Fabricage van passieve printplaten voor geïntegreerde ontwerpen

Highleap Electronics biedt projectbeoordelingen voor de productie van printplaten met ingebouwde passieve componenten. Het gaat hierbij om PCB-ontwerpen waarbij specifieke passieve functies in de printplaatconstructie zijn geïntegreerd in plaats van alle componenten op het oppervlak te plaatsen. Afhankelijk van de vereiste technologie kan dit gaan om ingebouwde weerstandselementen, ingebouwde condensatoren of een andere gedefinieerde passieve structuur. Als uw huidige leverancier de voorgestelde constructie niet kan ondersteunen, stuur ons dan de opbouw, de elektrische doelstellingen en de materiaaleisen voor een haalbaarheidsstudie en een offerteaanvraag.

Voor de fabricage van printplaten met ingebouwde passieve componenten is een nauwkeurige bepaling van de technologie essentieel. Ontwerpen voor printplaten met ingebouwde weerstanden en ontwerpen voor printplaten met ingebouwde condensatoren maken niet gebruik van identieke materialen, geometrieën of verificatiemethoden. Highleap beoordeelt het gevraagde passieve componenttype, de waarde en tolerantie, de laagpositie, de aansluitdetails, de lamineervereisten, de testtoegang en de programmaomvang voordat de projectomvang wordt bevestigd.

Wat is embedded passieve PCB-productie?

Er bestaan ​​verschillende technologieën die allemaal "embedded passive" worden genoemd, maar het zijn geen varianten op hetzelfde principe. De classificatie die ertoe doet, is waar de functie van het component vandaan komt.

De eerste rij is verreweg de meest voorkomende in massaproductie, omdat er geen ongebruikelijke componenten nodig zijn en geen speciale plaatsingsapparatuur. De tweede rij is wat de meeste mensen voor zich zien als ze de term horen, en het is de moeilijkste om te produceren, omdat het component een perscyclus moet doorstaan ​​en aan beide zijden met koper verbonden moet zijn.

Geïntegreerd passief printplaatfabricageproces voor weerstanden en condensatoren

Bij de constructie van discrete embedded componenten is de procesvolgorde bepalend voor de haalbaarheid van het ontwerp. De component wordt niet aan een afgewerkte printplaat toegevoegd, maar wordt tijdens de productie van de printplaat in de stapel opgenomen.

Uit die tabel kunnen we drie observaties afleiden, die de meeste offertes die u zult ontvangen verklaren.

• De passieve structuur moet geschikt zijn voor de volledige procescyclus. Ga er niet van uit dat een standaard SMD-weerstand of -condensator bestand is tegen de temperatuur, druk en harsstroom tijdens het lamineren. De geschiktheid hangt af van de inbeddingstechnologie, de componentconstructie, het ontwerp van de aansluitingen, de elektrische stabiliteit en het daadwerkelijke persprofiel.
• Het onderdeel moet nauwkeurig worden geplaatst en vastgehouden. Daarom moet het ontwerp een oriëntatie en in veel gevallen een polariteits- of pin-1-markering definiëren.
• De constructie vereist doorgaans meer lamineercycli dan een normale printplaat. Dat is waar de meeste kosten en de langste doorlooptijd zitten, en daarom worden ingebouwde passieve componenten meestal gespecificeerd op printplaten die al als een opbouwstructuur worden geproduceerd.

Het lamineerproces wordt beschreven in onze handleiding voor het lamineren van printplaten , en de verschillende manieren waarop een lagenstapel in fasen kan worden opgebouwd, komen aan bod in onze handleiding voor hybride printplaatlaminering . Details over de laminaatconstructie, inclusief hoe prepreg en kern zich gedragen in een pers, zijn te vinden in onze handleiding voor de constructie van printplaatlaminaat.

Voordelen en beperkingen van ingebouwde passieve printplaten

Ingebouwde passieve componenten zijn de complexiteit waard in een beperkt aantal situaties, en het is belangrijk om eerlijk te zijn over het feit dat de meeste ontwerpen ze niet nodig hebben.

Het loont de moeite wanneer: het aantal passieve componenten hoog is en de printplaatruimte beperkt is, waardoor het verplaatsen van honderd ontkoppelingscondensatoren van het oppervlak naar de printplaat daadwerkelijk routingruimte vrijmaakt; het ontwerp hoogfrequent is en de parasitaire inductantie van een oppervlaktecondensator met een via de prestaties beperkt; het ontwerp een dunne of flexibele assemblage betreft waarbij de componenthoogte van belang is; of het ontwerp capaciteitswaarden vereist die alleen beschikbaar zijn als ingebedde structuren, zoals een vlakke-paarcondensator die wordt gebruikt als een gedistribueerd ontkoppelingsnetwerk.

Het is niet rendabel wanneer: het ontwerp een handvol passieve componenten en veel printplaatoppervlak heeft; het programma een lage oplage heeft en de gereedschaps- en instelkosten niet kunnen worden afgeschreven; de passieve componenten individueel vervangbaar of qua waarde beperkt moeten zijn; of de vereiste waarden en toleranties ruimschoots beschikbaar zijn in standaard SMD-componenten tegen lagere kosten.

Een veelvoorkomende bron van verwarring is dat de constructie met ingebedde capaciteit en de constructie met discrete, ingebedde componenten onder dezelfde noemer worden verkocht, maar economisch gezien totaal verschillende aspecten hebben. Ingebedde capaciteit is een materiaalkeuze : je verandert het laminaat en de opbouw, waardoor elk paar vlakken op de printplaat een condensator wordt. Discrete, ingebedde componenten zijn een proceskeuze : je voegt een plaatsings- en lamineerstap toe om specifieke onderdelen in de printplaat te integreren. Als een leverancier een offerte uitbrengt voor de ene optie terwijl je de andere bedoelt, zal het prijsverschil groot zijn en zal het gesprek moeizaam verlopen. Het is belangrijk om dit onderscheid expliciet in de offerteaanvraag te vermelden. De bredere vraag wat het betekent om elektronica in een printplaat te integreren, wordt besproken in onze handleiding voor ingebedde printplaatstructuren.

Ingebouwde passieve printplaten versus SMT-weerstanden en -condensatoren

Die laatste regel is bepalend voor de meeste programma's. Ingebouwde passieve componenten zijn een manier om assemblagekosten om te zetten in productiekosten, en die afweging is alleen de moeite waard als het volume hoog genoeg is om de opstartkosten terug te verdienen.

Ontwerprichtlijnen voor passieve printplaten en DFM-vereisten

Dit zijn de regels die het vaakst een herontwerp noodzakelijk maken, en het is de moeite waard om deze vast te leggen voordat het artwork wordt vrijgegeven.

• Componentselectie. Ingebedde resistieve folies, dunnefilmweerstanden, diëlektrische materialen met ingebedde capaciteit en discrete componenten zijn verschillende implementatiemogelijkheden. Een discrete component moet worden gekwalificeerd op basis van het daadwerkelijke lamineerprofiel, de druk, het harssysteem, de aansluitmethode en de elektrische limieten na de verwerking. Vermijd algemene aannames op basis van het type behuizing of de capaciteitswaarde; controleer het specifieke onderdeelnummer en de constructie voordat u zich vastlegt op het ontwerp.
• Tolerantie voor de diepte van de holte. De uitsparing moet qua hoogte nauw aansluiten op het onderdeel, zodat de aansluitingen goed contact maken en het onderdeel niet wordt samengedrukt. De hoogtetolerantie binnen een batch componenten wordt daarom een ​​belangrijke ontwerpfactor.
• Plaatsingstolerantie en oriëntatie. Een niet-symmetrisch onderdeel vereist een gedefinieerde oriëntatie, en het koper dat met de aansluitingen verbonden wordt, moet binnen de procestolerantie naar de juiste positie getrokken worden.
• Geen herwerking nodig. Een ontwerp dat herziening behoeft, mag het component niet in de printplaat plaatsen. Dit betekent ook dat de teststrategie voor de assemblage moet veranderen: een in-circuit testarmatuur kan een ingebedde node mogelijk niet bereiken.
• Afstand tot de randen van de printplaat en de via's. Het ingebedde gedeelte moet de gespecificeerde afstanden tot de randen van de printplaat, de geplateerde gaten en het aangrenzende koper behouden. De vereiste afstand is afhankelijk van de gekozen ingebedde passieve constructie en het lamineer- of patroonvormingsproces.
• Waarde- en tolerantieverklaring. Het ontwerp moet de streefwaarde en de acceptabele tolerantie specificeren, en de fabrikant moet aangeven wat het proces kan verdragen. Dit zijn verschillende waarden en er mag niet van worden uitgegaan dat ze overeenkomen.

Omdat een ingebed passief component interactie heeft met de stackup, blijven de standaard DFM-controles van toepassing en is het de moeite waard om ze volledig uit te voeren op dit ontwerp. Onze DFM-beoordeling van het PCB-ontwerp behandelt de gebruikelijke regels, en de algemene vraag hoe een stackup gedocumenteerd moet worden, wordt behandeld in ons PCB-stackupontwerp.

Hoe ingebouwde weerstanden en condensatoren worden getest

Een ingebed passief component is na laminering mogelijk niet direct toegankelijk voor testen. Daarom moeten de testtoegang en de verificatiestrategie worden gepland voordat de stackup wordt vrijgegeven. Er worden vier benaderingen gebruikt, meestal in combinatie.

• Proceskwalificatie op basis van coupons. Naast het paneel wordt een testcoupon met dezelfde ingebouwde structuur gemaakt en deze coupon wordt gemeten. Dit bevestigt dat het proces zijn waarde behoudt, zonder de kosten van het testen van elke printplaat. Het is de standaardaanpak voor een stabiel productieproces.
• Teststructuren op het paneel. Condensatoren of weerstanden van het ingebouwde type worden op een daarvoor bestemde plek in het paneel geplaatst en gemeten. Dit voegt een klein oppervlak toe en levert gegevens per paneel op.
• Elektrische test van de geassembleerde printplaat. De functionele prestaties van het circuit worden aan het eind van de productielijn gemeten. Dit detecteert grove fouten, maar kan meestal geen passief component opsporen dat iets buiten de tolerantie valt.
• Doorsnede en microscopie. Voor ontwikkelingsbuilds bevestigt dit dat het component correct is ingebed, dat het koper goed is verbonden met de aansluitingen en dat er geen holtes rondom het onderdeel aanwezig zijn.

Het onderscheid dat er in een contract toe doet, is tussen meting per printplaat en proceskwalificatie. Proceskwalificatie betekent dat de waarde wordt gecontroleerd door het proces en bemonsterd; meting per printplaat betekent dat elke eenheid wordt gemeten, wat daadwerkelijke kosten met zich meebrengt in termen van doorlooptijd. Beide zijn legitiem, maar ze moeten expliciet in de offerte worden vermeld, omdat "ingebedde passieve componenten worden gecontroleerd" geen specificatie is. De bredere mogelijkheden voor het meten van afgewerkte printplaten worden beschreven in onze PCB-testmethoden.

Inkoop en kwalificatie van passieve PCB-componenten voor embedded systemen

Dit is het onderdeel van embedded passives dat een veelbelovend ontwerp het vaakst in een vastgelopen project verandert, en het is de moeite waard om dit eerst goed door te nemen voordat er een offerte wordt uitgebracht.

• Het onderdeel moet exact worden gespecificeerd. Niet "een 100 nF 0402 condensator", maar een fabrikant en onderdeelnummer, omdat het inbeddingsproces moet worden gekwalificeerd op basis van de specifieke afmetingen, de hoogtetolerantie en de metaalstructuur van de aansluitingen van dat onderdeel.
• Lotcontrole is belangrijker dan ooit. Omdat de componenten zich in de printplaat bevinden, is een verandering van fabrikant of productielocatie een verandering in het gekwalificeerde proces. Dit moet daarom worden gecontroleerd en niet als een aankoopbeslissing worden beschouwd.
• De beschikbaarheid moet worden gecontroleerd voordat het ontwerp definitief wordt vastgelegd. Een component dat alleen via een distributiekanaal op basis van toewijzing beschikbaar is, vormt een risico voor het hele programma, en dit risico is pas zichtbaar nadat de bestelling is geplaatst.
• De kwalificatie geldt per constructie, niet per onderdeel. Zodra een constructie en een componentfamilie gekwalificeerd zijn, is het toevoegen van een andere waarde uit dezelfde familie eenvoudig; het toevoegen van een ander componenttype vereist een nieuwe kwalificatie. sourcing van elektronische componenten Dit gedeelte beschrijft hoe inkoop en productie samen worden aangepakt, en de bredere aanpak wordt beschreven op onze pagina over inkoopmogelijkheden.

Kosten, minimale bestelhoeveelheid (MOQ) en levertijd van embedded passieve printplaten

De prijs van ingebouwde passieve componenten wordt bepaald aan de hand van opstartkosten en productiekosten, en het verschil tussen beide is aanzienlijk.

De opstartkosten bestaan ​​uit de matrijs voor de matrijs, de positioneringsmal, de proceskwalificatie en de materiaalspecificatie. Deze kosten worden eenmalig betaald en zijn de reden waarom een ​​programma met een lage oplage zelden economisch haalbaar is. Wanneer een ontwerp een bescheiden oplage heeft en dezelfde prestaties kunnen worden behaald met minder oppervlaktecomponenten, is de conventionele productiemethode meestal de meest praktische keuze. Een leverancier die ingebouwde passieve componenten in een programma van 50 stuks aanbiedt zonder deze afweging uit te leggen, is niet eerlijk.

De doorlooptijd hangt af van het productieproces en niet zozeer van het materiaal. Het toevoegen van een ingebedde laag betekent over het algemeen minstens één extra lamineercyclus en een extra bouwstap, en het materiaal kan een niet-standaard laminaat zijn met een eigen levertijd. Onze richtlijnen voor de doorlooptijd van laminaten hebben betrekking op de materiaalkant hiervan, en het effect van de materiaalkeuze op de gehele printplaat wordt behandeld in ons overzicht van PCB-materialen.

De meest efficiënte manier om te testen of een ontwerp de conversie waard is, is door de kosten van beide versies te vergelijken met het daadwerkelijke productievolume, inclusief de bespaarde assemblagekosten. Die vergelijking is vaak doorslaggevend en het is de moeite waard om een ​​fabrikant die vergelijking te laten maken in plaats van één prijs voor de geïntegreerde optie te accepteren.

Ingebouwde passieve componenten versus ingebouwde substraten

Deze twee worden vaak door elkaar gehaald omdat ze allebei iets in het bord plaatsen. Ze zijn echter structureel verschillend en dat onderscheid is op een tekening gemakkelijk over het hoofd te zien.

• Ingebouwde passieve: discrete passieve componenten of een vlakke-paarcondensator, geïntegreerd in het laminaat. De printplaat blijft één geheel. De functionaliteit bevindt zich in het diëlektricum of in een onderdeel daarin.
• Ingebed substraatEen aparte printplaat of module die in een uitsparing is geplaatst en met de host is verbonden, zodat de module een actief circuit bevat. Dit is de constructie die wordt beschreven op onze pagina over printplaten met ingebouwde substraten.

The choice is usually clear once stated. If the goal is to free up surface area and reduce parasitic inductance, an embedded passive achieves it. If the goal is to integrate a complete module into the board, an ingebed substraat is the construction that does it.

Fabrikant van passieve printplaten voor embedded systemen: haalbaarheidsstudie en offertes

Voor teams die op zoek zijn naar een ingebouwde passieve PCB-fabrikantHighleap kan de beoogde ingebedde structuur en de bijbehorende printplaatproductievereisten beoordelen. De offerteaanvraag moet aangeven of het ontwerp gebruikmaakt van een ingebouwde weerstand op de printplaateen ingebouwde condensator op de printplaat, buried capacitance, a printed resistive layer or another defined approach. These terms describe different constructions, so a quote should state the proposed technology rather than treat “embedded passive” as a single standard process. The guide to manufacturing printed circuits gives process context for the manufacturing information required at design release.

Voor een offerte voor de productie van ingebouwde passieve printplaten dient u de volledige stackup, materiaalkwaliteit, passieve waarden en toleranties, bedrijfsspanning of -stroom, temperatuur- en frequentie-eisen (indien van toepassing), aansluitgeometrie, testtoegang en de gewenste hoeveelheid te vermelden. Indien het project zich in de prototypefase bevindt, dient u aan te geven of het doel een haalbaarheidsstudie, een engineering sample, een kwalificatiebatch of een productierelease betreft. Het testplan en de acceptatiegrenzen dienen vóór de eerste productie te worden overeengekomen.

De PCB-fabricageservice van Highleap is relevant voor de algehele constructie van meerlaagse printplaten, terwijl de PCB DFM-review kan helpen bij het identificeren van ontbrekende ontwerpinformatie vóór de release. Voor turnkey-projecten die ook oppervlaktemontagecomponenten bevatten, kunt u de stuklijst (BOM) en de assemblageomvang afstemmen via de PCB-assemblageservices . De exacte embedded technologie en kwalificatie-eisen moeten worden bevestigd aan de hand van het ingediende ontwerp.

• Offertepakket: Gerber/ODB++-bestanden, volledige stackup, passief type en waarden, tolerantie, materialen, bedrijfsomstandigheden, aansluitgegevens, testplan en verwachte testvolume.

Veelgestelde vragen over de productie van passieve printplaten voor embedded systemen

Kan elk onderdeel worden ingebed?

Nee. Het onderdeel of passieve materiaal moet compatibel zijn met de volledige lamineercyclus en de elektrische verbindingen moeten na het persen betrouwbaar blijven. Bij de kwalificatie moet rekening worden gehouden met het specifieke onderdeel of materiaal, de opbouw, het lamineerprofiel en de testcriteria, in plaats van ervan uit te gaan dat een hele pakketcategorie geschikt is.

Hoe worden de waarden beheerd als ze zich binnen het bord bevinden?

Door middel van het proces en door middel van steekproeven. Een coupon of teststructuur, gebouwd met het paneel, bevestigt dat het proces de waarde en tolerantie handhaaft, en het steekproefplan wordt vastgesteld. Voor een programma waarbij elke eenheid moet worden gemeten, moet dit worden gespecificeerd, omdat het de kosten en de cyclustijd beïnvloedt.

Beïnvloeden ingebouwde passieve componenten de impedantie van nabijgelegen sporen?

Dat kan. Een capaciteit tussen twee vlakken introduceert een parallelle capaciteit in de vlakken boven dat gebied, waardoor de impedantie van een erboven lopend spoor verandert. Als het ontwerp gebruikmaakt van routing met gecontroleerde impedantie in de buurt van een ingebedde condensatorlaag, moet de impedantieopbouw hiermee rekening houden.

Kan een ingebouwde passieve printplaat op de normale manier worden geassembleerd en getest?

De montage is normaal, omdat er niets extra's aan de oppervlakte zit. Testen vereist wel de nodige aandacht: het ingebedde component is mogelijk niet bereikbaar met een testopstelling, dus een functionele test of een teststructuur is meestal de oplossing. Als in-circuit testdekking vereist is, is dat een ontwerpinput en moet dit vroegtijdig worden vastgelegd.

Wat als een vorige leverancier de opdracht weigert?

De meest voorkomende redenen zijn een constructie die daadwerkelijk niet ondersteund wordt, een component dat niet geschikt is voor inbouw, of een programmaomvang onder de economische drempel. Alle drie zijn legitiem. De vraag die gesteld moet worden, is welke van de drie het betreft, want de eerste is een technische reden, de tweede een ontwerpwijziging en de derde een commerciële beslissing. Het versturen van het Gerber-bestand, de stackup en de specifieke onderdeelnummers zal meestal snel uitsluitsel geven.