什么是元件嵌入式PCB

朝着高密度和小型化的电子硬件发展推动PCB（印刷电路板）的表面积急剧缩小，同时需要在电路板上组装的电子元件的数量不断增加。功率模块看到电感器件占功率板的40％以上，这是电子产品小型化和高密度实现的缺点。为了探索更好的解决方案，一些设计人员考虑将诸如电感器，电阻器和电容器等元件嵌入PCB板的内部部分，以便可以获得电子产品的高密度和小型化。此外，元件嵌入式PCB可以缩短元件之间的走线，提高电气性能，增加有效电路板封装面积，减少PCB板面积的焊接连接，从而提高封装的可靠性并节省成本。

嵌入式组件分类和设计原则

•嵌入式电阻器和电容器

不同制造技术可用于元件嵌入。对于嵌入式电阻器，首先应用具有高电阻的材料;然后使用镍 - 磷镀镍基底材料;接下来，利用陶瓷厚膜预燃方法或LTCC（低温共烧陶瓷）。最后，可以制造出各种不同电阻的平面电阻器。

嵌入式电容器制造的一种更好的方法是将聚合物直接层压在金属板上。嵌入式电容器制造技术包括介电膜应用，厚膜或薄膜电介质生成以及具有高介电常数的高温烧结厚膜应用。

基于上述介绍，PCB制造商主要放置电阻器和电容器通过蚀刻或印刷在PCB板的内层表面上。然后通过层压和多层PCB制造技术将它们嵌入到内部板中。元件嵌入取代了PCB板表面上的无源元件焊接，元件组装和跟踪自由度急剧上升。

•嵌入式电感器

电感器嵌入是形状像螺旋形或通过蚀刻或镀铜弯曲或通过层之间的通孔形成螺旋多层结构。到目前为止，高频模块应用最为广泛。 PCB制造商通过基于多层电路板内部制造技术的蚀刻或印刷将电感器放置在PCB板的内层上。

电感器中包含磁芯的电感器。这种类型的电感器保持磁芯和圆形线圈，利用该磁芯和圆形线圈将AC磁场能量存储在DC/AC中，并实现相应的电流功能。磁芯可以镶嵌或嵌入，而线圈只能设计在通孔中。电感器嵌入式产品主要有两种类型：嵌入式电感器和空心嵌入式电感器。前者固定在PCB上，嵌入式电感器由外围预浸料层压而成。后者随着PCB的移动而振动，内置电路板内的电感。

电感嵌入式模块设计与普通电源模块的比较如下表所示

项目	传统电源模块	电感嵌入式模块
装配类型	SMT	在PCB制造或装配期间放置在内部PCB中
磁性结构	磁路垂直于PCB表面。	磁路与PCB表面平行。
绕组布局	绕组平行于周围的磁芯并平行于PCB表面。	绕组垂直于通孔和PCB中形成的PCB表面。所有绕组都是通过切割PCB表面生成的。
指示图像

•嵌入式热铜块

电子产品体积不断缩小，密度越来越高，使电子产品的散热量大幅增加工业设计的挑战。到目前为止，领先的散热方法包括以金属为基板制造的PCB，电路板上的金属基焊接和填充导电膏的通孔。前两种类型导致金属材料的大量消耗，适用于单一 - 侧面PCB制造。其余方法的特点是工艺复杂，散热不能满足设计要求。

铜块嵌入式解决了高成本问题，可以有效解决散热问题。主要的散热类型包括：

a。铜块渗透。嵌入式铜块的厚度相当于成品板的厚度。铜块穿过顶层和底层。

b。半嵌入式铜块。嵌入式铜块的厚度小于成品板的厚度。铜块的一侧与底层保持相同的高度，而另一侧与一个内层保持相同的高度。

嵌入式组件技术及其解决方案的难点

•嵌入式电阻器和电容器

电阻器嵌入式产品来自电阻器嵌入，通过蚀刻接收相对广泛的应用。工业上广泛接受的电阻器嵌入的主要材料是Ni-P合金和Ni-Cr合金，其性能不同，需要不同的蚀刻解决方案。到目前为止，电阻器嵌入材料蚀刻过程中面临的主要问题是如何控制电阻和相应的容差，即电阻器位置的线路补偿，这对于具有低方阻的电阻器材料尤其重要。蚀刻会对电阻产生更大的影响。

嵌入式电容器是一种可嵌入PCB板的电容材料。由于这种材料具有高电容密度，因此它在电源系统中起到去耦和滤波的作用，从而进一步降低了自由电容。这种材料能够改善电子产品的性能并减小电路板尺寸。电容器嵌入式电子产品的主要困难是嵌入材料的相对薄的电介质。因此，跟踪和蚀刻必须在单面完成。

•磁芯组件嵌入

a。铣槽控制。对PCB板进行材料切割后，应在芯板上铣出圆形槽。

b。完全磁性层压与凝胶完全填充。在PCB层压之前，将磁芯放置在研磨槽中，其需要考虑完全磁芯层压并且凝胶完全填充。应监控层压结构和布局模式。

c。层压结构设计。两种设计方法可用于磁芯嵌入式PCB的层压结构设计：磁芯在层压和磁芯层压过程中的应用。覆膜布局模式。为防止磁芯脱落，在布局过程中磁芯侧应向上，并在应力集中时阻止磁芯断裂，在布局时应使用防撞垫。磁芯周围的镀通孔制造。为确保钻孔不会损坏磁芯并防止电镀后发生短路，在设计阶段，孔与磁芯之间的安全距离应至少为0.2mm。

•嵌入铜块的电子产品

结果

一个。对于铜块穿透式嵌入，铣槽尺寸控制应与磁芯嵌入相当。

b。对于半嵌入铜块的产品，应重点关注铣槽深度。

c。当涉及铜块和预浸料之间的连接时，铜块的一侧应该变褐。

d。覆膜布局。应将铜块向上放置以阻止铜块掉落。在层压布局过程中应使用防撞垫，以防止缺陷发生缺陷。

元件嵌入式技术的实施是电源模块小型化和发展需求的重要解决方案之一。小型化和电子产品的多种功能。通过嵌入内部PCB的电容器，电感器和电阻器，可以极大地优化PCB表面积。此外，铜块嵌入式产品既可以有效降低高频产品的成本，又可以提高散热性能。