Tillverkning av inbyggda passiva kretskort för integrerade konstruktioner

Highleap Electronics tillhandahåller projektgranskningar av tillverkning av inbyggda passiva kretskort för kretskortsdesigner som integrerar specificerade passiva funktioner i kortkonstruktionen snarare än att placera varje komponent på ytan. Beroende på vilken teknik som krävs kan detta innebära inbyggda resistiva element, inbyggd kapacitans eller annan definierad passiv struktur. Om er nuvarande leverantör inte kan stödja den föreslagna konstruktionen, skicka oss uppställningsdata, elektriska mål och materialkrav för en genomförbarhets- och offertgranskning.

För tillverkning av inbyggda passiva kretskort måste tekniken identifieras exakt. Inbyggda motståndskretskortsdesigner och inbyggda kondensatorkretskortsdesigner använder inte identiska material, geometrier eller verifieringsmetoder. Highleap granskar den begärda passiva typen, värdet och toleransen, lagerpositionen, anslutningsdetaljerna, lamineringskraven, teståtkomst och programvolymen innan projektets omfattning bekräftas.

Vad är tillverkning av inbyggda passiva kretskort?

Det finns flera olika teknologier som alla kallas "embedded passive", och de är inte variationer på samma sak. Klassificeringen som spelar roll är var komponentens funktion kommer ifrån.

Den första raden är den absolut vanligaste i volymproduktion, eftersom den inte kräver någon ovanlig komponenttillförsel och ingen speciell placeringsutrustning. Den andra är vad de flesta föreställer sig när de hör termen, och den är den svåraste att bygga, eftersom den kräver att komponenten överlever en presscykel och är ansluten till koppar på båda sidor.

Inbyggd passiv PCB-tillverkningsprocess för motstånd och kondensatorer

För konstruktionen av diskret inbäddade komponenter är det processsekvensen som avgör om designen är genomförbar. Komponenten läggs inte till ett färdigt kort; den inkluderas i stacken medan stacken tillverkas.

Tre observationer följer av den tabellen, och de förklarar de flesta av de citat du kommer att få.

• Den passiva strukturen måste kvalificeras för hela processcykeln. Anta inte att ett standardmotstånd eller en kondensator för ytmontering tål lamineringstemperatur, tryck och hartsflöde. Lämpligheten beror på inbäddningsteknik, komponentkonstruktion, terminaldesign, elektrisk stabilitet och den faktiska pressprofilen.
• Komponenten måste placeras och hållas korrekt. Det är därför designen måste definiera en orientering och, i många fall, en polaritets- eller stift 1-markör.
• Konstruktionen behöver vanligtvis fler lamineringscykler än en vanlig bräda. Det är där den största delen av kostnaden och den största delen av ledtiden ligger, och det är därför inbäddade passiva komponenter vanligtvis specificeras på kort som redan byggs som en uppbyggnadsstruktur.

Lamineringssidan av processen beskrivs i vår PCB-lamineringsprocess , och hur en stapel kan byggas upp i etapper behandlas i vår hybrid-PCB-laminering . Detaljer om laminatkonstruktion, inklusive hur prepreg och kärna beter sig i en press, finns i vår PCB-lamineringskonstruktion.

Fördelar och begränsningar med inbyggda passiva kretskort

Inbäddade passiva komponenter är värda komplexiteten i en snäv uppsättning situationer, och det är värt att vara ärlig om det faktum att de flesta designer inte behöver dem.

Det lönar sig när: det passiva antalet är högt och kortarean är begränsad, så att en flyttning av hundra avkopplingskondensatorer från ytan in i kortet frigör ett verkligt routingsområde; designen är högfrekvent och den parasitiska induktansen hos en ytkondensator med en via begränsar prestandan; designen är en tunn eller flexibel enhet där komponenthöjden spelar roll; eller designen behöver kapacitansvärden som endast är tillgängliga som inbäddade strukturer, såsom en planparkapacitans som används som ett distribuerat avkopplingsnätverk.

Det lönar sig inte när: designen har en handfull passiva komponenter och gott om kortyta; programmet har låg volym och verktygs- och installationskostnaden inte kan amorteras; passiverna måste kunna bytas ut individuellt eller värdejusteras; eller de erforderliga värdena och toleranserna är allmänt tillgängliga i standard ytmonterade delar till en lägre kostnad.

En vanlig källa till förvirring är att konstruktionen med nedgrävd kapacitans och konstruktionen med diskret inbäddade komponenter säljs under samma rubrik men har helt olika ekonomiska aspekter. Nedgrävd kapacitans är ett väsentligt beslut: du byter laminat och stapling, och varje planpar på kortet blir en kondensator. Diskreta inbäddade komponenter är ett processbeslut : du lägger till ett placerings- och lamineringssteg för att placera specifika delar inuti kortet. Om en leverantör offererar den ena medan du menade den andra, blir prisskillnaden stor och samtalet går illa. Denna skillnad är värd att göra tydlig i offertförfrågan, och den bredare frågan om vad det innebär att bygga elektronik inuti ett kort diskuteras i våra inbäddade kretskortsstrukturer.

Inbyggda passiva kretskort kontra SMT-motstånd och kondensatorer

Den sista raden är den som avgör de flesta program. Inbyggda passiva komponenter är ett sätt att omvandla monteringskostnader till tillverkningskostnader, och bytet är bara värt att göra när volymen är tillräckligt hög för att amortera installationen.

Designriktlinjer för inbyggda passiva kretskort och DFM-krav

Det här är de regler som oftast tvingar fram en omdesign, och de är värda att lösa innan konstverket släpps.

• Komponentval. Inbäddade resistiva folier, tunnfilmsmotstånd, dielektriska material med inbäddad kapacitans och diskreta komponenter är olika implementeringsvägar. En diskret komponent måste kvalificeras mot den faktiska lamineringsprofilen, trycket, hartssystemet, terminalanslutningsmetoden och elektriska gränser efter bearbetning. Undvik generella antaganden baserade på kapslingstyp eller kapacitansvärde; granska det specifika artikelnumret och konstruktionen innan du bestämmer dig för designen.
• Tolerans för kavitetsdjup. Urtaget måste matcha komponenthöjden tillräckligt noggrant så att terminalerna ansluts och detaljen inte krossas. Höjdtoleransen över en komponentsats blir därför en designfaktor.
• Placeringstolerans och orientering. En icke-symmetrisk del behöver en definierad orientering, och kopparn som ansluts till dess terminaler måste dras till den faktiska positionen inom processtoleransen.
• Ingen omarbetning. En design som behöver omarbetas får inte placera komponenten inuti kortet. Detta innebär också att strategin för monteringstest måste ändras: en testfixtur i kretsen kanske inte kan nå en inbäddad nod.
• Avstånd från kortkanter och vias. Det inbäddade området måste bibehålla de angivna avstånden till kortkanter, pläterade hål och intilliggande koppar. Det erforderliga avståndet beror på den valda inbäddade passiva konstruktionen och dess laminerings- eller mönstringsprocess.
• Värde- och toleransutlåtande. Konstruktionen måste ange målvärdet och den acceptabla toleransen, och tillverkaren måste ange vad processen kan hantera. Dessa är olika siffror och de bör inte antas matcha.

Eftersom en inbäddad passiv komponent interagerar med stackupen gäller fortfarande standard DFM-kontrollerna och är värda att köra fullständigt på denna design. Vår granskning av PCB-design för tillverkningsbarhet (DFM) täcker den normala regeluppsättningen, och den allmänna frågan om hur en stackup ska dokumenteras finns i vår PCB-stackupdesign.

Hur inbyggda motstånd och kondensatorer testas

En inbäddad passiv enhet kanske inte är direkt åtkomlig för avsökning efter laminering, så teståkomst och verifieringsstrategi måste planeras innan stackupen släpps. Fyra metoder används, vanligtvis i kombination.

• Kupongbaserad processkvalificering. En testbit med samma inbäddade struktur byggs längs panelen, och bitbiten mäts. Detta fastställer att processen håller värdet, utan kostnaden för att testa varje bräda. Det är standardmetoden för ett stabilt produktionsprogram.
• Testa strukturer på panelen. Kondensatorer eller motstånd av den inbyggda typen placeras i ett avsett område på panelen och mäts. Detta lägger till en liten mängd area och ger data per panel.
• Elektriskt test av det monterade kortet. Kretsens funktionella prestanda mäts vid slutet av linjen, vilket fångar ett grovt fel men vanligtvis inte kan isolera en passiv krets som ligger något utanför toleransen.
• Tvärsnitt och mikroskopi. För utvecklingsbyggen bekräftar detta att komponenten är korrekt inbäddad, att kopparn har anslutits till terminalerna och att det inte finns något hålrum runt delen.

Den viktiga skillnaden i ett kontrakt är mellan mätning per kort och processkvalificering. En processkvalificering innebär att värdet styrs av processen och samplas; mätning per kort innebär att varje enhet mäts, vilket har en verklig kostnad i cykeltid. Båda är legitima, men de bör nämnas uttryckligen i offerten, eftersom "inbäddade passiva komponenter kommer att verifieras" inte är en specifikation. De bredare alternativen för att mäta färdiga kort täcks av våra kretskortstestmetoder.

Inköp och kvalificering av inbyggda passiva kretskortskomponenter

Det här är den del av inbäddade passiva komponenter som oftast förvandlar en lovande design till ett program som har stannat av, och det är värt att arbeta igenom innan offert.

• Delen måste specificeras exakt. Inte ”en 100 nF 0402-kondensator” utan ett tillverkares och artikelnummer, eftersom inbäddningsprocessen måste kvalificeras mot den specifika delens dimensioner, dess höjdtolerans och dess avslutningsmetallurgi.
• Lotkontroll är viktigare än vanligt. Eftersom komponenterna sitter inuti kretskortet är ett byte av tillverkare eller produktionsanläggning en förändring av den kvalificerade processen, och det måste kontrolleras snarare än behandlas som ett köpbeslut.
• Tillgänglighet måste kontrolleras innan designen fryses. En komponent som endast är tillgänglig i en distributionskanal vid tilldelning är en risk för hela programmet, och denna risk är osynlig tills beställningen görs.
• Kvalificering är per konstruktion, inte per del. När en konstruktion och en komponentfamilj har kvalificerats är det enkelt att lägga till ett annat värde från samma familj; att lägga till en annan komponenttyp är en ny kvalificering. sourcing av elektroniska komponenter behandlar hur inköp och tillverkning hanteras tillsammans, och det bredare tillvägagångssättet beskrivs på vår sida om inköpskapacitet.

Kostnad, MOQ och ledtid för inbyggda passiva kretskort

Inbyggda passiva komponenter offereras mot en uppställningskostnad och en marginalkostnad, och skillnaden mellan de två är stor.

Uppställningskostnaden kommer från kavitetsverktygen, placeringsfixturen, processkvalificeringen och materialspecifikationen. Den betalas en gång, och det är anledningen till att ett lågvolymsprogram sällan är ekonomiskt lönsamt. Där en design har en blygsam volym och samma prestanda kan erhållas med färre ytkomponenter, är den konventionella vägen vanligtvis det mer praktiska tillverkningsvalet, och en leverantör som offererar inbäddade passiva komponenter i ett 50-delarsprogram utan att förklara den avvägningen är inte ärlig mot dig.

Ledtiden beror snarare på processvägen än på materialet. Att lägga till ett inbäddat lager innebär generellt minst en extra lamineringscykel och ett extra byggsteg, och materialet kan vara ett icke-standardiserat laminat med sin egen anskaffningsledtid. Våra riktlinjer för laminatledtider täcker materialsidan av den, och effekten av materialval på hela kortet behandlas i vår översikt över kretskortsmaterial.

Det renaste sättet att testa om en design är värd konverteringen är att beräkna båda versionerna mot den faktiska programvolymen, inklusive den sparade monteringskostnaden. Den jämförelsen är ofta avgörande, och det är värt att be en tillverkare att göra det snarare än att acceptera ett enda pris för det inbyggda alternativet.

Inbäddade passiva komponenter kontra inbäddade substrat

Dessa två blandas ofta ihop eftersom båda placerar något inuti tavlan. De är strukturellt olika, och skillnaden är lätt att missa på en ritning.

• Inbäddad passiv: diskreta passiva komponenter eller en planparskapacitans, integrerad i laminatet. Kortet förblir ett stycke. Funktionen finns i dielektrikumet eller i en del inuti det.
• Inbäddat substrat: ett separat kort eller en modul placerad i ett urtag och sammankopplad med värden, så att enheten innehåller en aktiv krets inuti. Detta är konstruktionen som beskrivs på vår sida om inbäddade substrat-PCB.

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 inbäddat substrat is the construction that does it.

Tillverkare av inbyggda passiva kretskort för genomförbarhetsgranskning och offerter

För lag som söker efter en tillverkare av inbäddade passiva kretskort, Highleap kan granska den avsedda inbäddade strukturen och de tillhörande kraven för tillverkning av kretskort. Anbudsförfrågan bör identifiera om designen använder en inbäddat motstånds-kretskort, En inbäddad kondensator-kretskort, 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.

För en offert för tillverkning av inbyggda passiva kretskort , ange fullständig uppställning, materialkvalitet, passiva värden och toleranser, driftspänning eller -ström, temperatur- och frekvenskrav där så är tillämpligt, anslutningsgeometri, teståtkomst och kvantitet. Om projektet är i prototypstadiet, specificera om målet är en förbyggnation, ett tekniskt prov, en kvalificeringslott eller en produktionsrelease. Testplanen och acceptansgränserna bör överenskommas före den första byggnationen.

Highleaps PCB-tillverkningstjänst är relevant för den övergripande flerskiktskortkonstruktionen, medan PCB DFM-granskningen kan hjälpa till att identifiera saknad designinformation före lansering. För nyckelfärdiga projekt som även inkluderar ytmonterade delar, koordinera BOM och monteringsomfattning genom PCB-monteringstjänster . Den exakta inbyggda tekniken och kvalificeringskraven måste bekräftas mot den inlämnade designen.

• Offertpaket: Gerber/ODB++-filer, komplett stackup, passiv typ och värden, tolerans, material, driftsförhållanden, anslutningsdetaljer, testplan och förväntad volym.

Vanliga frågor om tillverkning av inbyggda passiva kretskort

Kan vilken komponent som helst bäddas in?

Nej. Delen eller det passiva materialet måste vara kompatibelt med hela lamineringscykeln, och dess elektriska anslutningar måste förbli tillförlitliga efter pressning. Kvalificering bör använda den specifika komponenten eller materialet, staplingen, lamineringsprofilen och testkriterierna snarare än att anta att en hel förpackningskategori är lämplig.

Hur kontrolleras värdena om de finns innanför tavlan?

Genom processen och genom urval. En kupong- eller teststruktur som byggs med panelen fastställer att processen håller värdet och toleransen, och urvalsplanen är överenskommen. För ett program där varje enhet måste mätas måste det specificeras, eftersom det ändrar kostnaden och cykeltiden.

Påverkar inbäddade passiva komponenter impedansen hos närliggande spår?

Det kan de. En planparskapacitans introducerar en shuntkapacitans till planen över det området, vilket ändrar impedansen hos ett spår som löper ovanför det. Om konstruktionen har kontrollerad impedansdragning nära ett inbäddat kondensatorlager måste impedansuppbyggnaden ta hänsyn till det.

Kan ett inbäddat passivt kort monteras och testas normalt?

Montering är normalt eftersom det inte finns något extra på ytan. Testning kräver eftertanke: den inbyggda komponenten kanske inte är åtkomlig för en testfixtur, så funktionstest eller en teststruktur är vanligtvis lösningen. Om testtäckning i kretsen krävs är det en designinput och bör avgöras tidigt.

Vad händer om en tidigare leverantör tackade nej till bygget?

De vanligaste orsakerna är en genuint ostödd konstruktion, en komponent som inte är kvalificerad för inbäddning, eller en programvolym under den ekonomiska tröskeln. Alla tre är legitima. Frågan värd att ställa sig är vilken av de tre det är, eftersom det första är ett tekniskt svar, det andra är en designändring och det tredje är ett kommersiellt beslut. Att skicka Gerber, stackupen och de specifika artikelnumren kommer vanligtvis att snabbt skilja dem åt.