什么是元件嵌入式PCB

朝著高密度和小型化的電子硬件發(fā)展推動(dòng)PCB（印刷電路板）的表面積急劇縮小，同時(shí)需要在電路板上組裝的電子元件的數(shù)量不斷增加。功率模塊看到電感器件占功率板的40％以上，這是電子產(chǎn)品小型化和高密度實(shí)現(xiàn)的缺點(diǎn)。為了探索更好的解決方案，一些設(shè)計(jì)人員考慮將諸如電感器，電阻器和電容器等元件嵌入PCB板的內(nèi)部部分，以便可以獲得電子產(chǎn)品的高密度和小型化。此外，元件嵌入式PCB可以縮短元件之間的走線(xiàn)，提高電氣性能，增加有效電路板封裝面積，減少PCB板面積的焊接連接，從而提高封裝的可靠性并節(jié)省成本。

嵌入式組件分類(lèi)和設(shè)計(jì)原則

?嵌入式電阻器和電容器

不同制造技術(shù)可用于元件嵌入。對(duì)于嵌入式電阻器，首先應(yīng)用具有高電阻的材料;然后使用鎳 - 磷鍍鎳基底材料;接下來(lái)，利用陶瓷厚膜預(yù)燃方法或LTCC（低溫共燒陶瓷）。最后，可以制造出各種不同電阻的平面電阻器。

嵌入式電容器制造的一種更好的方法是將聚合物直接層壓在金屬板上。嵌入式電容器制造技術(shù)包括介電膜應(yīng)用，厚膜或薄膜電介質(zhì)生成以及具有高介電常數(shù)的高溫?zé)Y(jié)厚膜應(yīng)用。

基于上述介紹，PCB制造商主要放置電阻器和電容器通過(guò)蝕刻或印刷在PCB板的內(nèi)層表面上。然后通過(guò)層壓和多層PCB制造技術(shù)將它們嵌入到內(nèi)部板中。元件嵌入取代了PCB板表面上的無(wú)源元件焊接，元件組裝和跟蹤自由度急劇上升。

?嵌入式電感器

電感器嵌入是形狀像螺旋形或通過(guò)蝕刻或鍍銅彎曲或通過(guò)層之間的通孔形成螺旋多層結(jié)構(gòu)。到目前為止，高頻模塊應(yīng)用最為廣泛。 PCB制造商通過(guò)基于多層電路板內(nèi)部制造技術(shù)的蝕刻或印刷將電感器放置在PCB板的內(nèi)層上。

電感器中包含磁芯的電感器。這種類(lèi)型的電感器保持磁芯和圓形線(xiàn)圈，利用該磁芯和圓形線(xiàn)圈將AC磁場(chǎng)能量存儲(chǔ)在DC/AC中，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的電流功能。磁芯可以鑲嵌或嵌入，而線(xiàn)圈只能設(shè)計(jì)在通孔中。電感器嵌入式產(chǎn)品主要有兩種類(lèi)型：嵌入式電感器和空心嵌入式電感器。前者固定在PCB上，嵌入式電感器由外圍預(yù)浸料層壓而成。后者隨著PCB的移動(dòng)而振動(dòng)，內(nèi)置電路板內(nèi)的電感。

電感嵌入式模塊設(shè)計(jì)與普通電源模塊的比較如下表所示

?嵌入式熱銅塊

電子產(chǎn)品體積不斷縮小，密度越來(lái)越高，使電子產(chǎn)品的散熱量大幅增加工業(yè)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)。到目前為止，領(lǐng)先的散熱方法包括以金屬為基板制造的PCB，電路板上的金屬基焊接和填充導(dǎo)電膏的通孔。前兩種類(lèi)型導(dǎo)致金屬材料的大量消耗，適用于單一 - 側(cè)面PCB制造。其余方法的特點(diǎn)是工藝復(fù)雜，散熱不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

銅塊嵌入式解決了高成本問(wèn)題，可以有效解決散熱問(wèn)題。主要的散熱類(lèi)型包括：

a。銅塊滲透。嵌入式銅塊的厚度相當(dāng)于成品板的厚度。銅塊穿過(guò)頂層和底層。

b。半嵌入式銅塊。嵌入式銅塊的厚度小于成品板的厚度。銅塊的一側(cè)與底層保持相同的高度，而另一側(cè)與一個(gè)內(nèi)層保持相同的高度。

嵌入式組件技術(shù)及其解決方案的難點(diǎn)

?嵌入式電阻器和電容器

電阻器嵌入式產(chǎn)品來(lái)自電阻器嵌入，通過(guò)蝕刻接收相對(duì)廣泛的應(yīng)用。工業(yè)上廣泛接受的電阻器嵌入的主要材料是Ni-P合金和Ni-Cr合金，其性能不同，需要不同的蝕刻解決方案。到目前為止，電阻器嵌入材料蝕刻過(guò)程中面臨的主要問(wèn)題是如何控制電阻和相應(yīng)的容差，即電阻器位置的線(xiàn)路補(bǔ)償，這對(duì)于具有低方阻的電阻器材料尤其重要。蝕刻會(huì)對(duì)電阻產(chǎn)生更大的影響。

嵌入式電容器是一種可嵌入PCB板的電容材料。由于這種材料具有高電容密度，因此它在電源系統(tǒng)中起到去耦和濾波的作用，從而進(jìn)一步降低了自由電容。這種材料能夠改善電子產(chǎn)品的性能并減小電路板尺寸。電容器嵌入式電子產(chǎn)品的主要困難是嵌入材料的相對(duì)薄的電介質(zhì)。因此，跟蹤和蝕刻必須在單面完成。

?磁芯組件嵌入

a。銑槽控制。對(duì)PCB板進(jìn)行材料切割后，應(yīng)在芯板上銑出圓形槽。

b。完全磁性層壓與凝膠完全填充。在PCB層壓之前，將磁芯放置在研磨槽中，其需要考慮完全磁芯層壓并且凝膠完全填充。應(yīng)監(jiān)控層壓結(jié)構(gòu)和布局模式。

c。層壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。兩種設(shè)計(jì)方法可用于磁芯嵌入式PCB的層壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：磁芯在層壓和磁芯層壓過(guò)程中的應(yīng)用。覆膜布局模式。為防止磁芯脫落，在布局過(guò)程中磁芯側(cè)應(yīng)向上，并在應(yīng)力集中時(shí)阻止磁芯斷裂，在布局時(shí)應(yīng)使用防撞墊。磁芯周?chē)腻兺字圃?。為確保鉆孔不會(huì)損壞磁芯并防止電鍍后發(fā)生短路，在設(shè)計(jì)階段，孔與磁芯之間的安全距離應(yīng)至少為0.2mm。

?嵌入銅塊的電子產(chǎn)品

結(jié)果

一個(gè)。對(duì)于銅塊穿透式嵌入，銑槽尺寸控制應(yīng)與磁芯嵌入相當(dāng)。

b。對(duì)于半嵌入銅塊的產(chǎn)品，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注銑槽深度。

c。當(dāng)涉及銅塊和預(yù)浸料之間的連接時(shí)，銅塊的一側(cè)應(yīng)該變褐。

d。覆膜布局。應(yīng)將銅塊向上放置以阻止銅塊掉落。在層壓布局過(guò)程中應(yīng)使用防撞墊，以防止缺陷發(fā)生缺陷。

元件嵌入式技術(shù)的實(shí)施是電源模塊小型化和發(fā)展需求的重要解決方案之一。小型化和電子產(chǎn)品的多種功能。通過(guò)嵌入內(nèi)部PCB的電容器，電感器和電阻器，可以極大地優(yōu)化PCB表面積。此外，銅塊嵌入式產(chǎn)品既可以有效降低高頻產(chǎn)品的成本，又可以提高散熱性能。