組み込み PCB:組み込みシステムに最適なボード

より小型のウェアラブル回路に対する需要が高いため、組み込みシステムの売上は着実に増加しています。さらに、組み込みシステムは、標準の PCB では処理できないより複雑なアプリケーションの作成に役立ちます。では、組み込みシステムのパワーを処理できるものは何でしょうか?単純！埋め込み PCB。これらのボードは、シグナル インテグリティを失う可能性を減らす埋め込みコンポーネントを使用しています。

しかし、それだけではありません。組み込みシステムとその仕組みについて学ぶべきことは他にもたくさんあります。

組み込み PCB と、組み込みシステムに影響を与えるいくつかの課題について詳しく学びましょう。

埋め込みコンポーネントとは

コンポーネント付きの埋め込み PCB

組み込みコンポーネントとは何かに飛び込む前に、組み込みシステムの概念をブラッシュ アップしましょう。組み込みシステムの背後にある主なアイデアは、高い整合性とパフォーマンスを維持しながら、回路基板のサイズを縮小することです。

さらに、組み込み PCB は、部品が層に埋め込まれた回路基板です。また、これらの組み込みコンポーネントは、組み込みシステムのパフォーマンスを向上させるのに役立ちます。

組み込みコンポーネントを使用する方法は多数あります。そして、それらをどのように使用するかは、製造プロセスに影響を与えます。当初、PCB の製造とコンポーネントの配置は、メーカーが別々に扱う必要のある 2 つの概念でした。

現在、プロセスはそれほど明確ではありません。したがって、コンポーネントが組み込まれたボードを設計および製造できます。さらに、埋め込みコンポーネントを追加するには 2 つの方法があります。

• まず、埋め込まれたコンポーネントを配置するためのオープン キャビティを作成できます。その結果、コンポーネントは最終製品に表示されたままになります。

• 次に、コンポーネントを内部レイヤーに埋め込みます。その結果、回路は非表示のままになります。

埋め込みコンポーネントの種類を詳しく見てみましょう。

注:通常、組み込みコンポーネントには、アクティブ デバイスとパッシブ デバイスの 2 つのカテゴリがあります。

組み込み抵抗器

組み込み抵抗器は、電子性能を向上させることができる受動デバイスです。また、コンポーネントは PCB の表面から個々のデバイスを移動します。したがって、他のコンポーネントにより多くの表面スペースを提供します。

ただし、組み込み抵抗には、特定の許容誤差と電力定格が必要です。そうしないと、燃焼または失敗します。さらに、これらのデバイスははんだ接合や SMT ビアを必要としないため、PCB の信頼性と信号ルーティングが向上します。

組み込みインダクタ

組み込みインダクタは、回路の電流フローのバランスを取りながらエネルギーを蓄え、供給するコンポーネントです。標準インダクタの作成は非常に複雑であるため、PCB の表面スペースを節約するために埋め込む必要があります。

組み込みコンデンサ

組み込みコンデンサは、銅張積層板を使用するため、少し異なります。ただし、これらのラミネートにより、PCB にデカップリング コンデンサを追加する必要がなくなります。

埋め込みコンデンサは、2 つの銅層の間に配置された薄い誘電体です。また、容量密度が高いため、デカップリング コンデンサとしても機能します。

組み込みシステム用の PCB アセンブリを設計する方法

PCB アセンブリ

組み込みシステム用の PCB を設計するのは難しい場合があります。ただし、優れた組み込み PCB 設計を構築するのに役立つヒントをいくつか紹介します。

要件を定義する

主な質問の 1 つは、PCB で何を達成したいのかということです。これにより、必要な要件がわかります。

また、PCB が組み込みシステムの他の領域とどのように相互作用するか、およびそのサイズを考慮することも重要です。これらの 2 つの要因は、組み立て時の PCB の複雑さに影響します。

回路図を作成

PCB 回路図

要件を設定したら、それらを回路図の仕様に変換する必要があります。回路図の作成には、ボードに適したマイクロコントローラーとその他のコンポーネントの選択が含まれます。

次に、製造業者がそれらを配置する必要がある場所を示す図を作成できます。

マイクロコントローラは、組み込みシステムにとって非常に重要です。したがって、選択を行う前にいくつかの要因を考慮する必要があります。これらの要因には、周辺機器と処理速度が含まれます。

適切な自動化ソフトウェアの選択

設計自動化ソフトウェア

回路図の情報を配置するには、適切な設計自動化ソフトウェアが必要です。次に、ソフトウェアはすべてを CAD ファイルに結合して、PCB の組み立てプロセスを指示します。

製造方法の選択

前に設定した要件によって、PCB に必要な製造方法が決まります。製造方法に影響を与える可能性のあるその他の要因には、時間枠と予算があります。

テスト タイプを決定する

最後に、PCB のテストを選択する必要があります。これは、設計が標準であることを保証するため、組み立てプロセスにとって非常に重要です。

さらに、メーカーは承認前にデザインの機能をテストする必要があります。

注:さまざまなテストを選択して、設計が標準要件を満たしていることを確認できます。

コンポーネント組み込みプリント基板の組み立てプロセス

組み立て済みPCB

コンポーネントに埋め込み技術を使用するには、取り付けが必要です。また、スルーホール実装タイプとはんだパッド実装タイプの2種類をご用意しております。詳しく見てみましょう:

スルーホール取り付け

スルーホール実装方式には、ベア実装とチップ実装の2つの工程があります。ベア マウントの場合は、導電性接着剤またはメッキ スルーホール オプションを使用します。また、チップ実装プロセスにも同様のオプションがあります。

はんだパッドの取り付け

スルーホール実装と同様に、はんだパッドにはベア実装とチップ実装のプロセスがあります。しかし、それは類似点が終わるところです。はんだパッド実装のベア方式には、フリップフロップまたはワイヤ実装プロセスの使用が含まれます。

また、コンポーネントを PCB に埋め込む前に、使用するプロセスを選択する必要があります。ただし、チップの実装方法には、導電性樹脂またはウェーブはんだ付けオプションの採用が含まれます。

PCB に組み込まれたコンポーネントの組み立て手順

ベア ダイ コンポーネントを埋め込む場合、ダイ ボンディング プロセスの選択は非常に重要です。また、コンポーネントがモールド パッケージ、PD、または WLCSP である場合は、超音波境界や ESC (エポキシ カプセル化はんだ接続) などの他の方法を適用できます。

ただし、AD実装の場合は、導電性樹脂入りハンダやウェーブハンダが最適です。パッド付き埋め込みコンポーネントの組み立て手順は次のとおりです。

1.まず、埋め込む前に、さまざまな設計と技術の手順を知る必要があります。その結果、アクティブなデバイスの実現可能性と SMD の埋め込みが得られます。その間、トレースの設計に注意を払う必要があります。

2. 2 層 PCB を使用している場合は、はんだペースト コーティングを追加する前に、2 層基板の製造を開始します。

3. ミッドスタックアップと絶縁充填の前に、ウェーブはんだ付けと IC アセンブリに移動します。最後に、最上層のスタックアップでホット プレスを行います。

キャビティ内でのコンポーネントの組み立ては、難しいところです。また、はんだ空隙率が高くなる問題に直面する可能性があるためです。ただし、次のワークフローを使用して、特にはんだ印刷または真空ウェーブはんだ付け技術の際に、このような問題を回避できます:

ワークフロー プロセス

組み込み PCB 設計に影響を与える要因

組み込みシステムを構築する前に、考慮すべき要素がいくつかあります。それらには以下が含まれます:

PCB サイズ

小規模および大規模な PCB サイズ

PCB は、設計の構造に影響を与える支配的な要因です。選択するサイズは、使用するコンポーネントと一致する必要があります。また、適切なサイズを選択すると、正しい配置が可能になり、過熱を回避できます。

熱管理

高電流アプリケーションを使用している場合、過熱の問題が発生します。ただし、トレースの厚さを増やすか、銅プレーンを作成することで、ボードの熱放散を増やすことができます。

コンポーネントの配置

コンポーネントが適切に配置されたボード

すべての PCB 設計には、いくつかのコンポーネント配置規則が必要です。そのため、組み込み PCB の場合、より重いコンポーネントをエッジの近くに配置することは避けるのが最善です。代わりに、そのようなコンポーネントは PCB 側に配置する必要があります。

また、電源装置を 1 つの領域にまとめて配置しないでください。代わりに、ボード上に均等に配置して、熱放散を改善してください。

組み込み PCB の利点

組み込み PCB から享受できるいくつかの利点を次に示します。

熱放散の強化

組み込みシステムは優れた熱放散機能を備えており、過熱の問題を防ぐことができます。

安い

組み込み PCB は費用対効果が高いです。それは、このデバイスがシングル チップのコンパクトな設計を採用しているからです。

厳密な設計パラメータ

組み込み PCB には事前定義されたパラメータがあります。ただし、デザインに合わせて微調整や調整を行うことができます。ただし、これは拡張と追加の形でのみ行うことができます。

組み込みシステム設計の課題

組み込みシステムのすべての設計段階に細心の注意を払う必要があります。そうしないと、いくつかの課題に直面することになります。製造前に設計をすばやく修正できますが、製造後に欠陥があると、費用のかかるやり直しが発生する可能性があります。

組み込みシステムで直面する可能性のあるいくつかの課題を次に示します。

• 他のコンポーネントのための表面スペースなし
• ハードウェア テストの課題
• パッケージ化と統合の課題
• EMI エミッション
• オーバーヒート
• 高消費電力
• 有効性を維持できない

切り上げ

埋め込み PCB

組み込み PCB は非常に用途が広いため、さまざまなアプリケーションで使用できます。たとえば、軍事、家電、さらには航空宇宙のアプリケーションでも使用できます。

これらのボードは、その小型サイズにもかかわらず、高いパフォーマンスと密度を提供できる驚異的な機能を間違いなく提供します。

さらに、より複雑な設計やシステムのために表面スペースを節約する組み込みコンポーネントを備えています。

いくつかの課題がありますが、PCB を慎重に設計し、製造に送る前にすべてが正しいことを確認することで、簡単に回避できます。

組み込み基板の製作をご希望の場合は、必ずお問い合わせください。最高の PCB サービスを提供させていただきます。