嵌入式 PCB:为现代可穿戴设备赋能的紧凑可靠系统
因对更小可穿戴电路的高需求,嵌入式系统销量稳步增长。此外,嵌入式系统能创建标准 PCB 无法处理的更复杂应用。什么能驾驭嵌入式系统之力?简单:嵌入式 PCB。这些板卡使用嵌入式元件降低信号完整性丢失风险。
但这不是全部。还有很多关于嵌入式系统及其工作原理的知识。继续阅读,了解嵌入式 PCB 及影响嵌入式系统的挑战。
什么是嵌入式元件
带元件的嵌入式 PCB
探讨嵌入式元件前,先回顾嵌入式系统概念。核心思想:在保持高完整性和性能前提下减小电路板尺寸。嵌入式 PCB 将元件埋入板层内,这些嵌入式元件增强嵌入式系统性能。使用嵌入式元件方式多样,使用方式影响制造工艺。初期 PCB 制造和元件放置是分离的制造商需分别处理的概念。现在工艺不再截然不同,可设计制造带嵌入式元件的板卡。添加嵌入式元件两种方式:
- 创建开放腔体放置嵌入式元件,元件在成品可见
- 将元件嵌入内层,电路隐藏
详细看嵌入式元件类型。注:嵌入式元件通常分两类——有源器件和无源器件。
嵌入式电阻
嵌入式电阻是无源器件,可提升电子性能。将离散器件从 PCB 表面移走,为其他元件腾出表面空间。但嵌入式电阻需特定公差和功率额定值,否则烧毁失效。且无需焊点或 SMT 过孔,提高 PCB 可靠性和信号布线。
嵌入式电感
嵌入式电感存储供能并平衡电路电流。标准电感制造复杂,嵌入可节省 PCB 表面空间。
嵌入式电容
嵌入式电容不同,使用铜箔覆层板。但这些层压板消除了 PCB 上添加去耦电容的需要。嵌入式电容是位于两铜层间的薄介质材料,因高容性密度充当去耦电容。
如何为嵌入式系统设计 PCB 组装
PCB 组装
为嵌入式系统设计 PCB 棘手。以下技巧助你打造优秀嵌入式 PCB 设计。
明确需求
核心问题:你想用 PCB 达成什么?由此知晓必要需求。考虑 PCB 如何与嵌入式系统其他区域交互及尺寸,这两因素影响组装复杂度。
构建原理图
PCB 原理图
需求确定后转化为原理图规格。构建原理图包括选型合适单片机和其他元件,绘制制造商放置位置图。单片机对嵌入式系统至关重要,选型须考虑外设和处理速度。
选择合适的自动化设计软件
设计自动化软件
需合适设计自动化软件放置原理图信息,软件整合生成 CAD 文件指导 PCB 组装过程。
选择制造工艺
前期需求决定 PCB 制造工艺。其他影响因素:时间框架和预算。
确定测试类型
最后选择 PCB 测试。对组装过程至关重要,确保设计达标。制造商必须批准前测试设计功能性。注:可选不同测试确保设计满足标准要求。
元件嵌入式印制电路板组装工艺
组装好 PCB
元件嵌入技术涉及安装。两种安装类型:通孔和焊盘安装。详细看:
通孔安装
通孔安装涉及裸片安装和芯片安装两工艺。裸片安装用导电胶或镀通孔选项。芯片安装提供类似选项。
焊盘安装
焊盘安装同样含裸片和芯片安装,但相似到此结束。裸片法用倒装或引线键合工艺。嵌入元件前须选定工艺。芯片安装法采用导电树脂或波峰焊选项。
PCB 中嵌入式元件组装程序
嵌入裸片元件选对键合工艺关键。若元件为模塑封装、PD、WLCSP,可用超声波键合和 ESC (环氧封装焊料连接)。AD 安装最好用导电树脂焊料或波峰焊。带焊盘嵌入式元件组装程序:
- 先了解不同设计工艺程序,获取有源器件可行性和 SMD 嵌入,注意走线设计
- 双层板先制造双层基板再涂覆锡膏
- 波峰焊和 IC 组装后进行中间层叠和绝缘填充,最后顶层叠层热压
腔体组装元件最棘手,可能面临导致高焊接空洞的问题。但可用以下工作流避免此类问题,特别是锡膏印刷或真空波峰焊技术时:
工作流程
影响嵌入式 PCB 设计的因素
构建嵌入式系统前需考虑因素:
PCB 尺寸
大小 PCB 尺寸
PCB 尺寸主导设计结构。尺寸须匹配所用元件,正确尺寸允许正确放置避免过热。
热管理
大电流应用有过热问题。可增加走线厚度或创建铜平面提升板卡散热。
元件布局
元件布局良好的板卡
PCB 设计需元件布局规则。嵌入式 PCB 最好避免重元件靠近边缘,置于板卡两侧。电源器件勿集中一区,均匀分布获更好散热。
嵌入式 PCB 优势
增强散热
嵌入式系统散热能力强,防过热。
成本低
嵌入式 PCB 具成本效益,因单芯片紧凑设计。
严格设计参数
嵌入式 PCB 有预定义参数。可微调扩展适配设计,但仅限扩展和添加形式。
嵌入式系统设计挑战
嵌入式系统每个设计阶段须密切关注,否则面临挑战。制造前可快速修复设计,制造后缺陷可能导致昂贵返工。挑战包括:
- 无表面空间放置其他元件
- 硬件测试挑战
- 封装和集成挑战
- EMI 辐射
- 过热
- 高功耗
- 无法保持有效性
结语
嵌入式 PCB
嵌入式 PCB 用途广泛,可用于军事、消费电子、航天等应用。这些板卡虽微型却能提供高性能高密度。嵌入式元件节省表面空间用于更复杂设计系统。虽有挑战,但仔细设计 PCB 确保制造前万无一失即可规避。想制造嵌入式 PCB 请联系我们,提供最佳 PCB 服务。
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