Использование компонентов, встроенных в объем печатной платы при мелкосерийном производстве

Одной из современных тенденций в производстве многослойных печатных плат является встраивание электронных компонентов в объем печатной платы, но развитие этой технологии сдерживается в России сложностями технологического процесса и специализированной импортной элементной базой.
В работе разработана и опробована технология встраивания компонентов для поверхностного монтажа с использованием стандартных технологических процессов и компонентов.

Целью работы является разработка технологии встраивания электронных компонентов в объем печатной платы с использованием стандартных компонентов для поверхностного монтажа и технологических процессов.
Для достижения поставленной цели разработана технология встраивания электронных компонентов при мелкосерийном и штучном производстве, разработаны базовые модули для отработки технологии и проведены испытания на состоятельность разработанной технологии.

Современной тенденцией в производстве многослойных печатных плат (МПП) является встраивание электронных компонентов в их объем, что позволяет получить такие преимущества, как виброзащита, сокращение длин связей, увеличение площади для размещения электронных компонентов, улучшение электромагнитной совместимости, повышение надежности.

Однако распространение технологии ограничивается сложностью технологического процесса и применением специальной импортной элементной базы.

Для решения поставленных задач из стеклотекстолита FR4 тентинг методом изготавливались двухсторонние печатные платы. Монтаж компонентов на платы выполнялся при помощи конвекционной пайки с использованием свинцовых и бессвинцовых припоев. Паяльные маски из фотополимерного материала на эпоксидной основе FullCure720 наносились технологией 3D печати. Для встраивания использовались активные и пассивные электронные компоненты. Пазы для компонентов в слоях МПП изготавливались фрезерованием. В процессе прессования использовались режим деликатного прессования и препрег DE104 1080. Для проведения испытаний применялись методы планирования экспериментов и обработки экспериментальных данных.

Результатом работы является технология встраивания активных и пассивных SMD компонентов в объем печатной платы с максимальным использованием стандартных технологических процессов. Также изготовлены базовые работоспособные модули для демонстрационных целей и проведения испытаний на основе SMD компонентов, встроенных в объем печатной платы. Внутрь платы встраивались: резисторы и светодиоды в корпусе SMD 0603, микроконтроллер ATmega16A в корпусе TQFP-44.

Модули, предназначенные для испытаний, представляют собой матрицу 10x10 из светодиодов. Для подтверждения состоятельности разработанной технологии проведены климатические и вибрационные испытания в соответствии с методикой испытаний для авиационной аппаратуры.

1. Горелов А.О. Изготовление печатных плат со встроенными компонентами с использованием стандартных технологических процессов // Сборник тезисов докладов «Инновации в авиации и космонавтике». Москва, 2015

2. Васильев Ф.В. Конструкции электронных модулей с встроенными компонентами. Преимущества и недостатки. // Труды XXIV международной научно-технической конференции «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2015.

3. Objet Geometries Ltd. «Objet260 Connex 3-D Printer System User Guide» Revision Rev. A1// 2011.

4.Медведев А.М. Технология производства печатных плат. // Техносфера, 2005

5.Нисан А. Встраивание пассивных и активных компонентов в печатные платы – альтернатива печатному монтажу. // Электроника №6, 2011.

One of ongoing trends in manufacturing of multilayer boards is embedding of electronic components into body of PCB, but in Russia development of this technology is slowed down by difficulties in technological process and specialized import element base.
The focus of this work is development and testing of technology that can be applied to embedding of SMD with usage of standard manufacturing processes.