Производство пассивных встраиваемых печатных плат для интегрированных систем.

Компания Highleap Electronics предоставляет услуги по анализу проектов по изготовлению печатных плат со встроенными пассивными компонентами, интегрируя определенные пассивные функции в конструкцию платы вместо размещения каждого компонента на поверхности. В зависимости от требуемой технологии это может включать в себя встроенные резистивные элементы, встроенные конденсаторы или другую заданную пассивную структуру. Если ваш текущий поставщик не может обеспечить поддержку предлагаемой конструкции, пришлите нам схему расположения компонентов, электрические параметры и требования к материалам для оценки целесообразности и составления коммерческого предложения.

Для изготовления печатных плат со встроенными пассивными компонентами необходимо точно определить технологию. В конструкциях печатных плат со встроенными резисторами и конденсаторами используются разные материалы, геометрия и методы проверки. Компания Highleap проверяет запрашиваемый тип пассивного компонента, его номинал и допуск, расположение слоев, детали соединений, требования к ламинированию, доступ для тестирования и объем программы, прежде чем подтвердить объем проекта.

Что такое производство встраиваемых пассивных печатных плат?

Существует несколько различных технологий, которые все называются «встроенными пассивными», и они не являются вариациями одного и того же. Важна классификация, исходя из того, откуда берется функция компонента.

Первый ряд компонентов является наиболее распространенным в серийном производстве, поскольку не требует поставки необычных комплектующих и специального оборудования для их установки. Второй ряд — это то, что большинство людей представляют себе, когда слышат этот термин, и он является самым сложным в изготовлении, поскольку требует, чтобы компонент выдерживал цикл прессования и был соединен с медью с обеих сторон.

Технологический процесс изготовления пассивных печатных плат для резисторов и конденсаторов.

При проектировании дискретных встраиваемых компонентов именно последовательность технологических процессов определяет осуществимость проекта. Компонент не добавляется к готовой плате; он включается в стек в процессе его изготовления.

Из этой таблицы вытекают три наблюдения, которые объясняют большинство цитат, которые вы получите.

• Пассивная конструкция должна пройти квалификацию на протяжении всего технологического цикла. Не следует предполагать, что стандартный резистор или конденсатор для поверхностного монтажа выдержит температуру, давление и текучесть смолы при ламинировании. Пригодность зависит от технологии встраивания, конструкции компонента, конструкции выводов, электрической стабильности и фактического профиля прессования.
• Компонент необходимо установить и закрепить точно. Именно поэтому в конструкции необходимо указать ориентацию и, во многих случаях, полярность или обозначение контакта 1.
• Для сборки такой платы обычно требуется больше циклов ламинирования, чем для обычной. Именно здесь сосредоточена большая часть затрат и сроков поставки, и именно поэтому встраиваемые пассивные компоненты обычно указываются на платах, которые уже находятся в стадии сборки.

Процесс ламинирования описан в нашем руководстве по ламинированию печатных плат , а способы поэтапного формирования многослойной структуры рассматриваются в нашем руководстве по гибридному ламинированию печатных плат . Подробная информация о конструкции ламината, включая поведение препрега и сердцевины в прессе, содержится в нашем руководстве по конструкции ламината для печатных плат.

Преимущества и ограничения встроенных пассивных печатных плат

Встроенные пассивные компоненты оправдывают свою сложность в узком круге ситуаций, и стоит честно признать, что в большинстве проектов они не нужны.

Это выгодно в следующих случаях: когда количество пассивных компонентов велико, а площадь платы ограничена, так что перемещение сотни развязывающих конденсаторов с поверхности на плату освобождает реальную площадь для трассировки; когда проектирование ведется на высоких частотах, и паразитная индуктивность поверхностного конденсатора с переходным отверстием ограничивает производительность; когда проектирование представляет собой тонкую или гибкую сборку, где высота компонентов имеет значение; или когда проектированию требуются значения емкости, доступные только в виде встроенных структур, например, емкость пары плоских элементов, используемая в качестве распределенной развязывающей сети.

Это невыгодно, если: в конструкции используется небольшое количество пассивных компонентов и много места на плате; программа реализуется в небольших объемах, и затраты на оснастку и переналадку не могут быть амортизированы; пассивные компоненты должны быть заменяемыми по отдельности или иметь возможность индивидуальной подгонки по стоимости; или требуемые значения и допуски широко доступны в стандартных компонентах для поверхностного монтажа по более низкой цене.

Часто возникает путаница из-за того, что конструкции с потайной емкостью и конструкции с дискретными встроенными компонентами продаются под одним и тем же названием, но имеют совершенно разную экономику. Потайная емкость — это решение, зависящее от материала : вы меняете ламинат и структуру слоев, и каждая пара плоскостей на плате становится конденсатором. Дискретные встроенные компоненты — это решение, зависящее от технологического процесса : вы добавляете этап размещения и ламинирования, чтобы поместить определенные компоненты внутрь платы. Если поставщик предлагает один вариант, а вы имели в виду другой, разница в цене будет большой, и переговоры пойдут не в пользу одного из них. Это различие стоит четко указать в запросе предложений, а более широкий вопрос о том, что значит создавать электронику внутри платы, обсуждается в нашей статье о структурах встроенных печатных плат.

Встраиваемые пассивные резисторы и конденсаторы на печатных платах по сравнению с SMT-резисторами и конденсаторами

Последний ряд определяет успех большинства программ. Встроенные пассивные компоненты — это способ преобразования затрат на сборку в затраты на изготовление, и такой подход оправдан только при достаточно больших объемах производства, чтобы амортизировать затраты на настройку.

Рекомендации по проектированию пассивных встроенных печатных плат и требования к проектированию для технологичности производства (DFM).

Это правила, которые чаще всего приводят к необходимости редизайна, и их стоит согласовать до публикации готового изображения.

• Выбор компонентов. Встроенные резистивные пленки, тонкопленочные резисторы, диэлектрические материалы со встроенной емкостью и дискретные компоненты представляют собой различные пути реализации. Дискретный компонент должен быть проверен на соответствие фактическому профилю ламинирования, давлению, системе смол, способу подключения выводов и электрическим ограничениям постобработки. Избегайте общих предположений, основанных на типе корпуса или значении емкости; перед принятием решения о проектировании проверьте конкретный номер детали и конструкцию.
• Допуск на глубину полости. Высота углубления должна точно соответствовать высоте компонента, чтобы клеммы соединялись, а деталь не была смята. Таким образом, допуск по высоте для всей партии компонентов становится одним из параметров проектирования.
• Допустимая погрешность при размещении и ориентация. Для несимметричной детали необходима определенная ориентация, а медный провод, соединяющий ее с клеммами, должен быть вытянут в фактическое положение в пределах допуска процесса.
• Переделка не требуется. В конструкции, требующей доработки, компонент не должен располагаться внутри платы. Это также означает, что стратегия тестирования сборки должна измениться: внутрисхемное тестовое приспособление может оказаться неспособным достичь встроенного узла.
• Расстояние от краев платы и переходных отверстий. Встраиваемая область должна обеспечивать заданные зазоры до краев платы, металлизированных отверстий и прилегающей меди. Требуемое расстояние зависит от выбранной конструкции встраиваемого пассивного элемента и процесса ламинирования или нанесения рисунка.
• Заявление о значениях и допусках. В проекте должны быть указаны целевое значение и допустимый допуск, а производитель должен указать, что может выдержать данный технологический процесс. Это разные числа, и не следует предполагать, что они совпадают.

Поскольку встроенный пассивный компонент взаимодействует с многослойной структурой, стандартные проверки DFM по-прежнему применимы и их стоит провести в полном объеме для данной конструкции. Наш обзор проектирования печатной платы с учетом технологичности производства (DFM) охватывает стандартный набор правил, а общий вопрос о том, как следует документировать многослойную структуру, рассматривается в нашем разделе, посвященном проектированию многослойной структуры печатной платы.

Как тестируются встроенные резисторы и конденсаторы.

Встроенный пассивный компонент может быть недоступен для прямого зондирования после ламинирования, поэтому доступ для тестирования и стратегия верификации должны быть спланированы до выпуска многослойной структуры. Обычно используются четыре подхода, применяемые в комбинации.

• Квалификация процесса на основе купонов. Одновременно с панелью изготавливается тестовый образец с той же встроенной структурой, и его измеряют. Это позволяет убедиться в работоспособности процесса без затрат на тестирование каждой платы. Это стандартный подход для стабильной программы производства.
• Протестируйте конструкции на панели. Конденсаторы или резисторы встроенного типа размещаются в специально отведенной области панели и подвергаются измерениям. Это немного увеличивает площадь и позволяет получить данные по каждой панели отдельно.
• Электрические испытания собранной платы. Функциональные характеристики схемы измеряются в конце линии, что позволяет выявить грубую ошибку, но обычно не позволяет изолировать пассивный компонент, незначительно выходящий за пределы допустимых значений.
• Поперечный срез и микроскопия. Для тестовых сборок это подтверждает, что компонент правильно установлен, что медный провод подключен к клеммам и что вокруг детали нет пустот.

В договоре важно различать измерение параметров каждой платы и квалификацию процесса. Квалификация процесса означает, что значение контролируется процессом и отбирается выборочно; измерение параметров каждой платы означает, что измеряется каждая единица, что влечет за собой реальные затраты времени цикла. Оба варианта допустимы, но их следует четко указать в коммерческом предложении, поскольку фраза «встроенные пассивные компоненты будут проверены» не является спецификацией. Более широкий спектр методов измерения готовых плат описан в наших методах тестирования печатных плат.

Поиск и квалификация пассивных компонентов для встраиваемых печатных плат

Именно этот аспект проектирования встроенных пассивных компонентов чаще всего превращает многообещающий проект в застопорившуюся программу, и его стоит тщательно проработать перед составлением коммерческого предложения.

• Необходимо точно указать деталь. Речь идёт не о «конденсаторе 100 нФ 0402», а о производителе и номере детали, поскольку процесс встраивания должен соответствовать размерам конкретной детали, допуску по высоте и металлургическим характеристикам выводов.
• Контроль за территорией имеет большее значение, чем обычно. Поскольку компоненты находятся внутри платы, смена производителя или изменение производственной площадки представляет собой изменение квалифицированного процесса, и это необходимо контролировать, а не рассматривать как решение о закупке.
• Перед утверждением проекта необходимо проверить наличие товара. Компонент, доступный в канале сбыта только после выделения средств, представляет собой риск для всей программы, и этот риск остается незаметным до момента размещения заказа.
• Квалификация проводится по каждому этапу строительства, а не по отдельным частям. После того как конструкция и семейство компонентов прошли квалификацию, добавление еще одного значения из того же семейства осуществляется без проблем; добавление другого типа компонента требует новой квалификации. Наша поиск электронных компонентов В этом разделе рассматривается, как осуществляется совместная работа по закупкам и производству, а более широкий подход описан на нашей странице, посвященной возможностям в области закупок.

Стоимость, минимальный объем заказа и сроки поставки встраиваемых пассивных печатных плат

Стоимость встраиваемых пассивных компонентов рассчитывается исходя из себестоимости производства и предельных издержек, и разница между ними значительна.

Затраты на подготовку производства включают в себя изготовление оснастки для полости, приспособления для установки, квалификацию процесса и спецификацию материалов. Они оплачиваются один раз, и именно поэтому мелкосерийное производство редко бывает экономически выгодным. В случаях, когда конструкция имеет небольшой объем производства, а те же характеристики могут быть достигнуты с меньшим количеством поверхностных компонентов, традиционный подход обычно является более практичным вариантом производства, и поставщик, который включает в программу производства 50 изделий встроенные пассивные компоненты, не объясняя этот компромисс, нечестен с вами.

Срок выполнения заказа зависит от технологического процесса, а не от материала. Добавление встроенного слоя обычно означает как минимум один дополнительный цикл ламинирования и дополнительный этап сборки, а материал может представлять собой нестандартный ламинат со своим собственным сроком поставки. В наших рекомендациях по срокам поставки ламината рассматривается материальная сторона вопроса, а влияние выбора материала на всю плату рассматривается в нашем обзоре материалов для печатных плат.

Наиболее точный способ проверить целесообразность переделки конструкции — это рассчитать стоимость обеих версий в сравнении с фактическим объемом производства, включая экономию на сборке. Это сравнение часто оказывается решающим, и стоит попросить производителя сделать это, а не соглашаться на единую цену за вариант со встроенным модулем.

Встроенные пассивные компоненты против встроенных подложек

Эти два понятия часто путают, потому что в обоих случаях что-то помещается внутрь доски. Однако по своей структуре они различны, и это различие легко упустить из виду на чертеже.

• Встроенный пассивный: дискретные пассивные компоненты или плоские пары емкостей, интегрированные в ламинат. Плата остается цельной. Функция реализуется в диэлектрике или в компоненте внутри него.
• Встроенная подложка: отдельная плата или модуль, размещенный в углублении и соединенный с основным блоком, так что внутри сборки находится активная схема. Именно такая конструкция описана на нашей странице, посвященной печатным платам для встроенных систем.

Выбор обычно очевиден, как только он сформулирован. Если цель состоит в том, чтобы освободить площадь поверхности и уменьшить паразитную индуктивность, то встроенный пассивный компонент обеспечит это. Если цель состоит в том, чтобы интегрировать целый модуль в плату, то встроенная подложка — это именно то, что нужно.

Производитель встраиваемых пассивных печатных плат: анализ целесообразности и предоставление ценовых предложений.

Для команд, ищущих производителя печатных плат с пассивными компонентами , Highleap может проанализировать предполагаемую структуру пассивной платы и связанные с этим требования к изготовлению. В запросе предложений следует указать, используется ли в проекте плата с пассивными компонентами , плата с пассивными компонентами, плата с заглубленными конденсаторами, печатный резистивный слой или другой определенный подход. Эти термины описывают различные конструкции, поэтому в предложении следует указать предлагаемую технологию, а не рассматривать «пассивные компоненты» как единый стандартный процесс. Руководство по производству печатных плат предоставляет контекст процесса для информации о производстве, необходимой на этапе выпуска проекта.

Для получения коммерческого предложения на изготовление печатной платы с пассивными компонентами необходимо предоставить полную информацию о структуре платы, марке материала, характеристиках и допусках пассивных компонентов, рабочем напряжении или токе, температурных и частотных требованиях (если применимо), геометрии соединений, доступе для тестирования и количестве. Если проект находится на стадии прототипа, укажите, является ли целью изготовление пробного образца, инженерной партии, квалификационной партии или выпуск в серийное производство. План тестирования и пределы приемки должны быть согласованы до начала производства.

Услуги Highleap по изготовлению печатных плат имеют отношение к общей конструкции многослойной платы, а анализ DFM печатной платы может помочь выявить недостающую информацию о проекте до его выпуска. Для проектов «под ключ», которые также включают компоненты поверхностного монтажа, координируйте спецификацию материалов и объем сборки с помощью услуг по сборке печатных плат . Точные требования к встроенным технологиям и квалификации должны быть подтверждены на основе представленного проекта.

• Пакет предложений: Файлы Gerber/ODB++, полная структура компонентов, тип и характеристики пассивных компонентов, допуски, материалы, условия эксплуатации, сведения о соединениях, план испытаний и ожидаемый объем.

Часто задаваемые вопросы о производстве пассивных встроенных печатных плат

Можно ли встроить любой компонент?

Нет. Деталь или пассивный материал должны быть совместимы со всем циклом ламинирования, а их электрические соединения должны оставаться надежными после прессования. При квалификации следует использовать конкретные компоненты или материалы, структуру слоев, профиль ламинирования и критерии испытаний, а не предполагать, что подходит вся категория корпусов.

Как контролируются значения, если они находятся внутри платы?

В процессе производства и путем отбора проб. Образец или тестовая структура, созданная совместно с экспертной группой, подтверждает, что процесс соответствует заданным значениям и допустимым отклонениям, а также согласовывается план отбора проб. Для программы, в которой необходимо измерить каждую единицу продукции, это должно быть указано отдельно, поскольку это влияет на стоимость и время цикла.

Влияют ли встроенные пассивные компоненты на импеданс близлежащих проводников?

Да, могут. Емкость пары плоскостей вносит параллельную емкость в плоскости над этой областью, что изменяет импеданс трассы, проходящей над ней. Если в конструкции используется трассировка с контролируемым импедансом вблизи встроенного слоя конденсаторов, то структура импедансов должна это учитывать.

Можно ли собрать и протестировать встраиваемую пассивную плату в обычном режиме?

Сборка является стандартной процедурой, поскольку на поверхности нет ничего лишнего. Тестирование требует тщательного обдумывания: встроенный компонент может быть недоступен для тестового приспособления, поэтому обычно требуется функциональное тестирование или тестовая структура. Если требуется тестирование внутри схемы, это является важным моментом проектирования и должно быть решено на раннем этапе.

Что если предыдущий поставщик откажется от выполнения работ?

Наиболее распространенные причины — действительно неподдерживаемая конструкция, компонент, не подходящий для встраивания, или объем программы ниже экономически обоснованного порога. Все три причины законны. Вопрос в том, какая из них является истинной, поскольку первая — это техническая причина, вторая — изменение конструкции, а третья — коммерческое решение. Отправка файла Gerber, схемы сборки и конкретных номеров компонентов обычно позволяет быстро определить причину.