Produkcja pasywnych płytek PCB do projektów zintegrowanych

Firma Highleap Electronics oferuje przeglądy projektów produkcji pasywnych płytek PCB, które integrują określone funkcje pasywne w konstrukcji płytki, zamiast umieszczać wszystkie komponenty na powierzchni. W zależności od wymaganej technologii, może to obejmować wbudowane elementy rezystancyjne, wbudowane elementy pojemnościowe lub inną zdefiniowaną strukturę pasywną. Jeśli Twój obecny dostawca nie jest w stanie zrealizować proponowanej konstrukcji, prześlij nam dane dotyczące stosu, celów elektrycznych i wymagań materiałowych w celu analizy wykonalności i wyceny.

W przypadku produkcji pasywnych płytek PCB technologia musi być precyzyjnie określona. Projekty płytek PCB z wbudowanymi rezystorami i kondensatorami różnią się materiałami, geometrią ani metodami weryfikacji. Highleap weryfikuje wymagany typ pasywny, wartość i tolerancję, położenie warstw, szczegóły połączeń, wymagania dotyczące laminacji, dostęp do testów i objętość programu przed potwierdzeniem zakresu projektu.

Na czym polega produkcja pasywnych płytek PCB?

Istnieje kilka różnych technologii, które wszystkie określa się mianem „wbudowanych pasywnych” i nie są one wariacjami na temat tego samego. Klasyfikacja ma znaczenie, ponieważ pochodzi od funkcji komponentu.

Pierwszy rząd jest zdecydowanie najpopularniejszy w produkcji seryjnej, ponieważ nie wymaga nietypowych komponentów ani specjalnego sprzętu montażowego. Drugi rząd to ten, który większość ludzi wyobraża sobie, słysząc ten termin, i jest najtrudniejszy w budowie, ponieważ wymaga, aby komponent przetrwał cykl prasowania i był podłączony do miedzi z obu stron.

Proces wytwarzania pasywnych płytek PCB dla rezystorów i kondensatorów

W przypadku konstrukcji dyskretnych komponentów wbudowanych, sekwencja procesu decyduje o wykonalności projektu. Komponent nie jest dodawany do gotowej płytki, lecz jest umieszczany w stosie w trakcie jego tworzenia.

Z tabeli tej wynikają trzy obserwacje, które wyjaśniają większość otrzymanych cytatów.

• Konstrukcja pasywna musi przejść pełny cykl procesu. Nie zakładaj, że standardowy rezystor lub kondensator do montażu powierzchniowego wytrzyma temperaturę, ciśnienie i przepływ żywicy podczas laminowania. Przydatność zależy od technologii osadzania, konstrukcji komponentu, konstrukcji zacisku, stabilności elektrycznej i rzeczywistego profilu prasy.
• Element musi być umieszczony i trzymany dokładnie. Dlatego projekt musi określać orientację, a w wielu przypadkach także polaryzację lub znacznik pinu 1.
• Do jego wykonania zazwyczaj potrzeba więcej cykli laminowania niż w przypadku zwykłej płyty. To właśnie na to składają się największe koszty i na to przypada większość czasu realizacji, dlatego też elementy pasywne są zazwyczaj instalowane na płytkach, które są już zbudowane jako struktura rozwojowa.

Proces laminowania jest opisany w naszym dokumencie „Proces laminowania PCB” , a sposoby etapowego budowania warstwy warstwowej w dokumencie „Hybrydowe laminowanie PCB” . Szczegóły konstrukcji laminatu, w tym zachowanie się prepregu i rdzenia w prasie, znajdują się w dokumencie „ Konstrukcja laminatu PCB”.

Zalety i ograniczenia wbudowanych pasywnych płytek PCB

Wbudowane elementy pasywne są warte złożoności w wąskim zestawie sytuacji i warto być uczciwym co do faktu, że większość projektów ich nie potrzebuje.

Rozwiązanie to się opłaca, gdy: liczba elementów pasywnych jest duża, a powierzchnia płytki jest ograniczona, tak że przeniesienie stu kondensatorów odsprzęgających z powierzchni na płytkę zwalnia rzeczywistą powierzchnię do układania; konstrukcja ma wysoką częstotliwość, a pasożytnicza indukcyjność kondensatora powierzchniowego z przelotką ogranicza wydajność; konstrukcja ma formę cienkiego lub elastycznego układu, w którym wysokość komponentów ma znaczenie; lub projekt wymaga wartości pojemności, które są dostępne tylko w przypadku struktur wbudowanych, takich jak pojemność pary płaszczyzn używanej jako rozproszona sieć odsprzęgająca.

Rozwiązanie to się nie opłaca, gdy: projekt zawiera niewiele elementów pasywnych i dużo miejsca na płytce; seria jest niewielka, a kosztów narzędzi i konfiguracji nie można zamortyzować; elementy pasywne muszą być wymienialne indywidualnie lub trzeba je obniżyć; lub wymagane wartości i tolerancje są powszechnie dostępne w standardowych częściach do montażu powierzchniowego po niższej cenie.

Częstym źródłem nieporozumień jest to, że konstrukcja z wykorzystaniem pojemności zakopanej i konstrukcja z wykorzystaniem dyskretnych komponentów wbudowanych są sprzedawane pod tą samą nazwą, ale mają zupełnie inną ekonomikę. Pojemność zakopana to decyzja materiałowa : zmieniasz laminat i układ warstw, a każda para płaszczyzn na płytce staje się kondensatorem. Dyskretne komponenty wbudowane to decyzja procesowa : dodajesz etap rozmieszczenia i laminowania, aby umieścić określone elementy wewnątrz płytki. Jeśli dostawca poda w ofercie jeden, a Ty miałeś na myśli drugi, różnica w cenie będzie duża i rozmowa nie potoczy się pomyślnie. Warto to rozróżnienie wyraźnie zaznaczyć w zapytaniu ofertowym, a szersze zagadnienie dotyczące budowy elektroniki wewnątrz płytki omówiono w naszym artykule o strukturach PCB wbudowanych.

Wbudowane pasywne płytki PCB a rezystory i kondensatory SMT

Ten ostatni wiersz decyduje o większości programów. Wbudowane elementy pasywne to sposób na przeliczenie kosztów montażu na koszty produkcji, a transakcja opłaca się tylko wtedy, gdy wolumen jest wystarczająco duży, aby zamortyzować konfigurację.

Wytyczne dotyczące projektowania wbudowanych pasywnych płytek PCB i wymagania DFM

To właśnie te zasady najczęściej wymuszają zmianę projektu i warto je ustalić przed udostępnieniem dzieła.

• Wybór komponentów. Wbudowane folie rezystancyjne, rezystory cienkowarstwowe, materiały dielektryczne o wbudowanej pojemności i elementy dyskretne to różne metody implementacji. Element dyskretny musi zostać zakwalifikowany pod kątem rzeczywistego profilu laminacji, ciśnienia, systemu żywic, metody łączenia zacisków i ograniczeń elektrycznych po procesie. Unikaj ogólnych założeń opartych na typie obudowy lub wartości pojemności; przed podjęciem decyzji o projekcie sprawdź konkretny numer katalogowy i konstrukcję.
• Tolerancja głębokości wnęki. Wgłębienie musi być wystarczająco dokładnie dopasowane do wysokości elementu, aby styki się połączyły, a element nie uległ zgnieceniu. Tolerancja wysokości w całej partii elementów staje się zatem czynnikiem wpływającym na projekt.
• Tolerancja rozmieszczenia i orientacja. Część niesymetryczna wymaga określonego ukierunkowania, a miedź łącząca ją z zaciskami musi zostać narysowana w rzeczywistym położeniu mieszczącym się w tolerancji procesu.
• Bez przeróbek. Projekt wymagający przeróbek nie może obejmować umieszczenia komponentu wewnątrz płytki. Oznacza to również konieczność zmiany strategii testowania montażu: przyrząd testowy wewnątrz obwodu może nie być w stanie dotrzeć do węzła wbudowanego.
• Odstępy od krawędzi płytki i otworów przelotowych. Obszar osadzony musi zachować określone odstępy od krawędzi płytki, otworów metalizowanych i sąsiadującej miedzi. Wymagany odstęp zależy od wybranej konstrukcji pasywnej i procesu laminowania lub wzorowania.
• Oświadczenie o wartościach i tolerancji. Projekt musi określać wartość docelową i dopuszczalną tolerancję, a producent musi określić, co proces jest w stanie obsłużyć. Są to różne wartości i nie należy zakładać, że są one takie same.

Ponieważ wbudowany element pasywny oddziałuje ze stackupem, standardowe kontrole DFM nadal obowiązują i warto je w pełni przeprowadzić w tym projekcie. Nasz przegląd projektu PCB pod kątem możliwości produkcji (DFM) obejmuje standardowy zestaw reguł, a ogólne pytanie o to, jak powinien być dokumentowany stackup, znajduje się w naszym projekcie PCB.

Jak testuje się rezystory i kondensatory wbudowane

Wbudowany układ pasywny może nie być bezpośrednio dostępny do sondowania po laminowaniu, dlatego dostęp testowy i strategia weryfikacji muszą zostać zaplanowane przed udostępnieniem stosu. Stosowane są cztery podejścia, zazwyczaj w połączeniu.

• Kwalifikacja procesu oparta na kuponach. Obok panelu budowany jest próbnik testowy z tą samą wbudowaną strukturą, który następnie poddaje się pomiarowi. Pozwala to ustalić, czy proces zachowuje wartość, bez konieczności testowania każdej płytki. Jest to standardowe podejście w stabilnym programie produkcyjnym.
• Struktury testowe na panelu. Kondensatory lub rezystory typu wbudowanego umieszcza się w wyznaczonym obszarze panelu i poddaje pomiarom. Powoduje to zwiększenie powierzchni i uzyskanie danych dla każdego panelu.
• Test elektryczny zmontowanej płytki. Wydajność funkcjonalna układu jest mierzona na końcu linii, co pozwala na wykrycie dużego błędu, ale zwykle nie pozwala na wyizolowanie sygnału pasywnego, który nieznacznie wykracza poza tolerancję.
• Przekrój poprzeczny i mikroskopia. W przypadku wersji rozwojowych potwierdza to, że komponent jest prawidłowo osadzony, że miedź jest podłączona do zacisków i że wokół części nie ma pustych przestrzeni.

W umowie istotne jest rozróżnienie między pomiarem jednostkowym a kwalifikacją procesu. Kwalifikacja procesu oznacza, że ​​wartość jest kontrolowana przez proces i próbkowana; pomiar jednostkowy oznacza pomiar każdej jednostki, co wiąże się z rzeczywistym kosztem w czasie cyklu. Oba te rodzaje pomiarów są uzasadnione, ale powinny być wyraźnie wymienione w ofercie, ponieważ „wbudowane elementy pasywne zostaną zweryfikowane” nie jest specyfikacją. Szersze możliwości pomiaru gotowych płytek omówiono w naszych metodach testowania PCB.

Zaopatrzenie i kwalifikacja wbudowanych pasywnych komponentów PCB

To właśnie ta część wbudowanych elementów pasywnych najczęściej sprawia, że ​​obiecujący projekt staje się zatrzymanym programem i warto ją omówić przed złożeniem oferty.

• Część musi być dokładnie określona. Nie „kondensator 100 nF 0402”, ale producent i numer części, ponieważ proces osadzania musi zostać zakwalifikowany w oparciu o wymiary konkretnej części, jej tolerancję wysokości i metalurgię jej zakończeń.
• Kontrola partii jest ważniejsza niż zwykle. Ponieważ komponenty znajdują się wewnątrz płytki, zmiana producenta lub miejsca produkcji jest zmianą procesu kwalifikowanego i należy ją kontrolować, a nie traktować jako decyzję o zakupie.
• Dostępność musi zostać sprawdzona przed zamrożeniem projektu. Komponent, który jest dostępny w kanale dystrybucji dopiero po przydzieleniu, stanowi ryzyko dla całego programu, a ryzyko to jest niewidoczne do momentu złożenia zamówienia.
• Kwalifikacja dotyczy konkretnej konstrukcji, a nie części. Po zakwalifikowaniu konstrukcji i rodziny komponentów dodanie kolejnej wartości z tej samej rodziny jest proste; dodanie innego typu komponentu to nowa kwalifikacja. pozyskiwanie komponentów elektronicznych opisuje sposób, w jaki sourcing i produkcja są ze sobą powiązane, a szersze podejście opisano na naszej stronie poświęconej możliwościom sourcingu.

Koszt, minimalna ilość zamówienia i czas realizacji dla wbudowanej pasywnej płytki PCB

Wbudowane elementy pasywne wyceniane są na podstawie kosztów konfiguracji i kosztów krańcowych, a różnica między nimi jest znaczna.

Koszt przygotowania obejmuje oprzyrządowanie do produkcji wnęk, uchwyt montażowy, kwalifikację procesu oraz specyfikację materiałową. Jest on opłacany jednorazowo i dlatego program niskoseryjny rzadko jest ekonomiczny. W przypadku projektów o niewielkiej objętości, gdzie tę samą wydajność można uzyskać przy mniejszej liczbie elementów powierzchniowych, konwencjonalna metoda jest zazwyczaj bardziej praktycznym wyborem produkcyjnym, a dostawca, który wycenia wbudowane elementy pasywne w programie 50-elementowym bez wyjaśnienia tego kompromisu, nie jest z Tobą szczery.

Czas realizacji zamówienia zależy od przebiegu procesu, a nie od materiału. Dodanie warstwy osadzonej zazwyczaj oznacza co najmniej jeden dodatkowy cykl laminowania i dodatkowy etap produkcji, a materiał może być niestandardowym laminatem, który wymaga osobnego czasu realizacji. Nasze wytyczne dotyczące czasu realizacji zamówienia na laminaty obejmują aspekt materiałowy, a wpływ wyboru materiału na całą płytkę jest omówiony w naszym przeglądzie materiałów PCB.

Najczystszym sposobem sprawdzenia, czy projekt jest wart konwersji, jest wycena obu wersji w odniesieniu do rzeczywistej objętości programu, wliczając w to zaoszczędzone koszty montażu. Takie porównanie jest często decydujące i warto poprosić o nie producenta, zamiast akceptować jedną cenę za opcję wbudowaną.

Wbudowane komponenty pasywne a wbudowane podłoża

Te dwa elementy są często mylone, ponieważ oba umieszczają coś wewnątrz planszy. Różnią się strukturą i łatwo przeoczyć tę różnicę na rysunku.

• Wbudowane pasywne: dyskretne elementy pasywne lub pojemność pary płaskiej, zintegrowane z laminatem. Płytka pozostaje jednoczęściowa. Funkcja jest zawarta w dielektryku lub w elemencie wewnątrz niego.
• Wbudowany substrat: oddzielna płytka lub moduł umieszczony we wnęce i połączony z hostem, dzięki czemu zespół zawiera wewnątrz aktywny obwód. Jest to konstrukcja opisana na naszej stronie poświęconej płytkom PCB z wbudowanym podłożem.

Wybór jest zazwyczaj jasny, gdy już zostanie określony. Jeśli celem jest zwolnienie powierzchni i zmniejszenie indukcyjności pasożytniczej, wbudowany element pasywny spełnia ten cel. Jeśli celem jest zintegrowanie całego modułu z płytką, to wbudowany substrat jest konstrukcją, która to umożliwia.

Producent wbudowanych pasywnych płytek PCB do analizy wykonalności i wyceny

Zespoły poszukujące producenta pasywnych płytek PCB , Highleap może dokonać przeglądu planowanej struktury i powiązanych z nią wymagań dotyczących produkcji płytek PCB. Zapytanie ofertowe (RFQ) powinno określać, czy projekt wykorzystuje płytkę PCB z wbudowanym rezystorem , płytkę PCB z wbudowanym kondensatorem , zakopaną pojemność, drukowaną warstwę rezystancyjną czy inne zdefiniowane podejście. Terminy te opisują różne konstrukcje, dlatego oferta powinna określać proponowaną technologię, a nie traktować „pasywnej płytki wbudowanej” jako pojedynczego standardowego procesu. Przewodnik po produkcji płytek drukowanych zawiera kontekst procesu dla informacji produkcyjnych wymaganych w momencie zatwierdzenia projektu.

Aby uzyskać wycenę na produkcję pasywnej płytki PCB , należy podać pełną specyfikację stosu, klasę materiału, wartości i tolerancje pasywne, napięcie lub prąd roboczy, wymagania dotyczące temperatury i częstotliwości (jeśli dotyczy), geometrię połączeń, dostęp do testów oraz ilość. Jeśli projekt jest na etapie prototypu, należy określić, czy celem jest wykonanie wersji próbnej, próbki inżynieryjnej, partii kwalifikacyjnej czy też produkcji seryjnej. Plan testów i limity akceptacji powinny zostać uzgodnione przed rozpoczęciem pierwszej produkcji.

Usługa produkcji płytek PCB firmy Highleap jest istotna dla całościowej konstrukcji płytek wielowarstwowych, a przegląd DFM PCB może pomóc w identyfikacji brakujących informacji projektowych przed oddaniem produktu do użytku. W przypadku projektów pod klucz, które obejmują również elementy montowane powierzchniowo, należy skoordynować zestawienie materiałów (BOM) i zakres montażu za pośrednictwem usług montażu PCB . Dokładna technologia i wymagania kwalifikacyjne muszą zostać potwierdzone w odniesieniu do przesłanego projektu.

• Pakiet ofertowy: Pliki Gerber/ODB++, kompletny stos, pasywny typ i wartości, tolerancja, materiały, warunki pracy, szczegóły połączeń, plan testów i oczekiwana objętość.

Często zadawane pytania dotyczące produkcji wbudowanych pasywnych płytek PCB

Czy każdy komponent może być osadzony?

Nie. Część lub materiał pasywny musi być kompatybilny z całym cyklem laminowania, a jego połączenia elektryczne muszą pozostać niezawodne po sprasowaniu. Kwalifikacja powinna opierać się na konkretnym komponencie lub materiale, ułożeniu warstw, profilu laminowania i kryteriach testowych, a nie na założeniu, że cała kategoria opakowań jest odpowiednia.

W jaki sposób kontrolowane są wartości, jeśli znajdują się wewnątrz tablicy?

Poprzez proces i poprzez próbkowanie. Kupon lub struktura testowa zbudowana z panelem ustala, że ​​proces zachowuje wartość i tolerancję, a plan próbkowania jest uzgodniony. W przypadku programu, w którym każda jednostka musi zostać zmierzona, należy to określić, ponieważ zmienia to koszt i czas cyklu.

Czy wbudowane elementy pasywne wpływają na impedancję pobliskich ścieżek?

Mogą. Pojemność pary płaszczyzn wprowadza pojemność bocznikową do płaszczyzn w tym obszarze, co zmienia impedancję ścieżki biegnącej nad nią. Jeśli projekt przewiduje trasowanie z kontrolowaną impedancją w pobliżu wbudowanej warstwy kondensatora, układ impedancji musi to uwzględniać.

Czy można normalnie zmontować i przetestować wbudowaną płytkę pasywną?

Montaż jest normalny, ponieważ na powierzchni nie ma niczego dodatkowego. Testowanie wymaga przemyślenia: wbudowany komponent może być niedostępny dla urządzenia testowego, więc zazwyczaj rozwiązaniem jest test funkcjonalny lub struktura testowa. Jeśli wymagane jest pokrycie testami w obwodzie, jest to element projektu i powinno zostać ustalone na wczesnym etapie.

Co się stanie, jeśli poprzedni dostawca odrzuci realizację projektu?

Najczęstszymi powodami są rzeczywiście nieobsługiwana konstrukcja, komponent niekwalifikujący się do osadzenia lub objętość programu poniżej progu ekonomicznego. Wszystkie trzy są uzasadnione. Warto zadać sobie pytanie, która z tych trzech opcji jest prawdziwa, ponieważ pierwsza to odpowiedź techniczna, druga to zmiana projektu, a trzecia to decyzja komercyjna. Wysłanie pliku Gerber, stackupu i konkretnych numerów części zazwyczaj pozwala je szybko rozróżnić.