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Embedded PCB:Das perfekte Board für eingebettete Systeme

Aufgrund der hohen Nachfrage nach kleineren, tragbaren Schaltkreisen steigt der Umsatz mit eingebetteten Systemen stetig an. Darüber hinaus helfen eingebettete Systeme, komplexere Anwendungen zu erstellen, die Standard-PCBs nicht bewältigen können. Was kann also mit der Leistung eines eingebetteten Systems umgehen? Einfach! Eine eingebettete Leiterplatte. Diese Boards verwenden eingebettete Komponenten, die die Wahrscheinlichkeit eines Verlusts der Signalintegrität verringern.

Aber das ist nicht alles. Es gibt noch viele andere Dinge über eingebettete Systeme und ihre Funktionsweise zu lernen.

Lesen Sie weiter, um mehr über eingebettete PCB und einige Herausforderungen zu erfahren, die sich auf eingebettete Systeme auswirken.

Was sind eingebettete Komponenten

Eingebettete PCB mit Komponenten

Bevor wir uns mit eingebetteten Komponenten befassen, wollen wir das Konzept der eingebetteten Systeme auffrischen. Die Hauptidee hinter eingebetteten Systemen besteht darin, die Größe von Leiterplatten zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Integrität und Leistung beizubehalten.

Darüber hinaus sind eingebettete Leiterplatten Leiterplatten mit in ihren Schichten vergrabenen Komponenten. Außerdem tragen diese eingebetteten Komponenten dazu bei, die Leistung von eingebetteten Systemen zu verbessern.

Es gibt viele Möglichkeiten, eingebettete Komponenten zu verwenden. Und die Art und Weise, wie Sie sie verwenden, beeinflusst ihren Herstellungsprozess. Anfänglich waren die Leiterplattenherstellung und die Komponentenplatzierung zwei Konzepte, die von den Herstellern separat behandelt werden mussten.

Nun, die Prozesse sind nicht so deutlich. Daher können Sie Platinen mit eingebetteten Komponenten entwerfen und herstellen. Darüber hinaus gibt es zwei Möglichkeiten, eingebettete Komponenten hinzuzufügen.

Schauen wir uns die Arten von eingebetteten Komponenten genauer an.

Hinweis:Eingebettete Komponenten haben normalerweise zwei Kategorien – aktive Geräte und passive Geräte.

Eingebettete Widerstände

Eingebettete Widerstände sind passive Bauelemente, die die elektronische Leistung verbessern können. Außerdem bewegt die Komponente einzelne Geräte von der Oberfläche Ihrer Leiterplatte. Daher bietet es mehr Platz für andere Komponenten.

Eingebettete Widerstände müssen jedoch bestimmte Toleranzen und Nennleistungen aufweisen. Andernfalls brennt es oder fällt aus. Darüber hinaus benötigen diese Geräte keine Lötverbindungen oder SMT-Durchkontaktierungen, was die Zuverlässigkeit der Leiterplatte und die Signalführung erhöht.

Eingebetteter Induktor

Ein eingebetteter Induktor ist eine Komponente, die Energie speichert und liefert und gleichzeitig den Stromfluss einer Schaltung ausgleicht. Die Herstellung eines Standardinduktors ist ziemlich komplex, daher müssen Sie ihn einbetten, um Platz auf der Leiterplatte zu sparen.

Eingebetteter Kondensator

Eingebettete Kondensatoren sind etwas anders, da sie kupferkaschierte Laminate verwenden. Diese Laminate machen jedoch das Hinzufügen von Entkopplungskondensatoren auf einer Leiterplatte überflüssig.

Eingebettete Kondensatoren sind dünne dielektrische Materialien, die zwischen zwei Kupferschichten angeordnet sind. Außerdem wirken sie aufgrund ihrer hohen kapazitiven Dichte als Entkopplungskondensatoren.

So entwerfen Sie eine PCB-Baugruppe für ein eingebettetes System

Leiterplattenbestückung

Es kann schwierig sein, PCBs für eingebettete Systeme zu entwerfen. Aber hier sind einige Tipps, die Ihnen dabei helfen, ein großartiges Embedded-PCB-Design zu erstellen.

Definieren Sie Ihre Anforderungen

Eine der wichtigsten Fragen ist:Was möchten Sie mit Ihrer Leiterplatte erreichen? Damit kennen Sie die notwendigen Voraussetzungen.

Außerdem ist es wichtig zu berücksichtigen, wie Ihre Leiterplatte mit anderen Bereichen des eingebetteten Systems und seiner Größe interagiert. Diese beiden Faktoren beeinflussen, wie komplex Ihre Leiterplatte während der Bestückung sein wird.

Erstellen Sie Ihren Schaltplan

PCB-Schaltplan

Nachdem Sie Ihre Anforderungen festgelegt haben, müssen Sie sie in Spezifikationen für Ihren Schaltplan übersetzen. Das Erstellen eines Schaltplans umfasst die Auswahl eines geeigneten Mikrocontrollers und anderer Komponenten für die Platine.

Anschließend können Sie ein Diagramm erstellen, das zeigt, wo die Hersteller sie platzieren müssen.

Mikrocontroller sind für eingebettete Systeme von entscheidender Bedeutung. Daher müssen Sie einige Faktoren berücksichtigen, bevor Sie eine Wahl treffen. Zu diesen Faktoren gehören die Peripheriegeräte und die Verarbeitungsgeschwindigkeit.

Auswahl der richtigen Automatisierungssoftware

Designautomatisierungssoftware

Sie benötigen die richtige Designautomatisierungssoftware, um die Informationen Ihres Schaltplans zu platzieren. Dann kombiniert die Software alles in einer CAD-Datei, um den Montageprozess Ihrer Leiterplatte anzuweisen.

Auswählen einer Herstellungsmethode

Die Anforderungen, die Sie zuvor festgelegt haben, bestimmen die Herstellungsmethode, die Ihre Leiterplatte benötigt. Einige andere Faktoren, die die Herstellungsmethode beeinflussen können, sind Zeitrahmen und Budget.

Bestimmen Sie den Testtyp

Zuletzt müssen Sie einen Test für Ihre Leiterplatte auswählen. Es ist entscheidend für den Montageprozess, da es sicherstellt, dass Ihre Designs Standard sind.

Außerdem müssen Hersteller die Funktionalität Ihres Designs vor der Genehmigung testen.

Hinweis:Sie können verschiedene Tests auswählen, um sicherzustellen, dass Ihre Designs die Standardanforderungen erfüllen.

Der Montageprozess für komponentenintegrierte Leiterplatten

Bestückte Leiterplatte

Der Einsatz von Embedding-Technologie für Ihre Komponenten beinhaltet die Montage. Und es gibt zwei Typen, die Sie verwenden können:Durchgangsloch- und Lötpad-Montagetypen. Sehen wir uns das genauer an:

Durchgangslochmontage

Bei einem Durchgangsloch-Montageverfahren sind zwei Prozesse beteiligt:​​Bare- und Chip-Montage. Für die blanke Montage verwenden Sie leitfähige Klebstoffe oder plattierte Durchsteckoptionen. Auch der Chipmontageprozess bietet ähnliche Möglichkeiten.

Lötpadmontage

Wie bei der Durchsteckmontage umfasst die Lötpad-Montage Prozesse für die bloße Montage und die Chipmontage. Aber hier endet die Ähnlichkeit. Die bloße Methode bei der Lötpadmontage beinhaltet die Verwendung von Flip-Flop- oder Drahtmontageprozessen.

Und Sie müssen den Prozess auswählen, den Sie verwenden möchten, bevor Sie Komponenten in Ihre Leiterplatte einbetten. Aber das Chip-Montageverfahren beinhaltet die Verwendung eines leitfähigen Harzes oder der Wellenlötoption.

Montageverfahren für eingebettete Komponenten in PCB

Die Wahl eines Die-Bonding-Prozesses ist entscheidend beim Einbetten von Bare-Die-Komponenten. Sie können auch andere Methoden wie Ultraschallwellenbegrenzung und ESC (Epoxy Encapsulated Solder Connection) anwenden, wenn Ihre Komponenten Formgehäuse, PDs oder WLCSP sind.

Wenn Sie jedoch die AD-Montage verwenden, verwenden Sie am besten Lot mit Leitharz oder Schwalllot. Das Montageverfahren für eingebettete Komponenten mit Pads umfasst:

1. Zunächst müssen Sie vor dem Einbetten die verschiedenen Design- und Technologieverfahren kennen. Als Ergebnis erhalten Sie eine aktive Gerätedurchführbarkeit und SMD-Einbettung. Dabei müssen Sie auf Ihr Trace-Design achten.

2. Beginnen Sie mit der Herstellung des zweischichtigen Substrats, bevor Sie die Lötpastenbeschichtung hinzufügen, wenn Sie mit einer zweischichtigen Leiterplatte arbeiten.

3. Bewegen Sie sich zum Wellenlöten und zur IC-Montage, bevor Sie die Mittelstapel aufbauen und die Isolierung füllen. Führen Sie zum Schluss eine Heißpresse am Stapel der obersten Schicht durch.

Bei der Montage von Komponenten in einer Kavität wird es knifflig. Und das liegt daran, dass Sie möglicherweise auf Probleme stoßen, die einen hohen Lothohlraum verursachen können. Sie können jedoch den folgenden Arbeitsablauf verwenden, um solche Probleme zu vermeiden, insbesondere beim Lotdruck oder bei Vakuumwellenlöttechniken:

Workflow-Prozess

Faktoren, die das Embedded-PCB-Design beeinflussen

Es gibt mehrere Faktoren, die Sie berücksichtigen müssen, bevor Sie ein Embedding-System erstellen. Dazu gehören:

PCB-Größe

Kleine und große PCB-Größe

PCB ist ein dominanter Faktor, der die Struktur Ihrer Designs beeinflusst. Die gewählte Größe muss zu den Komponenten passen, die Sie verwenden möchten. Außerdem würde die Auswahl der richtigen Größe eine korrekte Platzierung ermöglichen und eine Überhitzung vermeiden.

Wärmemanagement

Wenn Sie mit Hochstromanwendungen arbeiten, treten Überhitzungsprobleme auf. Aber Sie können die Wärmeableitung Ihres Boards erhöhen, indem Sie die Leiterbahndicke erhöhen oder Kupferebenen erstellen.

Komponentenplatzierung

Platine mit gut platzierten Komponenten

Jedes PCB-Design erfordert einige Regeln für die Platzierung von Komponenten. Bei eingebetteten Leiterplatten ist es daher am besten, schwerere Komponenten nicht in Randnähe zu platzieren. Stattdessen sollten sich solche Komponenten auf den Leiterplattenseiten befinden.

Außerdem sollten Sie Stromversorgungsgeräte nicht in einem Bereich gruppieren. Verteilen Sie sie stattdessen gleichmäßig auf Ihrem Board, um eine bessere Wärmeableitung zu erzielen.

Vorteile einer eingebetteten Leiterplatte

Hier sind einige Vorteile, die Sie von einem eingebetteten PCB genießen können:

Verbesserte Wärmeableitung

Eingebettete Systeme haben hervorragende Wärmeableitungsfähigkeiten und können Überhitzungsprobleme verhindern.

Es ist billig

Eingebettete Leiterplatten sind kostengünstig. Und das liegt daran, dass das Gerät ein kompaktes Single-Chip-Design hat.

Strenge Designparameter

Eingebettete PCBs haben vordefinierte Parameter. Sie können jedoch einige Optimierungen und Anpassungen vornehmen, um sie an Ihr Design anzupassen. Das geht aber nur in Form von Erweiterungen und Ergänzungen.

Herausforderungen beim Design eingebetteter Systeme

Sie müssen jeder Entwurfsphase eines eingebetteten Systems besondere Aufmerksamkeit schenken. Andernfalls werden Sie vor einigen Herausforderungen stehen. Während Sie Ihre Designs vor der Herstellung schnell reparieren können, können spätere Mängel zu kostspieligen Nacharbeiten führen.

Hier sind einige Herausforderungen, denen Sie bei einem eingebetteten System begegnen können:

Aufrundung

Eingebettete Leiterplatte

Eingebettete Leiterplatten sind so vielseitig, dass Sie sie in verschiedenen Anwendungen verwenden können. Sie können sie beispielsweise im Militär, in der Unterhaltungselektronik und sogar in der Luft- und Raumfahrt einsetzen.

Diese Boards bieten zweifellos unglaubliche Eigenschaften, die es ihnen ermöglichen, trotz ihrer Miniaturgröße eine hohe Leistung und Dichte zu bieten.

Außerdem verfügt es über eingebettete Komponenten, die etwas Platz auf der Oberfläche für komplexere Designs und Systeme einsparen.

Obwohl es einige Herausforderungen gibt, können Sie diese leicht vermeiden, indem Sie Ihr PCB sorgfältig entwerfen und sicherstellen, dass alles korrekt ist, bevor Sie es zur Fertigung senden.

Wenden Sie sich unbedingt an uns, wenn Sie eine eingebettete Leiterplatte herstellen möchten. Wir bieten Ihnen gerne den besten PCB-Service.


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