Yalıtım direnci, %60'ın altındaki nem oranında ≥100MΩ olmalıdır.

Sonlandırma dirençleri (örneğin, DDR ODT fonksiyonu) ve empedans kademeli azaltma kullanın. Empedans değişiminin %10'dan az olduğundan emin olun.

1 ons bakır (35 μm): ~1A/mm iz genişliği. 2 ons: ~1,5A/mm (sıcaklık artışı

Siyah ısı dağılımına yardımcı olur ancak incelenmesi zordur. Yeşil en yaygın olanıdır. Beyaz yüksek yansıtıcılığa sahiptir (≈%80).

Tipik çap: 0,4-0,8 mm. Hat aralığı: 0,5-1,0 mm. 0,5 mm hat aralığı için 0201 kodlu bileşenler gereklidir.

CTE farklılıklarına (örneğin, FR-4 15 ppm/℃, bakır 17 ppm/℃) dayalı olarak ANSYS gibi simülasyon yazılımları kullanın.

Çok kademeli filtreleme (π tipi devreler) kullanın. Yol empedansını azaltmak için güç hatlarının genişliği ≥20 mil olmalıdır.

Çap ≥0,6 mm, aralık ≥1,27 mm. Yüzey kaplaması ENIG, lehim maskesi kaplaması yok.

Tek uçlu sinyal döngüsü alanı

Empedansı hesaplamak için SI9000 kullanın, toleransı ±%10 olarak ayarlayın. Sonlandırma eşleştirmesi ve topoloji optimizasyonu uygulayın.

Dış hat: ±0,1 mm. Delik çapı: ±0,05 mm. V kesim derinliği: Levha kalınlığının 1/3-2/3'ü.

Topraklama korumasıyla birlikte, uzunlukları eşleştirilmiş serpantin hatlar kullanın. Yüksek hızlı veri hatlarından uzak durun ve katmanlar arası geçişten kaçının.

Hızlandırılmış yaşlandırma testleri (85℃/85%RH, 1000 saat) ve titreşim testleri (5-500Hz, 2G ivme) gerçekleştirin.

Ped boyutu, bileşen uçlarından 0,1-0,2 mm daha büyüktür. SMD ped genişliği, uç genişliğinin 1,2-1,5 katıdır.

Isı yalıtımlı bakır alanını artırın, ısı yalıtım yapıştırıcısı (≥1W/mK) kullanın ve güç bileşenlerinin altında ısı yalıtım kanalları açın.

IEC 61000-4-2 standardına göre: temas deşarjı ±8kV, hava deşarjı ±15kV, normal çalışma koşullarında.

Tipik kalınlık 15-25 μm'dir. Kısa devreleri önlemek için bakırın tamamını kaplamalıdır.

Etkileşimli ve otomatik yönlendirmeyi birleştirin. Kritik sinyallerin önce yönlendirilmesi de dahil olmak üzere yönlendirme önceliklerini belirleyin.

Ön ısıtma: 120-150℃ (60-90 saniye). Yeniden akış: 217-230℃ (40-60 saniye). Soğutma hızı: 3-6℃/s.

Tek noktalı veya çok noktalı topraklama. Çok noktalı topraklama, topraklama direnci 10MHz) için kullanılır.

Akım kapasitesini, temas direncini (

Lehim bağlantılarını metalografik kesit (metalografik kesit alma) yoluyla inceleyin, yüzey kusurlarını AOI ile tespit edin, element bileşimini XRF ile analiz edin.

Aralık 5 mil, empedans 100±10Ω, uzunluk farkı