Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego smartfony, laptopy i wysokiej klasy przemysłowy sprzęt sterujący mogą stać się coraz cieńsze, a jednocześnie mogą pochwalić się coraz większą wydajnością? Pomimo posiadania takiej samej liczby wewnętrznych komponentów elektronicznych, zapewniają optymalne wykorzystanie przestrzeni. Dzieje się tak dzięki zaawansowanemu procesowi produkcji płytek PCB — technologii rezystorów zakopanych i kondensatorów.

Mówiąc najprościej, wiąże się to z „ukrywaniem” rezystorów i kondensatorów, które zwykle są montowane na powierzchni płytki drukowanej, bezpośrednio w wewnętrznych warstwach płytki drukowanej, co w zasadzie powoduje „usterkę niewidoczności” elementów elektronicznych. Dzisiaj wyjaśnimy tę technologię w sposób zrozumiały dla laika i przekonamy się, jaka jest niesamowita!

Co to są zakopane rezystory i kondensatory? Czym różnią się od tradycyjnych procesów?

Przyjrzyjmy się najpierw tradycyjnym płytkom PCB. Rezystory i kondensatory są przylutowane bezpośrednio do powierzchni płytki przy użyciu technologii montażu powierzchniowego, na przykład „mocowania małych kwadratów” do płytki drukowanej.Nie tylko zajmuje to miejsce, ale jest również podatne na zakłócenia zewnętrzne.

Z drugiej strony technologia rezystorów i kondensatorów zakopanych polega na osadzaniu rezystorów i kondensatorów bezpośrednio w wewnętrznych warstwach płytki PCB. Powstała płytka drukowana ma unikalną konstrukcję: od dołu do góry składa się z pierwszej warstwy dielektrycznej, zakopanych rezystorów, warstwy obwodu i drugiej warstwy dielektrycznej. Na część zakopanego rezystora, która nie jest pokryta warstwą obwodu, nakładana jest również specjalna polimerowa warstwa izolacyjna, aby chronić ją przed korozją chemiczną. Jest to klucz do stabilnej masowej produkcji zakopanych płytek rezystorów i kondensatorów.

W skrócie: tradycyjne procesy „przyklejają je do powierzchni”, podczas gdy zakopane w ziemi rezystory i kondensatory są „ukryte w środku” – różnica jednego słowa, ale skok jakościowy.

Jakie są podstawowe zalety tej „technologii stealth”?

Zalety technologii rezystorów i kondensatorów zakopanych (BRC), która stała się standardem w produktach elektronicznych najwyższej klasy, są liczne, a każda z nich dotyczy kluczowego problemu w projektowaniu obwodów wysokiej klasy:

• 1. Oszczędność miejsca! Uzyskanie „ultrakompaktowych” płytek drukowanych: dzięki ukrytym wewnątrz rezystorom i kondensatorom powierzchnia PCB nie musi już być gęsto wypełniona komponentami do montażu powierzchniowego, co bezpośrednio uwalnia znaczną ilość miejsca na płytce. Umożliwia to inżynierom projektowanie bardziej złożonych obwodów na mniejszych płytkach, co jest jednym z głównych powodów, dla których telefony komórkowe i smartwatche mogą stać się coraz mniejsze.
• 2. Redukcja hałasu! Bardziej stabilna praca obwodu: Elementy do montażu powierzchniowego są podatne na zakłócenia elektromagnetyczne, generujące szumy w obwodzie i wpływające na wydajność urządzenia. Jednakże zakopane w ziemi rezystory i kondensatory, zamknięte w materiale PCB, działają jak dodatkowa „osłona ochronna”, znacznie redukując zakłócenia elektromagnetyczne i czyniąc obwód bardziej stabilnym, maksymalizując możliwości przeciwzakłóceniowe.
• 3. Poprawiona wydajność! Płynniejsza transmisja sygnału: Zakopane rezystory i kondensatory skracają ścieżki transmisji sygnału, zmniejszając opóźnienia transmisji sygnału i utratę odbicia, znacznie poprawiając integralność i niezawodność transmisji sygnału. Jest to szczególnie ważne w przypadku produktów o wyjątkowo wysokich wymaganiach dotyczących sygnału, takich jak telefony komórkowe, stacje bazowe i wysokiej klasy przemysłowy sprzęt sterujący.
• 4. Zmniejszona grubość! Osiągnięcie „cienkości” w sprzęcie eliminuje potrzebę stosowania komponentów do montażu powierzchniowego, bezpośrednio zmniejszając grubość płytki PCB. W połączeniu ze specjalistycznymi materiałami, takimi jak ultracienkie płytki rdzeni kondensatorów, cała płytka drukowana staje się cieńsza i lżejsza, doskonale wpisując się w aktualny trend w kierunku cieńszych i lżejszych produktów elektronicznych.

Ukrywanie komponentów nie jest proste.

Zakopane rezystory i kondensatory nie służą jedynie do ich „upychania”; to precyzyjny proces produkcyjny składający się z czterech etapów, z których każdy ma rygorystyczne wymagania:

• Krok 1: Tworzenie dedykowanej warstwy wewnętrznej Oprócz standardowych warstw zewnętrznych i wewnętrznych płytki drukowanej tworzona jest osobna warstwa wewnętrzna do osadzania rezystorów i kondensatorów. Warstwa ta rezerwuje miejsce na osadzenie rezystorów i kondensatorów i wykorzystuje konwencjonalne techniki produkcji płytek PCB, takie jak galwanizacja i trawienie, aby zapewnić precyzję warstwy.
• Krok 2: Pakowanie komponentów specjalnych Zwykłych rezystorów i kondensatorów nie można wbudować bezpośrednio. Muszą być wykonane w cienkich, specjalnych obudowach, które nie tylko pasują do grubości PCB, ale także mają dobrą przewodność cieplną, aby zapobiec problemom z wydajnością spowodowanym rozpraszaniem ciepła podczas pracy.
• Krok 3: Precyzyjne osadzanie komponentów Jest to podstawowy etap, w którym wykorzystuje się głównie dwie metody: albo stosuje się specjalną technikę prasowania w celu wciśnięcia zapakowanych rezystorów i kondensatorów pomiędzy materiały warstwy wewnętrznej; lub technologia laserowa jest wykorzystywana do wytrawiania ubytków w materiale warstwy wewnętrznej przed precyzyjnym wypełnieniem komponentów. Cały proces wymaga niezwykle dużej precyzji.
• Krok 4: Połączenie i integracja warstwy. Warstwy wewnętrzne zawierające osadzone komponenty muszą być połączone z innymi konwencjonalnymi warstwami płytki PCB za pomocą laminowania, wiercenia i innych technik, aby utworzyć kompletną płytkę drukowaną, zapewniając płynną przewodność między warstwami.

​

Chociaż zalety są znaczące, ważne jest również zrozumienie wad. Proces stosowania wbudowanego rezystora i kondensatora, choć doskonały, nie jest panaceum. Jego główne wady skupiają się w dwóch obszarach, dlatego obecnie jest stosowany tylko w produktach z najwyższej półki:

• Złożona produkcja i naprawa: Rezystory i kondensatory są ukryte wewnętrznie i nie można ich bezpośrednio obserwować. W przypadku wystąpienia problemu nie można ich bezpośrednio wymienić, tak jak elementów do montażu powierzchniowego, co utrudnia naprawę i potencjalnie prowadzi do złomowania całej płyty;
• Stosunkowo wysoki koszt: Specjalne opakowanie, precyzyjne procesy osadzania i specjalistyczne materiały sprawiają, że koszt produkcji wbudowanych płytek rezystorów i kondensatorów jest wyższy niż w przypadku tradycyjnych płytek PCB.

Dlatego proces ten jest obecnie stosowany głównie w wysokiej klasy produktach elektronicznych o wysokich wymaganiach dotyczących wydajności, rozmiaru i grubości, takich jak flagowe telefony komórkowe, wysokiej klasy serwery, precyzyjny przemysłowy sprzęt sterujący i komponenty elektroniczne dla przemysłu lotniczego.

Podsumowanie: „Magia przestrzenna” elektroniki wysokiej klasy – nieograniczony potencjał przyszłości

Ostatecznie technologia rezystorów i kondensatorów zakopanych w płytkach drukowanych to zaawansowana technologia stworzona z myślą o konstrukcjach o dużej gęstości, wydajności i cienkich obwodach. „Zakopując” wewnętrznie rezystory i kondensatory, rozwiązuje problemy tradycyjnej technologii montażu powierzchniowego, takie jak ograniczenia przestrzenne, zakłócenia i grubość, stając się kluczowym czynnikiem stymulującym miniaturyzację i rozwój zaawansowanych produktów elektronicznych.

Dzięki ciągłemu postępowi technologicznemu koszt produkcji technologii rezystorów zakopanych i kondensatorów będzie stopniowo spadał, a precyzja procesu będzie nadal rosła. W przyszłości może rozszerzyć się z produktów najwyższej klasy na więcej zastosowań konsumenckich, dzięki czemu większa liczba produktów elektronicznych osiągnie przełom w zakresie „małych rozmiarów i wysokiej wydajności”.