Tartalomjegyzék
Az 5G technológia megjelenése forradalmasítja az emberek kapcsolódási, interakciós és adatfogyasztási szokásait. A ultra-nagy sebesség, ultra-alacsony késleltetés és masszív eszközcsatlakoztathatóság, az 5G olyan alkalmazásokat tesz valósággá, mint az autonóm autók, az ipari IoT, az intelligens városok és a távoli egészségügyi ellátás. Minden 5G-kompatibilis eszköz mögött azonban egy meg nem énekelt hős áll.az 5G áramköri lap (5G PCB).
Az 5G és más nagyfrekvenciás nyomtatott áramköri lapok tervezése teljesen más játék, mint a tipikusan alacsony sebességű lapoké. Ezeken a frekvenciákon a PCB maga is az RF rendszer része, ahol a nyomvonalgeometria, az anyagtulajdonságok és a szerelési tűrések közvetlen hatással vannak a teljesítményre és a funkcionalitásra.
Ebben a cikkben megtudhatja:
- Anyagválasztási irányelv a következőkhöz nagyfrekvenciás PCB-k
- Hogyan biztosítható a jelintegritás az 5G áramköri lapokon
- Stratégiák a hatékony 5G áramköri lapok tervezéséhez
- Az 5G PCB-k gyártásának megfontolásai
Mi az az 5G PCB? Jobb az 5G?
Az alkalmazás a nagyfrekvenciás sávok (például milliméteres hullámok), nagyméretű MIMO-antennák, a beamforming, a hálózati szeletelés és a peremszámítási technológiák lehetővé teszik az 5G számára a nagyobb átviteli sebesség, az alacsonyabb késleltetés és a nagyobb kapcsolati kapacitás elérését. Az alábbiakban röviden összehasonlítjuk a 4G és az 5G technológia közötti legfontosabb különbségeket:
4G vs 5G összehasonlító táblázat
| Jellemző | 4G LTE | 5G |
| Frekvencia sáv | 1-2 GHz (alacsony sáv) | 3,5 GHz, 28 GHz+ (beleértve az mmWave-et is) |
| Csúcssebesség | ~100 Mbps - 1 Gbps | ~10 Gbps |
| Késleltetés | ~30-50 ms | ~1 ms |
| Csatlakozási sűrűség | ~100,000 eszköz/km² | ~1,000,000 eszköz/km² |
| Kulcsfontosságú technológiák | MIMO (kevés antenna), OFDM | Tömeges MIMO, sugárformálás, hálózati szeletelés, peremszámítás |
| Tipikus alkalmazások | Video streaming, mobil internet, közösségi média | Autonóm vezetés, IIoT, távoli egészségügyi ellátás, AR/VR, intelligens városok |
Az 5G áramköri lapok olyan nagyfrekvenciás áramköri lapok, amelyeket kifejezetten a feldolgozásra és a jelek átvitele nagyfrekvenciás alkalmazásokban kis jelveszteséggel vagy anélkül.
5G PCB-k tőkeáttétel kiváló minőségű anyagok és többrétegű szerkezetek gigahertz szintű adatátviteli sebességet biztosítanak, szemben a 3G vagy 4G berendezésekben használt szabványos NYÁK-okkal. Az 5G PCB-k az 5G okostelefonok, IoT-modulok, kommunikációs bázisállomások, valamint az 5G okostelefonok alapvető építőelemei. autóipari radarrendszerek.
A normál, alacsony sebességű kialakításhoz képest, az 5G áramköri lapok frekvencia- és árnyékolási követelményei sokkal magasabbak, és ezek számos kérdést és kihívást vetnek fel. A következőkben az ELEPCB megvizsgálja ezeket a kihívásokat és a megoldásokat.
Megfelelő anyagok kiválasztása az 5G PCB-khez
A NYÁK-anyagok kulcsfontosságúak az 5G és más nagyfrekvenciás alkalmazások számára. A tipikus digitális alacsony frekvenciájú tervekhez, FR-4 anyagok elegendőek, de sok nagyfrekvenciás lap meghibásodik, ha FR-4-et használunk. Mivel az FR-4 magas disszipációs tényező (Df) vagyis nem egyenletes az egész panelen, és a hőmérséklet függvényében. A hőmérséklet-változások befolyásolják dielektromos állandó (Dk), amely ezt követően megváltoztatja az impedanciát és növeli a beiktatási veszteséget az átvitel során. mmWave frekvenciákon történő működés esetén.
Az 5G áramköri lapok anyagainak egyenletes, alacsony veszteségű anyagok. Rogers, Isola vagy Taconic kifejezetten RF alkalmazásokhoz tervezett anyagok; a stabil Dk és az alacsony Df (veszteségtangens) egyenletes a frekvencián és a hőmérsékleten. Így a jel ugyanazt az impedanciát látja a PCB-től rétegről rétegre és több gyártott egységből ugyanarra, ami nagyon fontos a fázistávcsöves antennák, autóipari radarmodulok és más 5G alkatrészek esetében.
Nem elég azonban csak a megfelelő RF-anyagot kiválasztani; ez az anyagot fel kell dolgozni helyesen. Például:
- Különböző előtolási sebességek és követelmények fúráshoz és galvanizáláshoz ez az anyag tönkreteheti a dielektrikumot, vagy üregeket hozhat létre a fúrt lyukakban.
- Rézfólia érdessége eltérő eredményeket hozhat; a bőrhatás, a nagyfrekvenciás áram csak a vezető felület mentén halad. Ezért a durva réz lényegesen több veszteséget okoz.
Ezért kell a tervezőknek dolgozzanak együtt a PCB gyártók az anyagválasztáshoz, megadva a szükséges Dk/Df értéket, a szükséges impedanciát és a működési frekvenciát.
Ideális esetben a gyártók áttekinthetik a halmozódásokat, és olyan anyagokat javasolhatnak, amelyeket az előírt tűréshatárokon belül következetesen elő tudnak állítani. Csak azért, mert a tervezés tökéletesen szimulál, még nem jelenti azt, hogy működni is fog, ha a gyártók nem tudják fenntartani a dielektromos vastagság vagy a réz érdessége/simasága a specifikáción belül.
Jelintegritás és átvitel biztosítása
Az 5G és az mmWave esetében a nyomvonalak és az átvezetések jeleket és antennákat szállítanak a RF hálózat. Akár értékeli, akár nem, a fizika fogja. Sok, a DC-megfelelőségnek megfelelő lap nem felel meg az RF-megfelelőségnek, mert ezeken a kis szinteken, még a kis paraziták is nagyot szólnak.
A csonkokon keresztül az egyik leggyakoribb ismert probléma. Képzeljünk el egy tipikus lemezelt átmenő furat nagy frekvenciájú jelek esetén. Ha nem csinál semmit a jelréteg alatt visszamaradt felesleges via hordó résszel, akkor mmWave-en rezonáns csonkja van. Ez fázishibákat okoz az antennaelemei között, és elveszett kisugárzott teljesítményt. Lehet használja backdrill, hogy távolítsa el a felesleges csonk vagy vak vagy süllyesztett átvezetők amelyek pontosan ott állnak meg, ahol a jelzőréteg véget ér.
Ezenkívül, éles sarkok a nyomokon problémát jelentenek. Egy jel elküldése, egy szabványos 90 fokos 24-40 GHz-es frekvencián, nem egyszerűen derékszöget zár be; parazita kapacitást vezet be, és a jel egy részét visszaküldi a forráshoz. Ezért a nagyfrekvenciás vezetékek RF-kompatibilis nyomtatott áramköri lapjai gérvázas kanyarokat vagy sima íveket használjon.
Az 5G PCB elrendezés optimalizálása az EMI elkerülése érdekében
Ha már eldöntötte, hogy 5G vagy nagyfrekvenciás projektet tervez, elektromágneses interferencia (EMI) és a nyomvonalcsatlakozást figyelembe kell venni.
A nagy frekvenciák miatt a kisebb rézdarabok antennaként szolgálhatnak az átvitelhez vagy a zaj behúzásához. Ami 100 KHz-en nem fontos, az 28 GHz-en katasztrofális megfelelési vagy termékteljesítmény-problémát okozhat.
Például, zajszivárgás az RF és a digitális tartományok között hajlamos természetéből adódóan megtörténni. A nagy teljesítményű, nagy sűrűségű 5G lapok sűrűn vezetett gyors digitális vonalakat használnak közvetlenül az érzékeny RF-útvonalak és rekeszek mellett.
PCB Layout is bemutatja a földelés kiadás.
A nagyfrekvenciás jeleknek jó, állandó referenciasíkra van szükségük. Ha a jel visszatérési útvonala sérül, megosztott referenciasíkon keresztül vezet, vagy résekkel vagy átvezetésekkel megszakad, az áramok váratlanul viselkednek, ami nemkívánatos kibocsátásokhoz vezet és crosstalk. Sajnos sok tervező a nehéz úton, egy előírt EMI-teszt során, miután megbukott, rájön ezekre a problémákra.
Megoldások ezekre típusok problémák lenne:
- Biztosítani kell, hogy a alaplap minden jelnyom alatt megvalósul.
- Használja a címet. átjárók varrása vagy kerítésen keresztül a rádiófrekvenciás szakaszok körül, hogy megpróbálják megfékezni az esetlegesen kiszabaduló EMI-t.
- Megfelelő távolság az áldozat/agresszor nyomvonalak között; az mmWave megengedett távolsága némiképp szűkebb.
- Használjon árnyékoló dobozokat vagy burkolatokat az antennákhoz és az RF elülső végekhez.
- Megfelelő réteg meghatározása stack-up a csökkentett hurokterületek és a jobb szigetelés érdekében.
Ezen a frekvencián az EMI és a keresztbeszólások mind a két frekvencia esetében aggodalomra adnak okot. elrendezés és gyártás. Csak akkor érhető el eredmény, ha az izolációt/immunitást előre megtervezik az elrendezésben, majd a lapot úgy gyártják le, hogy megfeleljen a szimulált elvárásoknak.
A nagyfrekvenciás PCB-k hőkezelésének javítása
A nagy adatátviteli sebesség, a sűrűbb MIMO antennasorok, valamint az RF és digitális komponensek szorosabb integrációja mind nagyon magas energiafogyasztást és hőtermelést eredményeznek. Az alacsony frekvenciájú lapokkal ellentétben az 5G nyomtatott áramköri lapok a GHz-es frekvenciatartományban működnek, ahol a kisebb hatékonysági hiányosságok rendkívül magas hőterhelést eredményezhetnek.
Például, Az 5G bázisállomás nagy sűrűségű RF teljesítményerősítői és nagy sebességű CPU-i hotspotokat hozhatnak létre. Ha nem kezelik megfelelően ezeket a forró pontokat, akkor a jelek eltolódásához, az alkatrészek idő előtti elöregedéséhez vagy akár a berendezés teljes meghibásodásához vezethetnek. A túl sok hő megváltoztatja a dielektromos jellemzőket is. PCB anyagok és impedancia eltolódást és romlott jelintegritás milliméteres hullámfrekvenciákon.
A nyomtatott áramköri lap kialakítása termikus problémákat is okoz. A nagy sűrűségű összeköttetések és a csökkentett nyomszélesség akadályozza a természetes hődiffúziót. A több rétegű, gyenge rézsíkokkal rendelkező útvonalak hajlamosak a hő csapdába ejtésére a lapon belül.
Az ilyen típusú termikus problémák megoldása a következő lenne:
- Biztosítani kell, hogy rézsútos síkok (tápellátás és földelés) nemcsak az elektromos teljesítmény miatt, hanem hőeloszlatóként is használatosak.
- Alkalmazza a termikus átvezetések a forró alkatrészek alatt, hogy a hőt a belső rétegekbe vagy a hűtőbordák felé vezesse.
- Integrálja a oldalt. hűtőbordák vagy hőterjesztők nagy teljesítményű részekben, például RF erősítőkben és processzorokban.
- Használja a címet. magas-Tg és alacsony veszteségű rétegelt lemezek amelyek magas hőmérsékleten is stabil dielektromos teljesítményt nyújtanak.
- Beépíteni a honlapot. aktív hűtés szükség esetén stratégiák, beleértve a bázisállomás PCB-k kényszerlevegő- vagy folyadékhűtését.
- A termikus viselkedés szimulálása a tervezési szakasz korai szakaszában a forró pontok előrejelzése és az optimalizálás érdekében. alkatrész elhelyezés ennek megfelelően.
A nagyfrekvenciás és 5G PCB-k gyártási kihívásai
Amennyire beszélgetés folyik a tervezési kihívásokról, ugyanannyi kihívás van a nagyfrekvenciás és 5G áramköri lapok gyártása során is. Például sok olyan terv, amely látszólag jól működik, ha CAD-szimuláció alkalmaznak, a valóságban nem működnek, mert a gyártó nem tud megfelelni a tűréshatároknak, az anyagkövetelményeknek vagy a galvanizálási igényeknek. Ezért az alábbiakban a következőkben vázoljuk fel a legfontosabb kihívások amit figyelembe kell venni egy tábla gyártásakor:
- Szigorúbb tűréshatárok a Stack-up ellenőrzéshez
28-40 GHz-en még egy ±10μm-es dielektromos vastagságváltozás is 5-10Ω-tal eltolja az impedanciát, ami elég ahhoz, hogy ne feleljen meg a követelményeknek. A prepreg áramlását és a laminálási nyomást szigorúan szabályozni kell. a gyártók, hogy a dielektrikumok ne legyenek egyenetlenek.
- Fúrás/visszafúrás
A visszafúrás eltávolítja a csonkokat, de ha a fúrás mélysége 50μm-rel eltér, a csonk rezonálni fog. Ezenkívül a nagyfrekvenciás NYÁK-ok lézeres fúrást igényel a vak/beásott átvezetésekhez, ami növeli a költségeket.
- Réz Felületi érdesség
A bőrhatás azt jelenti, hogy mm-es hullámszinteken az áram csak a réz külső néhány mikronjában tartózkodik. Ezért, sima réz szükséges, mint a hengerelt réz, 1μm Ra.
- Összeszerelési kihívások
Az mmWave szinten a passzív eszközöknek elhelyezési toleranciával kell rendelkezniük. A rosszul elhelyezett kondenzátorok 100μm-es eltérése rosszul befolyásolhatja a tápellátó hálózatot. Szintén, forrasztási maszk az ellenőrzés fontos. A forrasztási maszk hibás regisztrálása a mikroszalag-vezetékek felett megváltoztatja az impedanciát; ezért egyes RF-lapok RF-nyomvonalakat tesznek ki, és különös gondot fordítanak az oxidáció elkerülésére.
Az 5G áramköri lapok alkalmazásai
Az 5G technológia megjelenése technológiai forradalmat indított el, és az 5G áramköri lapokat már számos iparágban használják.
| Alkalmazási terület | Példák / felhasználási esetek | PCB Design Focus |
| 5G bázisállomások | Makro- és kis cellás antennák Nagyfrekvenciás adó-vevőegységek alacsony veszteségű nyomtatott áramköri lapokkal | Alacsony veszteségű anyagok, többrétegű egymásra épülés, pontos impedancia-szabályozás, hőstabilitás |
| 5G mobiltelefonok és viselhető eszközök | Kompakt NYÁK mmWave antennamodulokkal Nagy sebességű streaming, játék, AR/VR | Miniatürizálás, rugalmas PCB opciók, antenna integráció, energiahatékonyság |
| Autóipar (V2X és ADAS) | Jármű-minden (V2X) kommunikáció Fejlett vezetőtámogatás és infotainment | Megbízhatóság, rezgés/termikus ellenállás, EMI árnyékolás, hosszú termékéletciklus |
| Ipari IoT (IIoT) | Intelligens gyárak ultra-megbízható, alacsony késleltetésű kommunikációval Gép-gép kapcsolat | Stabil tápellátás, robusztus alaplapok, zajvédelem, skálázhatóság |
| Egészségügy | Távműtét és valós idejű orvosi képalkotás Viselhető orvosi megfigyelő eszközök | Magas jelintegritás, biokompatibilitás (viselethez) |
Következtetés
Az 5G nagyfrekvenciás áramköri lapok jó tervezése megköveteli a következőket a jelintegritás, az anyagok, az EMI-mentesítés és a tűrések gyakorlati megvalósítási szempontjai. És az olyan problémákra is figyelmet kell fordítani, mint a csonkok és a réz érdessége, amelyek az alkalmazás teljesítményét megalapozhatják vagy megtörhetik. A nagyfrekvenciás alkalmazásokhoz jó tervezésre és jó gyártásra van szükség, hogy az első naptól kezdve egy oldalon álljanak. Képzett gyártó korai bevonása a folyamat során lehetővé teszi, hogy validálja az 5G-t PCB prototípus a valós működés és megfelelőség biztosítása érdekében.
ELEPCB a megbízható, tapasztalt PCB gyártó nagyfrekvenciás és 5G projektek támogatása. Értjük, hogyan válasszuk ki az RF anyagokat, hogyan határozzuk meg a szabályozott impedanciájú rétegszerkezeteket, és milyen érzékeny folyamatok szükségesek a legújabb generációs lapok sikeres gyártásához.
Lépjen kapcsolatba velünk még ma az 5G technológiához szükséges nagyfrekvenciás NYÁK-lapok beszerzéséhez!
GYIK
A1: Alacsony veszteségű laminátumok, mint a Rogers, a Taconic vagy az Isola, amelyek Dk és Df frekvencia és hőmérséklet függvényében stabilak. Az FR-4 jellemzően túl veszteséges a magas frekvenciákhoz.
A2: Az antennák teljesítménye kritikus fontosságú az 5G nyomtatott áramköri lapok tervezésénél, mivel a nagyfrekvenciás jelek érzékenyebbek az interferenciára. A legfontosabb szempontok közé tartoznak:
- Frekvencia sáv Összeillesztés: Az 5G különböző sávokban, például mmWave és 6 GHz alatti frekvenciákon működik, ezért az antennákat a célfrekvenciára kell optimalizálni.
- Méret és elrendezés: A nagyfrekvenciás antennák jellemzően kicsik, ezért gondos elhelyezést igényelnek, hogy minimálisra csökkentsék a más alkatrészekkel való interferenciát.
- Impedanciaillesztés: A megfelelő impedanciaillesztés maximalizálja a jelátvitel hatékonyságát és csökkenti a reflexiós veszteségeket.
- MIMO technológia: Az 5G gyakran használ MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) technológiát, ezért az antennákat megfelelően kell elhelyezni a jelek összekapcsolódásának elkerülése érdekében.
- EMI/EMC Megfontolások: A nagyfrekvenciás jelek elektromágneses interferenciát okozhatnak, ezért az antennák tervezésének az alaplapokkal és az árnyékolással összehangoltan kell működnie.
A3: Bármikor, amikor a nagysebességű rétegeken vagy RF-rétegeken lévő csonkokon keresztül nem használják őket. Ez segít megelőzni a csonkrezonanciát, amely reflexiókat és fázisproblémákat okoz.
A4: Igen. A további fúrási művelet miatt növekszik; ez azonban olcsóbb, mint a vak vagy földbe fektetett átvezetők használata, de ugyanazokat az elektromos előnyöket nyújtja, mintha ezeket használnák. Mindig forduljon a gyártójához a szabályozott impedanciára vonatkozó irányelvek és az izolálás tekintetében.
A5: Igen. A forrasztási maszk megváltoztatja a nyomvonalak körül lévő effektív dielektromos állandóját (Dk). Egyes RF-tervek bizonyos fontos RF-nyomvonalakat csupaszon hagynak, hogy biztosítsák impedanciájukat.
KAPCSOLATFELVÉTEL
Hungarian 
English 
Italian