5Conception de PCB: Ce que les fabricants doivent savoir?

Alors que les réseaux 5G se déploient à l’échelle mondiale, ils promettent de transformer la connectivité et de repousser les limites de ce qui est possible avec la technologie mobile. Mais pour exploiter pleinement le potentiel de la 5G, une autre technologie moins visible doit suivre le rythme – cartes de circuits imprimés (PCB). 5G PCB est nécessaire pour obtenir des performances haute fréquence supérieures tout en maintenant l'intégrité du signal. Pour profiter pleinement des avantages de la 5G, Les fabricants de PCB relèvent les défis de conception et de production de ces composants essentiels. Cet article de blog approfondira les considérations de conception et d'ingénierie pour les PCB 5G., et explorez les défis de fabrication et les innovations impliquées. Plongeons dedans.

Matériaux de substrat pour la fabrication de PCB 5G

le matériau du substrat est un facteur crucial pour répondre aux exigences de performances des PCB 5G. Les paramètres clés à prendre en compte lors de la sélection des substrats comprennent:

• Constante diélectrique – Valeurs Dk inférieures autour 2-3 réduire la perte de signal et la diaphonie. PTFE et polymère à cristaux liquides (LCP) sont des options courantes à faible Dk.
• Tangente de perte – Matériaux avec tangentes de perte ci-dessous 0.005 comme les stratifiés Rogers RO3000, ils minimisent la perte de signal diélectrique aux fréquences mmWave.
• Conductivité thermique – Une densité de puissance élevée nécessite de dissiper une chaleur importante. Le nitrure d'aluminium céramique et le LCP offrent une conductivité jusqu'à 170 W/mK et 0.67 W/mK respectivement.
• CTE– Le CTE correspondant du substrat et du composant empêche les dommages aux joints de soudure et aux plaquettes dus au cyclage. Les hydrocarbures renforcés de verre offrent une compatibilité CTE.
• Absorption d'humidité – Le faible comportement d'absorption d'humidité des polymères fluorés permet de maintenir des performances électriques stables.
• Épaisseur – Des couches diélectriques plus fines de 0,1 mm à 0,3 mm réduisent les pertes, en fonction du nombre de couches.

Certaines options de matériaux réalisables incluent:

• Composites PTFE – Offre une faible perte stable jusqu'aux bandes mmWave et un coût raisonnable. Autoriser le décompte des couches 20 couches.
• PTFE chargé de céramique – Fournit les meilleures performances pour les applications mmWave mais à un coût plus élevé. Permet de très hautes fréquences.
• Polyimide – Substrat plus flexible adapté aux PCB plus fins. Perte modérée aux hautes fréquences.
• Nitrure d'aluminium – Conductivité thermique exceptionnelle et faible perte diélectrique, idéal pour les modules 5G haute puissance où la dissipation thermique est critique.
• Polymère à cristaux liquides (LCP) – Constante diélectrique et perte relativement faibles ainsi qu'une bonne conductivité thermique.

Défis de la conception de PCB 5G

Le développement de PCB 5G présente des difficultés uniques par rapport aux cartes de génération précédente en raison des ultra hautes fréquences et des débits de données impliqués.. Alors que la 5G permet de nouvelles capacités, surmonter ces obstacles de conception nécessite de la créativité et de l'innovation.

• Un obstacle majeur consiste à intégrer des composants de signaux mixtes sur une seule carte.. 5Les systèmes G doivent fonctionner sur une large gamme de fréquences, des bandes MHz aux bandes mmWave. La capture et le traitement de signaux aussi divers sur un seul PCB nécessitent une planification minutieuse afin de minimiser les interférences et les pertes.. Trouver un équilibre entre la disposition analogique et numérique est la clé.
• Maintenir l’intégrité du signal à des débits de données de plusieurs gigabits s’avère également délicat. Des tolérances d'impédance plus strictes doivent être respectées, appelant à de nouvelles stratégies d'empilement et à des traces de cuivre plus fines. Les architectures de routage doivent garantir des longueurs adaptées entre les paires différentielles pour éviter les biais. Même de petites variations peuvent dégrader les performances.
• Contenir EMI présente un autre obstacle. Aux fréquences micro-ondes, les risques de rayonnement et de couplage augmentent. Une séparation réfléchie de la configuration entre les circuits sensibles au bruit et les circuits bruyants est impérative. Il peut également être nécessaire de protéger les composants avec des canettes et des barrières physiques pour confiner les émissions..
• Les problèmes thermiques compliquent encore les choses lorsqu'il s'agit de composants à haute vitesse densément emballés. Des matériaux diélectriques soigneusement sélectionnés peuvent aider à évacuer l'excès de chaleur des copeaux chauds et des traces vers les structures de soulagement thermique.. L'ingénierie de l'empilement et de la distribution plane en tenant compte des besoins thermiques est vitale.

Bien que intimidant, ces défis peuvent être surmontés grâce à des pratiques de conception intelligentes. Simulation, prototypage, et les revues de conception aideront toutes à valider les performances avant le début de la fabrication. Le résultat final sera des PCB 5G prêts à offrir une connectivité de pointe.

Conseils pour la conception de circuits imprimés 5G

1. Utiliser des matériaux diélectriques à faibles pertes

Utilisation de matériaux diélectriques comme le PTFE (Téflon) ou le PTFE chargé en céramique est essentiel pour les cartes 5G afin de minimiser la perte de signal à hautes fréquences. Ces matériaux ont une constante diélectrique inférieure à 3.5, une valeur inférieure étant préférable pour permettre un espacement de trace plus serré nécessaire pour les paires différentielles aux débits de données 5G. Les matériaux doivent également avoir une tangente de perte très faible pour éviter une atténuation excessive du signal..

2. Maintenir une impédance contrôlée

Avec les débits de données 5G, maintenir 100 L'impédance différentielle en Ohm est essentielle à l'intégrité du signal. Cela nécessite d'être prudent largeur de trace et réglage de l'espacement en fonction des matériaux d'empilement utilisés. Les calculateurs d'impédance doivent être suivis de près pour atteindre l'impédance cible. Les longueurs électriques entre les paires différentielles doivent être adaptées pour éviter les biais. Les talons ou vias sur les traces doivent être minimisés.

Lectures complémentaires: Comment atteindre le contrôle cible de l'impédance du PCB?

3. Incorporer un empilement de couches approprié

Un plan de référence solide doit être inclus à côté des couches de signaux pour une impédance contrôlée et pour fournir un blindage EMI. Le nombre de couches doit rester modéré, environ 4-8 couches. Trop de couches augmentent les coûts et peuvent nuire aux performances. Les configurations de stripline symétriques fonctionnent mieux, avec signal-plan-signal ou signal-plan-signal-plan étant idéal.

4. Mettre en œuvre des techniques de mise en page soignées

Les sections analogiques et numériques doivent être isolées les unes des autres, avec couplage empêché par la distance et l'orientation sur le réseau. Les longueurs de trace doivent être minimisées, utiliser des passifs montés en surface autant que possible. Fournit un soulagement thermique sous les composants chauds en utilisant des vias ou des bouchons thermiques.. Ajoutez des structures de blindage EMI comme des canettes, traces de garde, ou douves.

5. Gérer des transitions de calques fluides

Lorsque les traces passent d'une couche à l'autre, cônes, chanfreins, et des larmes doivent être utilisées pour éviter les discontinuités d'impédance qui provoquent la réflexion du signal. Le même soin doit être apporté aux transitions des tampons de composants vers les couches internes.

6. Valider les performances avec des tests

Des points de test doivent être inclus pour utiliser les analyseurs de réseau, TDR, et autres équipements de test pour valider l'impédance, perte, bruit sur fréquence. Une inspection optique et électrique automatisée approfondie doit également être effectuée pendant la fabrication du PCB pour détecter tout défaut..

Applications des cartes de circuits imprimés 5G

5Les cartes de circuits imprimés G permettront des vitesses de données beaucoup plus rapides et une latence plus faible pour une variété d'applications telles que:

• Smartphones – 5Les circuits imprimés G permettront aux smartphones d'exploiter des vitesses de données plus rapides et une latence plus faible des réseaux 5G.
• Comprimés – 5Les tablettes connectées G bénéficieront d'une bande passante ultra élevée pour des activités comme le streaming vidéo.
• Appareils portables – Les appareils tels que les montres intelligentes et les trackers de fitness exploiteront les cartes 5G pour une connectivité permanente.
• Véhicules autonomes – Le transfert massif de données depuis les capteurs des voitures autonomes nécessite des cartes 5G.
• L'automatisation industrielle – Connecter des robots, Les automates et capteurs sans fil dans les usines utilisent des cartes 5G.
• Santé numérique – 5G PCB peut diffuser des images médicales haute résolution et des données sur les patients.
• Villes intelligentes – Les infrastructures telles que les moniteurs de circulation et les lampadaires peuvent être connectées via la 5G.
• Réalité virtuelle – 5Le circuit imprimé G facilite les casques VR sans fil avec vidéo HD.
• Internet des objets – Connecte les appareils, mètres, trackers sur 5G.

Dernières pensées

L'émergence des réseaux 5G représente une nouvelle frontière pour la connectivité sans fil, mais pour libérer pleinement son potentiel, il faut faire progresser la technologie des PCB pour ces systèmes de pointe.. Bien que les obstacles en matière de conception et de fabrication soient importants, ils ne sont pas insurmontables. Grâce à une sélection rigoureuse des matériaux, pratiques à impédance contrôlée, empilements de couches robustes, gestion de la chaleur, et des tests rigoureux, Les ingénieurs PCB peuvent surmonter les défis et fournir des circuits imprimés 5G hautes performances. Alors que la science des matériaux et les processus de fabrication continuent de progresser, les capacités du PCB 5G ne feront qu'augmenter.