Fabricação de PCBs passivos embutidos para projetos integrados

A Highleap Electronics oferece análises de projetos de fabricação de PCBs com componentes passivos embutidos para designs de placas que integram funções passivas específicas na estrutura da placa, em vez de posicionar todos os componentes na superfície. Dependendo da tecnologia necessária, isso pode envolver elementos resistivos embutidos, capacitância embutida ou outra estrutura passiva definida. Se o seu fornecedor atual não puder atender à construção proposta, envie-nos a estrutura de camadas, os objetivos elétricos e os requisitos de materiais para uma análise de viabilidade e orçamento.

Para a fabricação de PCBs com componentes passivos embutidos , a tecnologia deve ser identificada com precisão. Projetos de PCBs com resistores embutidos e projetos de PCBs com capacitores embutidos não utilizam materiais, geometrias ou métodos de verificação idênticos. A Highleap analisa o tipo de componente passivo solicitado, o valor e a tolerância, a posição da camada, os detalhes de conexão, os requisitos de laminação, o acesso para testes e o volume do programa antes de confirmar o escopo do projeto.

O que é a fabricação de PCBs passivos embutidos?

Existem diversas tecnologias distintas que são chamadas de "passivas embutidas", e elas não são variações da mesma coisa. A classificação que importa é a origem da função do componente.

A primeira fileira é de longe a mais comum na produção em larga escala, pois não exige o fornecimento de componentes incomuns nem equipamentos especiais de posicionamento. A segunda é o que a maioria das pessoas imagina quando ouve o termo, e é a mais difícil de fabricar, pois exige que o componente resista a um ciclo de prensagem e esteja conectado ao cobre em ambas as extremidades.

Processo de fabricação de PCB passivo embutido para resistores e capacitores

Na construção de componentes discretos embutidos, a sequência do processo é o que determina a viabilidade do projeto. O componente não é adicionado a uma placa finalizada; ele é incluído na pilha durante a fabricação desta.

Dessa tabela decorrem três observações, que explicam a maioria das cotações que você receberá.

• A estrutura passiva deve ser qualificada para todo o ciclo do processo. Não assuma que um resistor ou capacitor de montagem em superfície padrão suporte a temperatura, a pressão e o fluxo de resina da laminação. A adequação depende da tecnologia de encapsulamento, da construção do componente, do projeto do terminal, da estabilidade elétrica e do perfil real da prensa.
• O componente precisa ser posicionado e fixado com precisão. Por isso, o projeto precisa definir uma orientação e, em muitos casos, uma polaridade ou um marcador de pino 1.
• Normalmente, a construção requer mais ciclos de laminação do que uma placa normal. É aí que se concentram a maior parte dos custos e do prazo de entrega, e é por isso que os componentes passivos embutidos geralmente são especificados em placas que já estão sendo construídas como uma estrutura pré-fabricada.

A etapa de laminação do processo é descrita em nosso processo de laminação de PCBs , e as maneiras pelas quais uma estrutura pode ser construída em estágios são abordadas em nossa laminação híbrida de PCBs . Detalhes sobre a construção do laminado, incluindo o comportamento do pré-impregnado e do núcleo em uma prensa, estão em nossa construção de laminado de PCB.

Vantagens e limitações das placas de circuito impresso passivas embutidas

Os componentes passivos embutidos justificam a complexidade em um conjunto restrito de situações, e é importante reconhecer que a maioria dos projetos não os necessita.

Isso compensa quando: a quantidade de componentes passivos é alta e a área da placa é limitada, de modo que mover cem capacitores de desacoplamento da superfície para a placa libera espaço para roteamento; o projeto é de alta frequência e a indutância parasita de um capacitor de superfície com um furo metalizado limita o desempenho; o projeto é uma montagem fina ou flexível onde a altura do componente é importante; ou o projeto precisa de valores de capacitância que só estão disponíveis como estruturas embutidas, como a capacitância de um par de planos usada como uma rede de desacoplamento distribuída.

Não compensa quando: o projeto tem poucos componentes passivos e muita área na placa; o programa é de baixo volume e o custo de ferramental e preparação não pode ser amortizado; os componentes passivos precisam ser individualmente substituíveis ou ter seus valores ajustados; ou os valores e tolerâncias necessários estão amplamente disponíveis em componentes de montagem em superfície padrão a um custo menor.

Uma fonte frequente de confusão é que a construção com capacitância embutida e a construção com componentes discretos embutidos são vendidas sob o mesmo rótulo, mas têm economias completamente diferentes. A capacitância embutida é uma decisão de material : você altera o laminado e a estrutura das camadas, e cada par de planos na placa se torna um capacitor. Os componentes discretos embutidos são uma decisão de processo : você adiciona uma etapa de posicionamento e laminação para inserir componentes específicos dentro da placa. Se um fornecedor cotar uma opção enquanto você pretendia a outra, a diferença de preço será grande e a negociação poderá ser desastrosa. Essa distinção deve ser explicitada na solicitação de cotação (RFQ), e a questão mais ampla do que significa construir eletrônicos dentro de uma placa é discutida em nossas estruturas de PCB embutidas.

Circuitos impressos passivos embutidos versus resistores e capacitores SMT

Essa última linha é a que decide a maioria dos programas. Componentes passivos embutidos são uma forma de converter o custo de montagem em custo de fabricação, e essa troca só vale a pena quando o volume é alto o suficiente para amortizar o custo de preparação.

Diretrizes de projeto de PCB passivo incorporado e requisitos de DFM

Essas são as regras que mais frequentemente forçam uma reformulação, e vale a pena defini-las antes que a arte final seja divulgada.

• Seleção de componentes. Folhas resistivas embutidas, resistores de película fina, materiais dielétricos com capacitância embutida e componentes discretos são diferentes métodos de implementação. Um componente discreto deve ser qualificado considerando o perfil de laminação, a pressão, o sistema de resina, o método de conexão dos terminais e os limites elétricos pós-processamento. Evite suposições genéricas baseadas no tipo de encapsulamento ou no valor da capacitância; revise o número da peça e a construção específicos antes de prosseguir com o projeto.
• Tolerância de profundidade da cavidade. O recesso deve corresponder à altura do componente com precisão suficiente para que os terminais se conectem e a peça não seja esmagada. A tolerância de altura em um lote de componentes torna-se, portanto, um fator a ser considerado no projeto.
• Tolerância e orientação de posicionamento. Uma peça não simétrica precisa de uma orientação definida, e o cobre que se conecta aos seus terminais deve ser puxado para a posição real dentro da tolerância do processo.
• Sem retrabalho. Um projeto que necessita de retrabalho não deve incluir o componente dentro da placa. Isso também significa que a estratégia de teste de montagem precisa ser alterada: um dispositivo de teste em circuito pode não conseguir alcançar um nó embutido.
• Espaçamento entre as bordas da placa e os furos de passagem. A região embutida deve manter as folgas especificadas em relação às bordas da placa, furos metalizados e cobre adjacente. O espaçamento necessário depende da construção passiva embutida escolhida e de seu processo de laminação ou padronização.
• Declaração de valor e tolerância. O projeto deve especificar o valor alvo e a tolerância aceitável, e o fabricante deve especificar o que o processo suporta. Esses são valores diferentes e não devem ser considerados iguais.

Como um componente passivo embutido interage com a estrutura de camadas, as verificações padrão de DFM (Design for Manufacturing) ainda se aplicam e vale a pena executá-las integralmente neste projeto. Nossa revisão de projeto de PCB para fabricação (DFM) abrange o conjunto de regras padrão, e a questão geral de como uma estrutura de camadas deve ser documentada está em nosso documento sobre projeto de estrutura de camadas de PCB.

Como os resistores e capacitores embutidos são testados

Um componente passivo embutido pode não ser diretamente acessível para sondagem após a laminação, portanto, o acesso para teste e a estratégia de verificação devem ser planejados antes da liberação da estrutura empilhada. Quatro abordagens são utilizadas, geralmente em combinação.

• Qualificação de processo baseada em cupons. Um cupom de teste com a mesma estrutura embutida é construído ao lado do painel e medido. Isso comprova que o processo mantém sua eficácia, sem o custo de testar cada placa individualmente. Essa é a abordagem padrão para um programa de produção estável.
• Estruturas de teste no painel. Capacitores ou resistores do tipo embutido são colocados em uma área designada do painel e medidos. Isso adiciona uma pequena quantidade de área e fornece dados por painel.
• Teste elétrico da placa montada. O desempenho funcional do circuito é medido no final da linha, o que detecta erros grosseiros, mas geralmente não consegue isolar um componente passivo que esteja ligeiramente fora da tolerância.
• Corte transversal e microscopia. Para versões de desenvolvimento, isso confirma que o componente está devidamente encaixado, que o cobre está conectado aos terminais e que não há espaços vazios ao redor da peça.

A distinção importante em um contrato é entre medição por placa e qualificação de processo. A qualificação de processo significa que o valor é controlado pelo processo e amostrado; a medição por placa significa que cada unidade é medida, o que tem um custo real em tempo de ciclo. Ambas são legítimas, mas devem ser explicitamente mencionadas na cotação, pois "os componentes passivos embutidos serão verificados" não é uma especificação. As opções mais amplas para medir placas acabadas são abordadas em nossos métodos de teste de PCB.

Fornecimento e qualificação de componentes passivos embutidos em placas de circuito impresso

Esta é a parte dos componentes passivos embutidos que, com mais frequência, transforma um projeto promissor em um programa paralisado, e vale a pena analisá-la cuidadosamente antes de solicitar um orçamento.

• A peça deve ser especificada com exatidão. Não se trata de "um capacitor 0402 de 100 nF", mas sim de um fabricante e número de peça, pois o processo de encapsulamento precisa ser qualificado em relação às dimensões específicas da peça, sua tolerância de altura e sua metalurgia de terminação.
• O controle de lotes é mais importante do que o normal. Como os componentes estão dentro da placa, uma mudança de fabricante ou de local de produção representa uma alteração no processo qualificado e precisa ser controlada, em vez de ser tratada como uma decisão de compra.
• A disponibilidade deve ser verificada antes que o projeto seja finalizado. Um componente que só está disponível em um canal de distribuição mediante alocação representa um risco para todo o programa, e esse risco permanece invisível até que o pedido seja feito.
• A qualificação é por construção, não por peça. Uma vez que uma construção e uma família de componentes estejam qualificadas, adicionar outro valor da mesma família é simples; adicionar um tipo de componente diferente requer uma nova qualificação. fonte de componentes eletrônicos Abrange como o fornecimento e a fabricação são gerenciados em conjunto, e a abordagem mais ampla é descrita em nossa página sobre capacidade de fornecimento.

Custo, quantidade mínima e prazo de entrega de PCBs passivos embutidos

Os componentes passivos embutidos são cotados com base em um custo de instalação e um custo marginal, e a diferença entre os dois é grande.

O custo de preparação decorre das ferramentas de cavidade, do dispositivo de fixação, da qualificação do processo e da especificação do material. É pago uma única vez e é por isso que um programa de baixo volume raramente é econômico. Quando um projeto tem um volume modesto e o mesmo desempenho pode ser obtido com menos componentes de superfície, a rota convencional geralmente é a escolha de fabricação mais prática, e um fornecedor que inclui componentes passivos embutidos em um programa de 50 peças sem explicar essa compensação não está sendo honesto com você.

O prazo de entrega decorre do processo de fabricação, e não do material em si. Adicionar uma camada embutida geralmente implica em pelo menos um ciclo de laminação extra e uma etapa de montagem adicional, e o material pode ser um laminado não padronizado com seu próprio prazo de entrega. Nossas diretrizes sobre prazos de entrega de laminados abordam o aspecto relacionado ao material, e o impacto da escolha do material em toda a placa é explicado em nossa visão geral de materiais para PCBs.

A maneira mais precisa de testar se um projeto justifica a conversão é comparar os custos de ambas as versões com o volume real do programa, incluindo a economia nos custos de montagem. Essa comparação costuma ser decisiva, e vale a pena solicitar que o fabricante a faça, em vez de aceitar um preço único para a opção com componentes integrados.

Componentes passivos embutidos versus substratos embutidos

Esses dois conceitos são frequentemente confundidos porque ambos colocam algo dentro da placa. Eles são estruturalmente diferentes, e a distinção é fácil de passar despercebida em um desenho.

• Passivo embutidoComponentes passivos discretos ou capacitância de par plano, integrados ao laminado. A placa permanece uma peça única. A função reside no dielétrico ou em um componente dentro dele.
• Substrato embutido: uma placa ou módulo separado, colocado em um recesso e interligado ao dispositivo principal, de forma que o conjunto contenha um circuito ativo em seu interior. Esta é a construção descrita em nossa página sobre PCBs com substrato embutido.

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 substrato embutido is the construction that does it.

Fabricante de PCBs passivos integrados para análise de viabilidade e orçamentos.

Para equipes que buscam um fabricante de PCBs passivos embutidosA Highleap pode analisar a estrutura embutida pretendida e os requisitos de fabricação de PCB associados. A solicitação de cotação deve identificar se o projeto utiliza um Placa de circuito impresso com resistor embutido, um capacitor embutido na placa de circuito impresso, 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.

Para obter um orçamento para fabricação de PCBs passivos embutidos , forneça a especificação completa da estrutura (stackup), a classe do material, os valores e tolerâncias dos componentes passivos, a tensão ou corrente de operação, os requisitos de temperatura e frequência (quando aplicável), a geometria das conexões, o acesso para testes e a quantidade. Se o projeto estiver em fase de protótipo, especifique se o objetivo é um estudo de viabilidade, uma amostra de engenharia, um lote de qualificação ou uma versão para produção. O plano de testes e os limites de aceitação devem ser acordados antes da primeira produção.

O serviço de fabricação de PCBs da Highleap é relevante para a construção geral da placa multicamadas, enquanto a revisão de DFM (Design for Manufacturing) da PCB pode ajudar a identificar informações de projeto faltantes antes da entrega. Para projetos turnkey que também incluem componentes de montagem em superfície, coordene a lista de materiais (BOM) e o escopo de montagem por meio dos serviços de montagem de PCBs . A tecnologia embarcada exata e os requisitos de qualificação devem ser confirmados em relação ao projeto submetido.

• Pacote de cotação: Arquivos Gerber/ODB++, configuração completa da pilha de componentes, tipo e valores dos componentes passivos, tolerância, materiais, condições de operação, detalhes de conexão, plano de testes e volume esperado.

Perguntas frequentes sobre a fabricação de PCBs passivos integrados

Qualquer componente pode ser incorporado?

Não. O componente ou material passivo deve ser compatível com todo o ciclo de laminação, e suas conexões elétricas devem permanecer confiáveis ​​após a prensagem. A qualificação deve utilizar o componente ou material específico, a configuração das camadas, o perfil de laminação e os critérios de teste, em vez de presumir que toda uma categoria de encapsulamento seja adequada.

Como os valores são controlados se estiverem dentro da placa?

Pelo processo e pela amostragem. Um cupom ou estrutura de teste construída com o painel estabelece que o processo mantém o valor e a tolerância, e o plano de amostragem é acordado. Para um programa onde cada unidade deve ser medida, isso precisa ser especificado, pois altera o custo e o tempo de ciclo.

Os componentes passivos embutidos afetam a impedância das trilhas próximas?

Sim, podem. A capacitância de um par de planos introduz uma capacitância em paralelo aos planos sobre essa região, o que altera a impedância de uma trilha que passa por cima dela. Se o projeto tiver roteamento de impedância controlada próximo a uma camada de capacitor embutido, a configuração de impedância precisa levar isso em consideração.

É possível montar e testar normalmente uma placa passiva embutida?

A montagem é normal, pois não há nada de extraordinário na superfície. Os testes exigem planejamento: o componente embutido pode não ser acessível por um dispositivo de teste, portanto, testes funcionais ou uma estrutura de teste geralmente são a solução. Se for necessária cobertura de teste em circuito, isso é uma entrada de projeto e deve ser definido logo no início.

E se um fornecedor anterior recusasse a produção?

Os motivos mais comuns são uma construção genuinamente sem suporte, um componente que não é qualificado para incorporação ou um volume de projeto abaixo do limite econômico. Todos os três são legítimos. A questão importante é qual dos três se aplica, pois o primeiro é uma resposta técnica, o segundo é uma alteração de projeto e o terceiro é uma decisão comercial. O envio do arquivo Gerber, da lista de componentes e dos números de peça específicos geralmente permite distingui-los rapidamente.