器件一体化埋入印制电路

2023-11-22 17:59

本文主要是介绍器件一体化埋入印制电路,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

目录

1概述

1.1埋入无源器件印制电路板的应用

1.2埋入无源器件的优点和问题

1.2.1提高印制电路板组装的可靠性

1.2.3改善了印制电路板组装件的电气性能

1.2.4节约成本

1.2.5存在的问题:

1.3集成印制电路板中埋入器件的类型


1概述

1.1埋入无源器件印制电路板的应用

随着集成电路集成度、芯片处理速度快速提高,为设计功能更为强大的电子终端产品提供了可能,也为印制电路板制造和组装技术带来许多挑战。芯片I/O数增多,电子产品的多功能集成,信号传输高频化和数字信号传输高速化发展,以及芯片级封装技术的进一步应用,要求在印制电路板上面搭载更多的有源/无源器件。目前,印制电路板组装的无源器件(主要指电阻、电容、电感等)和有源器件的数量比一般为(15~20):1。随着IC集成度提高和I/O数的增加、信号传输频率/高速数字化的发展,无源器件数量会随之增加。

随着未来电子设备向多功能化精密化方向发展,使电子设备的工作电压不断下降

电气设备的实时工作电压通常需要借助于万用表来测量,是未知值。与电阻和电流之间的计算关系式为:工作电压=器件电阻×工作电流。

电气设备的工作电压需要落在一定的范围内才能正常工作,这一范围往往与电气设备的灵敏程度相关,一般来说,设备越是精细,灵敏程度越高,其工作电压的正常变化范围就越小。设备正常工作电压的上限称为最大工作电压,限定了设备的安全电压范围。电力系统的输出电压一般要求在198-236V之间,  家用电器的工作电压范围有时可达100-240V,而电子元件的工作电压从零点几伏特到几十伏特不等,根据元件的精细程度而定。

CPU工作电压是指CPU正常工作所需的电压,提高工作电压,可以加强CPU内部信号,增加CPU的稳定性能。但会导致CPU的发热问题,CPU发热将改变CPU的化学介质,降低CPU的寿命。早期CPU工作电压为5V,随着制造工艺与主频的提高,CPU的工作电压有着很大的变化,现在常用的CPU的工作电压为1.3-1.5V,解决了CPU发热过高的问题。CPU在正常工作时,电压变化范围最好在0.05V 以内,以保证CPU的性能和寿命。

但是由于工作电压的降低,不管是在高频信号还是高速数字信号传输过程中,其杂信号和干扰将会越来越严重。即对无源器件的需求数量将随着杂信号和干扰的复杂化而成倍的增加。但是如果将无源器件用表面贴装技术安装在电路板表面,就需要增加印制电路板表面积和焊点,所焊器件的增加将会导致电子封装的跌落和冲击应力环境可靠性降低。也阻止电子产品小型化发展的趋势。

在印制电路板制造领域,搭载元器件数量增多和印制电路板可提供的有限搭载面积是一对矛盾。目前有效解决这一问题的措施是采用高密度互连技术,即通过减小线路宽度、间距,增加埋孔、盲孔等措施相对增加增多可用表面积。如今,高密度互连印制电路板线宽/线距已经达到15um/15um,进一步解决印制电路板的线宽/线距在材料选用、制造成本、处理线间电气干扰问题也遇到很多难以攻克的技术难题。

所以采用埋入无源器件将有效解决封装密度问题,减少表面积的使用,是实现立体安装的最佳技术进步路线,这也是印制电路板组装技术的一个重要发展方向。系统集成技术的核心技术之一就是将原本安装在印制电路板表面的无源器件转移到印制电路板内部,在无源器件数量增加时并不会因此增加所需求的印制电路板表面积。

1.2埋入无源器件的优点和问题

埋入无源器件技术自从21世纪提出以后,已经开始应用在航天、通信、消费电子领域。相比于表面贴装技术的印制电路板,埋入无源器件具有很多优点。

(1)促进印制电路高密度化发展

无源器件不仅需要组装的数量多,而且占据印制电路板的大量空间。例如智能手机的无源器件占据印制电路板约60%的表面积。如果将一半的无源器件埋入印制电路板,就会使印制电路板尺寸减少30%左右。与此同时,还会减少导通孔数量,减少和缩短连接导线,消除一半以上的连接焊盘。这样,不仅可增加布线自由度,而且可以减少布线量和缩短布线长度,从而提高印制电路板的密度进而缩小印制电路板尺寸。

1.2.1提高印制电路板组装的可靠性

埋入无源器件到印制电路板内部可明显提高印制电路板可靠性,主要基于两个方面:

(1)可以减少大量印制电路板板面的焊接点,从而提高电子封装可靠性。一般来说,无源器件焊点约占印制电路板全部焊点的25%,因此减少焊点就意味着减少了焊点引起的故障

(主要由于焊接过程材料热膨胀系数差异导致焊接残余应力和焊接变形问题很难完美解决,还有后续振动、跌落、冲击应力的影响,热、湿环境的影响所以在其余参照条件不变情况下,焊点的减少有利于电子封装可靠性的增加。

焊接缺陷:包括气孔、夹渣、未焊透、未熔合、裂纹、咬边等。)

(2)埋入的无源器件得到有效地保护,从而提高可靠性。由于这些埋入的无源器件整体埋入印制电路板内部,不像分立的无源器件用引脚焊接(或粘结)到印制电路板焊盘上,因而减少了器件失效的可能性。

1.2.3改善了印制电路板组装件的电气性能

埋入无源器件到高密度化印制电路板中,可以明显改善电子互连的电气性能,主要体现在如下几个方面:

(1)消除离散无源器件所需要的焊盘、导线和自身引线焊接后所形成的回路。任何一个这样回路不可避免产生寄生效应

寄生效应:就是本来没有在那个地方设计电容或电感甚至电阻,然而因为某些因素如结构之间、PCB布线、管脚引线、通孔质量、焊盘到地距离、焊盘到电源平面距离、和焊盘到印制线之间、材料差异、器件封装、封装引脚和印制线过长等,特别是在高速电路中而表现出来的呈容性、感性、阻性。实际应用中表现出来的那些溜进你的PCB并在电路中大施破坏、令人头痛、原因不明的小故障。

寄生噪声:这些寄生效应产生的骚扰就叫寄生噪声。寄生噪声与电路中意外产生或传输的电噪声(主要表现在共模噪声和差模噪声)有关。例如,安装在PCB上的开关型半导体器件或带有细小绝缘体的散热片可能会包含少量的寄生或杂散电容元件。这些在高频处被忽视的杂散电容元件,或者其带有非常快速的开关脉冲上升和下降时间,会促进寄生噪声向电路或系统中其他部分的传输和耦合。这一点适用于所有的电子元件。例如,在变压器的线圈之间存在无法完全消除的少量电容元件。同样,在电容和印刷电路的线路电线,在高频处会存在很小的电感元件,它们会导致有害的寄生噪声在点与点之间传播。寄生噪声是开关型电源以及许多电子OEM产品中共模和差模噪声的一种主要形成因素。

寄生电容或寄生电感一般是指电感、电阻、芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性或电感特性。实际应用上,一个电阻等效于一个电容、一个电感、和一个电阻的串连,在低频情况下表现不是很明显,而在高频情况下,等效值会增大,不能忽略。在计算中我们要考虑进去。ESL就是等效电感,ESR就是等效电阻。不管是电阻,电容,电感,还是二极管,三极管,MOS管,还有IC,在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值,电感值。

这种寄生效应将随着频率或者脉冲方波前沿时间的提高而更为严重。故而,消除这部分引起的寄生效应,也提高了印制电路板组装技术的电气性能。

(2)提高无源器件的稳定性,减小了无源器件的失效。由于把无源器件埋入印制电路板内部,使无源器件处于受保护的密闭环境,减少湿、热、冲击、振动应力的损耗,使功能值处于一个较为稳定的状态,使印制电路板组装件比常规组装件具有更好的信号完整性。

1.2.4节约成本

1.2.5存在的问题:

(1)目前无法埋入功能值很大的器件,如很大的电阻值、电容值、电感值

(2)埋入无源器件的功能值误差控制较难,特别是丝网漏印的平面型埋入的无源器件。

1.3集成印制电路板中埋入器件的类型

1电阻

 2电容

 3电感

 4埋入有源及无源器件的系统集成封装基板

这篇关于器件一体化埋入印制电路的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



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