Produzione di PCB passivi integrati per progetti integrati

Highleap Electronics offre servizi di revisione di progetti di produzione di PCB con componenti passivi integrati, per design che integrano specifiche funzioni passive all'interno della struttura del circuito stampato, anziché posizionare ogni componente sulla superficie. A seconda della tecnologia richiesta, ciò può comportare l'integrazione di elementi resistivi, condensatori o altre strutture passive definite. Se il vostro fornitore attuale non è in grado di supportare la costruzione proposta, inviateci la configurazione dello stackup, i requisiti elettrici e i materiali necessari per una valutazione di fattibilità e un preventivo.

Per la fabbricazione di PCB con componenti passivi integrati , è fondamentale identificare con precisione la tecnologia. I progetti di PCB con resistori integrati e quelli con condensatori integrati non utilizzano materiali, geometrie o metodi di verifica identici. Prima di confermare l'ambito del progetto, Highleap esamina il tipo di componente passivo richiesto, il valore e la tolleranza, la posizione degli strati, i dettagli di connessione, i requisiti di laminazione, l'accesso per i test e il volume del programma.

Che cos'è la produzione di PCB passivi integrati?

Esistono diverse tecnologie distinte che vengono tutte definite "passive embedded", ma non si tratta di varianti della stessa cosa. La classificazione che conta è l'origine della funzione del componente.

La prima fila è di gran lunga la più comune nella produzione di massa, perché non richiede componenti particolari né attrezzature di posizionamento speciali. La seconda è quella che la maggior parte delle persone immagina quando sente il termine, ed è la più difficile da realizzare, perché richiede che il componente resista a un ciclo di pressatura e che sia collegato al rame su entrambi i lati.

Processo di fabbricazione di componenti passivi integrati su PCB per resistori e condensatori.

Nella realizzazione di componenti discreti integrati, la sequenza del processo è ciò che determina la fattibilità del progetto. Il componente non viene aggiunto a una scheda finita, ma viene incluso nello stack durante la sua fase di produzione.

Da quella tabella derivano tre osservazioni che spiegano la maggior parte dei preventivi che riceverete.

• La struttura passiva deve essere idonea per l'intero ciclo di processo. Non bisogna dare per scontato che una resistenza o un condensatore standard per montaggio superficiale possano resistere alle temperature, alla pressione e al flusso di resina del processo di laminazione. L'idoneità dipende dalla tecnologia di integrazione, dalla costruzione del componente, dal design dei terminali, dalla stabilità elettrica e dal profilo effettivo della pressa.
• Il componente deve essere posizionato e mantenuto in posizione con precisione. Per questo motivo il progetto deve definire un orientamento e, in molti casi, una polarità o un marcatore pin-1.
• La realizzazione di questo tipo di scheda richiede in genere un numero maggiore di cicli di laminazione rispetto a una scheda normale. È lì che si concentrano la maggior parte dei costi e dei tempi di realizzazione, ed è per questo che i componenti passivi integrati vengono solitamente specificati su schede che sono già in fase di costruzione come struttura modulare.

La fase di laminazione del processo è descritta nel nostro processo di laminazione di PCB , mentre le modalità di costruzione a più stadi di uno stack-up sono illustrate nel nostro processo di laminazione ibrida di PCB . I dettagli costruttivi del laminato, incluso il comportamento del prepreg e del nucleo in una pressa, sono descritti nel nostro processo di costruzione del laminato per PCB.

Vantaggi e limiti dei PCB passivi integrati

I componenti passivi integrati giustificano la complessità in un numero ristretto di situazioni, ed è giusto ammettere onestamente che la maggior parte dei progetti non ne ha bisogno.

Conviene quando: il numero di componenti passivi è elevato e l'area del circuito stampato è limitata, in modo che spostare un centinaio di condensatori di disaccoppiamento dalla superficie al circuito stampato liberi un'area di routing reale; il progetto è ad alta frequenza e l'induttanza parassita di un condensatore di superficie con un via limita le prestazioni; il progetto è un assemblaggio sottile o flessibile in cui l'altezza dei componenti è importante; oppure il progetto richiede valori di capacità disponibili solo come strutture incorporate, come ad esempio una coppia di condensatori planari utilizzata come rete di disaccoppiamento distribuita.

Non è conveniente quando: il progetto prevede pochi componenti passivi e un'ampia area del circuito stampato; il programma è a basso volume e i costi di attrezzaggio e configurazione non possono essere ammortizzati; i componenti passivi devono essere sostituibili singolarmente o tarati in base al valore; oppure i valori e le tolleranze richiesti sono ampiamente disponibili in componenti standard a montaggio superficiale a un costo inferiore.

Una frequente fonte di confusione è data dal fatto che la costruzione con capacità interrata e quella con componenti discreti integrati vengono commercializzate sotto la stessa denominazione, ma hanno costi completamente diversi. La capacità interrata è una scelta di materiale : si modificano il laminato e la stratificazione, e ogni coppia di piani del circuito stampato diventa un condensatore. I componenti discreti integrati, invece, sono una scelta di processo : si aggiunge una fase di posizionamento e laminazione per inserire componenti specifici all'interno del circuito stampato. Se un fornitore propone una soluzione quando in realtà si intende l'altra, la differenza di prezzo sarà notevole e la trattativa potrebbe non andare a buon fine. È importante esplicitare questa distinzione nella richiesta di offerta (RFQ), e la questione più ampia di cosa significhi integrare componenti elettronici all'interno di un circuito stampato viene discussa nella nostra sezione dedicata alle strutture PCB con componenti integrati.

Resistori e condensatori passivi integrati su PCB vs. componenti SMT

L'ultima riga è quella che decide la maggior parte dei programmi. I componenti passivi integrati sono un modo per convertire il costo di assemblaggio in costo di fabbricazione, e la scelta è conveniente solo quando il volume di produzione è sufficientemente elevato da ammortizzare i costi di installazione.

Linee guida per la progettazione di PCB passivi integrati e requisiti DFM

Queste sono le regole che più spesso impongono una riprogettazione, ed è opportuno definirle prima della pubblicazione dell'opera.

• Selezione dei componenti. Le lamine resistive incorporate, i resistori a film sottile, i materiali dielettrici a capacità incorporata e i componenti discreti rappresentano diverse vie di implementazione. Un componente discreto deve essere qualificato in base al profilo di laminazione effettivo, alla pressione, al sistema di resina, al metodo di connessione dei terminali e ai limiti elettrici post-processo. Evitare ipotesi generiche basate sul tipo di package o sul valore di capacità; esaminare il codice del componente specifico e la sua costruzione prima di impegnarsi nella progettazione.
• Tolleranza della profondità della cavità. L'incavo deve corrispondere all'altezza del componente in modo sufficientemente preciso da garantire il collegamento dei terminali ed evitare che il pezzo venga schiacciato. La tolleranza di altezza su un lotto di componenti diventa quindi un parametro di input in fase di progettazione.
• Tolleranza di posizionamento e orientamento. Un componente non simmetrico necessita di un orientamento definito e il rame che si collega ai suoi terminali deve essere tirato nella posizione effettiva entro la tolleranza di processo.
• Nessuna rilavorazione. Un progetto che necessita di essere rivisto non deve prevedere l'inserimento del componente all'interno della scheda. Ciò implica anche una modifica della strategia di test di assemblaggio: un dispositivo di test in-circuit potrebbe non essere in grado di raggiungere un nodo integrato.
• Distanza dai bordi del circuito stampato e dai fori passanti. La regione di integrazione deve mantenere le distanze specificate dai bordi del circuito stampato, dai fori metallizzati e dal rame adiacente. La spaziatura richiesta dipende dalla configurazione passiva integrata scelta e dal relativo processo di laminazione o modellazione.
• Dichiarazione di valori e tolleranze. Il progetto deve specificare il valore target e la tolleranza accettabile, mentre il fabbricante deve indicare i limiti del processo produttivo. Si tratta di valori diversi e non si deve presumere che coincidano.

Poiché un componente passivo incorporato interagisce con la struttura a strati, i controlli DFM standard sono comunque applicabili e vale la pena eseguirli per intero su questo progetto. La nostra revisione della progettazione di PCB per la producibilità (DFM) copre l'insieme di regole standard, mentre la questione generale di come documentare una struttura a strati è trattata nella nostra sezione sulla progettazione di strutture a strati per PCB.

Come vengono testati resistori e condensatori incorporati

Un componente passivo incorporato potrebbe non essere direttamente accessibile per la verifica dopo la laminazione, pertanto l'accesso per i test e la strategia di verifica devono essere pianificati prima del rilascio dello stackup. Vengono utilizzati quattro approcci, solitamente in combinazione.

• Qualificazione del processo basata su coupon. Un campione di prova con la stessa struttura integrata viene realizzato accanto al pannello e misurato. Questo permette di verificare la validità del processo, senza dover testare ogni singola scheda a un costo aggiuntivo. Si tratta dell'approccio standard per un programma di produzione stabile.
• Testare le strutture sul pannello. I condensatori o le resistenze di tipo integrato vengono posizionati in un'area designata del pannello e misurati. Ciò aggiunge una piccola superficie e fornisce dati per ciascun pannello.
• Test elettrico della scheda assemblata. Le prestazioni funzionali del circuito vengono misurate a fine linea, il che permette di individuare un errore grossolano ma solitamente non è in grado di isolare un componente passivo che presenta lievi variazioni di tolleranza.
• Sezione trasversale e microscopia. Per le versioni di sviluppo, questo verifica che il componente sia correttamente integrato, che il rame sia collegato ai terminali e che non vi siano vuoti intorno al componente.

La distinzione fondamentale in un contratto è tra misurazione per scheda e qualificazione del processo. La qualificazione del processo implica che il valore sia controllato dal processo e campionato; la misurazione per scheda, invece, significa che ogni singola unità viene misurata, il che comporta un costo reale in termini di tempo di ciclo. Entrambe le opzioni sono legittime, ma devono essere specificate esplicitamente nel preventivo, poiché "verranno verificati i componenti passivi integrati" non costituisce una specifica. Le opzioni più ampie per la misurazione di schede finite sono illustrate nei nostri metodi di test per PCB.

Approvvigionamento e qualificazione di componenti passivi integrati per PCB.

Questa è la parte relativa ai componenti passivi integrati che più spesso trasforma un progetto promettente in un programma bloccato, ed è quindi importante esaminarla attentamente prima di richiedere un preventivo.

• La parte deve essere specificata con precisione. Non si tratta di "un condensatore 0402 da 100 nF", bensì di un produttore e di un codice articolo, poiché il processo di integrazione deve essere qualificato in base alle dimensioni specifiche di quel componente, alla sua tolleranza di altezza e alla metallurgia dei suoi terminali.
• Il controllo dei lotti è più importante del solito. Poiché i componenti si trovano all'interno della scheda, un cambio di produttore o di sito produttivo rappresenta una modifica al processo qualificato e, pertanto, deve essere controllato anziché trattato come una semplice decisione di acquisto.
• La disponibilità deve essere verificata prima di finalizzare il progetto. Un componente disponibile in un canale di distribuzione solo su richiesta rappresenta un rischio per l'intero programma, e questo rischio è invisibile fino a quando non viene effettuato l'ordine.
• La qualificazione è valida per l'intera costruzione, non per singola parte. Una volta qualificata una costruzione e una famiglia di componenti, aggiungere un altro valore della stessa famiglia è semplice; aggiungere un tipo di componente diverso richiede una nuova qualifica. approvvigionamento di componenti elettronici Questo documento illustra come vengono gestite congiuntamente l'approvvigionamento e la produzione, mentre l'approccio più ampio è descritto nella nostra pagina dedicata alle capacità di approvvigionamento.

Costo, quantità minima d'ordine e tempi di consegna per PCB passivi integrati.

I componenti passivi integrati vengono quotati in base a un costo di installazione e a un costo marginale, e la differenza tra i due è notevole.

Il costo di allestimento deriva dalla realizzazione degli utensili per la cavità, dal dispositivo di posizionamento, dalla qualificazione del processo e dalle specifiche del materiale. Si paga una sola volta ed è il motivo per cui un programma a basso volume raramente risulta economicamente vantaggioso. Quando un progetto ha un volume modesto e le stesse prestazioni possono essere ottenute con un minor numero di componenti di superficie, la soluzione convenzionale è solitamente la scelta produttiva più pratica, e un fornitore che propone componenti passivi integrati in un programma di 50 pezzi senza spiegare questo compromesso non è onesto con il cliente.

I tempi di consegna dipendono dal processo produttivo, non dal materiale. L'aggiunta di uno strato incorporato generalmente comporta almeno un ciclo di laminazione aggiuntivo e una fase di assemblaggio supplementare, e il materiale potrebbe essere un laminato non standard con tempi di approvvigionamento specifici. Le nostre linee guida sui tempi di consegna dei laminati riguardano il materiale stesso, mentre l'impatto della scelta del materiale sull'intera scheda è trattato nella nostra panoramica sui materiali per PCB.

Il modo più efficace per valutare se una modifica progettuale sia conveniente è quello di confrontare i costi di entrambe le versioni con il volume di produzione effettivo, includendo il risparmio sui costi di assemblaggio. Questo confronto è spesso decisivo ed è consigliabile richiederlo al produttore piuttosto che accettare un prezzo unico per l'opzione integrata.

Componenti passivi integrati vs substrati integrati

Questi due elementi vengono spesso confusi perché entrambi inseriscono qualcosa all'interno della scheda. Sono strutturalmente diversi e la distinzione è facile da non notare in un disegno.

• passivo incorporatoComponenti passivi discreti o un condensatore a coppie planari, integrati nel laminato. Il circuito stampato rimane un pezzo unico. La funzione risiede nel dielettrico o in una parte al suo interno.
• Substrato incorporato: una scheda o un modulo separato posizionato in un incavo e interconnesso al componente principale, in modo che l'assemblaggio contenga un circuito attivo al suo interno. Questa è la configurazione descritta nella nostra pagina relativa ai PCB su substrato integrato.

Una volta definita, la scelta è solitamente chiara. Se l'obiettivo è liberare superficie e ridurre l'induttanza parassita, una soluzione con componente passivo incorporato è la più indicata. Se invece l'obiettivo è integrare un modulo completo nella scheda, un substrato incorporato rappresenta la soluzione ideale.

Produttore di PCB passivi embedded per studi di fattibilità e preventivi.

Per i team alla ricerca di un produttore di PCB passivi integrati , Highleap può esaminare la struttura integrata prevista e i relativi requisiti di fabbricazione del PCB. La richiesta di offerta (RFQ) dovrebbe specificare se il progetto utilizza un PCB con resistori integrati , un PCB con condensatori integrati , capacità interrate, uno strato resistivo stampato o un altro approccio definito. Questi termini descrivono costruzioni diverse, quindi un preventivo dovrebbe indicare la tecnologia proposta piuttosto che trattare "passivo integrato" come un singolo processo standard. La guida alla produzione di circuiti stampati fornisce il contesto di processo per le informazioni di produzione richieste al momento del rilascio del progetto.

Per un preventivo di produzione di PCB con componenti passivi integrati , fornire la configurazione completa dei componenti, il grado del materiale, i valori e le tolleranze dei componenti passivi, la tensione o la corrente di esercizio, i requisiti di temperatura e frequenza (ove applicabili), la geometria delle connessioni, l'accesso per i test e la quantità. Se il progetto è in fase di prototipo, specificare se l'obiettivo è una realizzazione di fattibilità, un campione di ingegneria, un lotto di qualificazione o il rilascio in produzione. Il piano di test e i limiti di accettazione devono essere concordati prima della prima realizzazione.

Il servizio di fabbricazione di PCB di Highleap è rilevante per la costruzione complessiva della scheda multistrato, mentre la revisione DFM del PCB può aiutare a identificare le informazioni di progettazione mancanti prima del rilascio. Per i progetti chiavi in ​​mano che includono anche componenti a montaggio superficiale, è necessario coordinare la distinta base (BOM) e l'ambito di assemblaggio tramite i servizi di assemblaggio PCB . La tecnologia integrata e i requisiti di qualificazione esatti devono essere confermati rispetto al progetto presentato.

• Pacchetto preventivo: File Gerber/ODB++, stackup completo, tipo e valori dei componenti passivi, tolleranza, materiali, condizioni operative, dettagli di connessione, piano di prova e volume previsto.

Domande frequenti sulla produzione di PCB con componenti passivi integrati

È possibile incorporare qualsiasi componente?

No. Il componente o il materiale passivo deve essere compatibile con l'intero ciclo di laminazione e i suoi collegamenti elettrici devono rimanere affidabili dopo la pressatura. La qualificazione deve basarsi sul componente o materiale specifico, sulla stratificazione, sul profilo di laminazione e sui criteri di prova, anziché presumere che un'intera categoria di package sia idonea.

Come vengono controllati i valori se si trovano all'interno della scheda?

Attraverso il processo e il campionamento. Un coupon o una struttura di prova realizzata con il panel stabilisce che il processo rispetta i valori e le tolleranze, e viene concordato il piano di campionamento. Per un programma in cui ogni unità deve essere misurata, ciò deve essere specificato, perché modifica i costi e i tempi di ciclo.

I componenti passivi incorporati influenzano l'impedenza delle tracce vicine?

Sì, è possibile. Una capacità tra due piani introduce una capacità in parallelo ai piani sopra quella regione, modificando l'impedenza di una traccia che corre al di sopra di essa. Se il progetto prevede un instradamento a impedenza controllata in prossimità di uno strato di condensatori incorporati, è necessario tenerne conto nella configurazione dell'impedenza.

È possibile assemblare e testare normalmente una scheda passiva integrata?

L'assemblaggio è normale, poiché non ci sono elementi aggiuntivi in ​​superficie. Il collaudo richiede attenzione: il componente incorporato potrebbe non essere raggiungibile da un dispositivo di prova, quindi un test funzionale o una struttura di prova sono solitamente la soluzione. Se è necessaria una copertura di test in-circuit, questo è un input di progettazione e dovrebbe essere definito fin dalle prime fasi.

Cosa succederebbe se un fornitore precedente rifiutasse l'incarico?

Le ragioni più comuni sono una costruzione effettivamente non supportata, un componente non idoneo all'incorporamento o un volume di produzione inferiore alla soglia economica. Tutte e tre sono legittime. La domanda da porsi è quale delle tre sia la causa, perché la prima è di natura tecnica, la seconda è una modifica di progettazione e la terza è una decisione commerciale. L'invio del file Gerber, dello stackup e dei codici specifici dei componenti di solito permette di distinguerle rapidamente.