Technologie Embedded PCB, Terminologie

Následující příspěvek je úvodem do technologie embedded PCB, tj. technologie desek DPS se zabudovanými aktivními i pasivními komponentami. Tyto desky tvoří substráty pro případné další osazování složitých integrovaných obvodů technologií povrchové montáže, resp. technologií montáže do pokovených otvorů.

Článek navazuje na předchozí terminologická témata: Terminologie pro montáž v elektronice, Systémy MEMS, Nositelná elektronika atp. Text vychází z dokumentů technických komisí IEC TC 91 a CLC SR 91, Technologie montáže elektroniky (Electronics assembly technology) a z článků české a anglické wikipedie.

Klasifikace souvisejících termínů

Etapy vývoje technologií montáže elektroniky:

• technologie montáže do otvorů (Through-Hole Technology, THT) – technologie, kde připojení komponenty k vodivému obrazci se dosáhne pomocí montáže do průchozích otvorů;
• technologie povrchové montáže ( Surface-Mounting Technology, SMT) – elektrické připojení vývodů nebo zakončení komponenty k vodivému obrazci desky s plošnými spoji pájením, bez použití otvorů pro součástku;
• technologie embedded passive ( Embedded Passive Technology, EPT) – technologie, kde pasivní komponenty jsou vytvořeny uvnitř nebo vsunuty do primárně propojeného substrátu jako opak k umístění na povrch;
• technologie embedded PCB ( Embedded PCB Technology) – technologie, kde aktivní a/nebo pasivní komponenty jsou vytvořeny uvnitř nebo vsunuty do primárně propojeného substrátu jako opak k umístění na povrch.

Komponenty používané při výrobě substrátu:

Součástky (components/devices):

• aktivní součástky vkládané – diody, tranzistory, integrované obvody;
• aktivní součástky vytvářené – diody, tranzistory vytvářené jako součást výroby substrátu;
• pasivní součástky vkládané – rezistory, kondenzátory, induktory dodávané externě;
• pasivní součástky vytvářené – rezistory, kondenzátory, induktory vytvářené jako součást výroby substrátu.

Zabudované komponenty vkládané (embedded components – inserted):

• zabudované aktivní součástky vkládané (embedded active component – inserted);
• zabudované pasivní součástky vkládané (embedded passive component – inserted);
• zabudované moduly vkládané (embedded modules – inserted);
• zabudované MEMS vkládané ( embedded MEMS – inserted).

Zabudované komponenty vytvářené (embedded components – formed):

• zabudované aktivní součástky vytvářené (embedded active component – formed);
• zabudované pasivní součástky vytvářené (embedded passive component – formed).

Příklady výrobků realizovaných technologií embedded passive:

• elektronika pro kosmické lety (space applications);
• chytré telefony (SmartPhones, iPhone X);
• chytré náramky (SmartBands, ukazují čas, zdravotní údaje, sportovní aktivity);
• biomedicínské zdravotní senzory (biomedical health sensors).

Mikroelektromechanické systémy (MicroElectroMechanical Systems) jsou systémy s mikrorozměry, ve kterých jsou čidla, ovladače a/nebo elektrické obvody integrovány na čipu pomocí polovodičových procesů; příklady senzorů MEMS v chytrých telefonech:

• akcelerometry (accelerometers);
• gyroskopy (gyroscopes);
• snímače okolního světla (ambient light sensors);
• magnetometry (magnetometers).

Komise IEC TC 91, Technologie montáže elektroniky (Electronics assembly technology), je tvořena 15 pracovními skupinami (Working Groups):

• WG 1: Požadavky na elektronické komponenty (Requirements for electronic components);
• WG 2: Požadavky na elektronické sestavy (Requirements for electronics assemblies);
• WG 3: Měřicí a zkušební metody pro elektronické sestavy (Measuring and test methods for electronics assemblies);
• WG 4: Desky s plošnými spoji a materiály (Printed boards and materials);
• WG 5: Termíny a definice (Terms and definitions);
• WG 6: Technologie montáže zabudovaných součástek (Device embedding assembly technology);
• WG 10: Měřicí a zkušební metody pro desky s plošnými spoji a materiály pro desky s plošnými spoji (Measuring and test methods for printed boards and printed board materials);
• WG 12: Metodika návrhu a přenos dat neosazených a osazených desek s plošnými spoji (Design methodology and data transfer of circuit boards and circuit board assemblies);
• WG 13: Automatizace návrhu: Jazyk pro popis komponent, obvodů a systémů (Design Automation: Component, Circuit and System Description Language);
• WG 14: Automatizace návrhu: Knihovna znovu použitelných dílů elektrotechnických výrobků (Design Automation: Library of reusable Parts for Electrotechnical Products);
• WG 15: Automatizace návrhu: Zkoušení elektrotechnických výrobků (Design Automation: Testing of Electrotechnical Products).

Skupina WG 5 zpracovává dokumenty IEC 60194, Printed boards design, manufacture and assembly – Vocabulary (Návrh, výroba a montáž desek s plošnými spoji – Slovník).

Skupina WG 6 je zaměřena na

• substráty se zabudovanými součástkami;
• moduly, které používají takové substráty;
• vypracování a údržba souboru IEC 62878.

IEC 62878 Device embedding assembly technology (Technologie montáže zabudovaných součástek) je soubor dokumentů, které specifikují požadavky a metody zkoušení pro substráty se zabudovanými aktivními nebo pasivními součástkami, s diskrétními komponentami vytvářenými výrobními postupy pro desky s plošnými spoji atp.

• Part 1: Generic specification for device embedded substrates (Část 1: Kmenová specifikace pro substráty se zabudovanými součástkami);
• Part 1-1: Generic specification – Test methods (Část 1-1: Kmenová specifikace – Zkušební metody);
• Part 2-1: Guidelines – General description of technology (Část 2-1: Směrnice – Obecný popis technologie);
• Part 2-2: Guidelines – Electrical testing (Část 2-2: Směrnice – Elektrické testování);
• Part 2-3: Guidelines – Design guide (Část 2-3: Směrnice – Návod pro návrh);
• Part 2-5: Guidelines – Implementation of a 3D data format for device embedded substrate (Část 2-5: Směrnice – Implementace 3D formátu dat pro substrát se zabudovanými součástkami);
• Part 2-7: Guidelines – Accelerated stress testing of passive embedded circuit boards (Část 2-7: Směrnice – Zrychlené testování namáháním desek s plošnými spoji se zabudovanými pasivními součástkami).

Embedding (zabudování) je proces používající pryskyřici, kterou lze vytvrdit při vytváření elektronických/elektrických komponent/modulů; používají se varianty:

• casting – zalévání, lití;
• potting – zalévání elektronické sestavy nevytvrzeným plastem do příslušného krytu, který je součástí vyrobené sestavy – viz obr. 2;
• dip-coating – vytváření povlaku ponorem;
• resin transfer molding – postup obdobný tlakovému lití a vstřikování plastů, odlévání s přenosem zalévací směsi do formy - viz obr. 3);
• vacuum assisted resin transfer molding – postup obdobný „resin transfer molding“, kde se na jedné straně používá podtlak (vacuum).