用嵌入式元件技術實現高端產品設計
發布時間：2015/11/10 訪問人數：726次
由于電子產品面臨著如何在更小體積的設備上，產生最大功效這一嚴峻挑戰，因此為發明表面貼裝元件或研究半導體幾何學提供了動力;同時，也推動了新趨勢的產生，即在PCB基板內嵌入無源元件和有源元件。
這一趨勢確實對整個電子供應鏈影響頗深，也是每個環節的供應商所面臨的挑戰。工程設計團隊要想充分利用這一發展趨勢，需要一款在構思和創新PCB時更具靈活性的設計自動化工具。新標準下的設計規則也具有一定挑戰，因此EDA工具供應商正集中精力努力應對這些問題，使更多OEM廠商采用這種極具競爭性和革命性的技術。
元件
將元件與基板連接主要有兩種方式：成型連接和嵌入式連接。前者有效地利用了鍍銅和阻性薄膜，在嵌入層(或表面層)產生無源(阻性、容性、感性)元件;后者是一個漸進的過程，可以把不連續的元件、裸芯片甚至模塊安裝在基板材料表層下。
此方式的優點很多，最為重要的一點就是它的元件密度。值得一提的是，人們對于無源元件(尤其是可以應對更高運行頻率和信號頻率的電容器)的需求增加，這也產生了一個新趨勢，即垂直堆棧元件，以最大程度降低走線長度。德州儀器公司最近推出了500mA的DC-DC降壓轉換器，尺寸僅為2.3mm長、2.0mm寬、1.0mm高。
元件制造商在推出新產品時必須要不斷滿足人們對于封裝變化的需求，以及廣泛應用的表面貼裝技術，尤其是在無源元件中，該技術可以更好地將元件嵌入PCB基板中。隨著SMT剖面結構越來越小，這些部件可以直接安裝或與芯片一起嵌入PCB基板中。比如01005(0402)系列，尺寸僅為0.4mm長、0.22mm寬、0.15mm高。
然而，這種連接方式有進一步的要求，主要分兩種：利用傳統的焊接方式或者利用鍍銅孔。如果采用焊接方式，那就可以使用通用鍍錫多層陶瓷電容器，但是在嵌入時會有一定的風險。二次加熱(如當進行表面貼裝)時會導致焊膏與嵌入元件產生回流，并有可能最終導致操作失敗。
為了避免出現焊接回流問題，業內正在用鍍銅孔替代焊接元件，但是要求元件的電極也是銅質的(不是錫質的)，以便更好地連接。因此現在業內也開始生產帶銅質電極的SMT器件。例如，日本村田公司專門為嵌入元件設計的GRU系列嵌入式電容。
制造
在傳統的工作流程中，生產制造的各個階段往往是不連貫的：先行制造裸板，然后送到裝配工廠，由元件貼裝機進行PCB板的裝配。
嵌入式元件將改善這一現象：各個階段不再是分開的，元件在生產制造的同時就要與PCB板連接在一起。這對PCB行業以及設備制造商而言是嚴峻的挑戰。無論是在PCB基板裝配過程中還是完畢后，元件始終嵌入基板凹槽中。如果在PCB裝配之后再嵌入元件，凹槽就會顯露在表面。如果要把元件完全嵌入多層板中，只能通過PCB制造商來操作，這也為SMT元件貼片機制造商創造了新的市場機會。
相應的，SMT貼片機制造商也要考慮嵌入元件鋪放問題。通常嵌入凹槽允許的最大生產公差僅為20um，這就要求SMT鋪放有較高的準確性。例如，焊膏的自動校對功能可以在一定程度上提高準確度，但對于嵌入式元件而言并不適用。
此外，元件鋪放時的力道也要準確把握，表面貼裝的元件在鋪放過程中出現的毀壞可以在外觀檢測時發現;相比之下，嵌入式元件的毀壞情況則是肉眼檢測不到的，一旦發現破裂則會導致整個基板失效。突發性的熱事件(如在表面貼裝元件時產生回流)也會導致嵌入式元件的完整性大打折扣。
制造設備供應商力臻達到元件嵌入時的標準和操作規范，以求為行業贏得功能和商業上的雙重收益。
EDA工具
電子行業已經成功地引入了嵌入式有源元件概念，并將它視為主流趨勢。盡管大型OEM的目標鎖定在寸土寸金的消費設備上，但是隨著近年來小規模的設計團隊逐漸增多，各個規模的OEM都開始利用嵌入式元件的優勢。
這些支持主要來自EDA供應商。例如最新發布的Altium Designer 14利用領先的板級設計環境創建帶有凹槽的PCB板，以支持嵌入式元件。
