5G дизайн печатной платы: Что нужно знать производителям?

Сети 5G распространяются по всему миру, они обещают изменить возможности подключения и раздвинуть границы возможного с помощью мобильных технологий.. Но чтобы полностью использовать потенциал 5G, другая менее заметная технология должна идти в ногу со временем – печатные платы (Печатные платы). 5G PCB необходима для достижения превосходных высокочастотных характеристик при сохранении целостности сигнала.. Чтобы воспользоваться всеми преимуществами 5G, Производители печатных плат решают проблемы проектирования и производства этих важнейших компонентов.. В этом сообщении блога будут подробно рассмотрены вопросы проектирования и проектирования печатной платы 5G., и изучить производственные проблемы и инновации, связанные с этим. Давайте погрузимся прямо в.

Материалы подложек для производства печатных плат 5G

В материал подложки является решающим фактором в удовлетворении требований к производительности печатных плат 5G.. Ключевые параметры, которые следует учитывать при выборе подложек, включают::

• Диэлектрическая постоянная – Более низкие значения Dk вокруг 2-3 уменьшить потери сигнала и перекрестные помехи. ПТФЭ и жидкокристаллический полимер (LCP) являются распространенными вариантами с низким Dk.
• Касательная потерь – Материалы с тангенсами потерь ниже 0.005 такие как ламинаты Rogers RO3000, минимизируют диэлектрические потери сигнала на частотах миллиметровых волн..
• Теплопроводность – Высокая плотность мощности требует рассеивания значительного количества тепла.. Керамический нитрид алюминия и LCP обеспечивают проводимость до 170 Вт/мК и 0.67 Вт/мК соответственно.
• Кот– Соответствующий CTE подложки и компонента предотвращает повреждение паяного соединения и площадки в результате циклического повторения. Углеводороды, армированные стекловолокном, обеспечивают совместимость с КТР..
• Поглощение влаги. Низкая способность фторполимеров поглощать влагу помогает поддерживать стабильные электрические характеристики..
• Толщина – Более тонкие диэлектрические слои от 0,1 мм до 0,3 мм уменьшают потери., в зависимости от количества слоев.

Некоторые рабочие варианты материалов включают в себя:

• ПТФЭ композиты – Обеспечивает стабильные низкие потери в диапазонах до миллиметровых волн и разумную стоимость.. Разрешить пересчет слоев 20 слои.
• ПТФЭ с керамическим наполнением – Обеспечивает наилучшую производительность для приложений mmWave, но за более высокую цену.. Обеспечивает очень высокие частоты.
• Полиимид – Более гибкая подложка, подходящая для более тонких печатных плат.. Умеренные потери на высоких частотах.
• Нитрид алюминия – Исключительная теплопроводность и низкие диэлектрические потери., идеально подходит для мощных модулей 5G, где рассеивание тепла имеет решающее значение.
• Жидкокристаллический полимер (LCP) – Относительно низкие диэлектрическая проницаемость и потери при хорошей теплопроводности..

Проблемы проектирования печатных плат 5G

Разработка печатных плат 5G представляет собой уникальные трудности по сравнению с платами предыдущего поколения из-за сверхвысоких частот и скоростей передачи данных.. Хотя 5G открывает новые возможности, Преодоление этих дизайнерских препятствий требует творчества и инноваций..

• Одним из основных препятствий является интеграция компонентов смешанного сигнала на одной плате.. 5Системы G должны работать в широком диапазоне частот., от МГц до диапазонов миллиметровых волн. Захват и обработка таких разнообразных сигналов на одной плате требует тщательного планирования, чтобы минимизировать помехи и потери.. Ключевым моментом является достижение баланса между аналоговой и цифровой компоновкой..
• Поддержание целостности сигнала на скоростях передачи данных в несколько гигабит также оказывается непростой задачей.. Необходимо соблюдать более жесткие допуски по сопротивлению., призыв к новым стратегиям компоновки и более тонким медным дорожкам. Архитектура маршрутизации должна обеспечивать согласование длин между дифференциальными парами во избежание перекосов.. Даже небольшие изменения могут снизить производительность..
• Сдерживание EMI ​​представляет собой еще одно препятствие. На микроволновых частотах, риски радиации и связи растут. Крайне важно продуманное разделение компоновки между чувствительными к шуму и шумящими схемами.. Для ограничения выбросов также может потребоваться экранирование компонентов с помощью банок и физических барьеров..
• Проблемы с температурой еще больше усложняют ситуацию при работе с плотно упакованными высокоскоростными компонентами.. Тщательно подобранные диэлектрические материалы могут помочь отвести избыточное тепло от горячих чипов и следов к терморазгрузочным структурам.. Проектирование стека и распределения плоскостей с учетом тепловых потребностей имеет жизненно важное значение..

Хотя это и устрашающе, эти проблемы преодолимы с помощью разумных методов проектирования.. Симуляторы, прототипирование, и обзоры конструкции помогут подтвердить производительность до начала производства.. Конечным результатом станут печатные платы 5G, готовые обеспечить передовые возможности подключения..

Советы по проектированию печатной платы 5G

1. Используйте диэлектрические материалы с низкими потерями

Использование диэлектрических материалов, таких как ПТФЭ. (Тефлон) или ПТФЭ с керамическим наполнением необходим для плат 5G, чтобы минимизировать потери сигнала на высоких частотах.. Эти материалы имеют диэлектрическую проницаемость ниже 3.5, чем меньше, тем лучше, чтобы обеспечить более короткое расстояние между трассами, необходимое для дифференциальных пар на скоростях передачи данных 5G.. Материалы также должны иметь очень низкий тангенс угла потерь, чтобы предотвратить чрезмерное затухание сигнала..

2. Поддерживайте контролируемый импеданс

Со скоростью передачи данных 5G, поддержание 100 Дифференциальный импеданс в Оме имеет решающее значение для целостности сигнала.. Это требует тщательного ширина следа и настройка расстояния в зависимости от используемых материалов сложения.. Для достижения целевого импеданса следует внимательно следить за калькуляторами импеданса.. Электрические длины между дифференциальными парами должны быть согласованы, чтобы предотвратить перекос.. Заглушки и переходы на трассах должны быть сведены к минимуму..

дальнейшее чтение: Как добиться целевого контроля импеданса печатной платы?

3. Включите правильный стек слоев

Рядом с сигнальными слоями должна быть предусмотрена сплошная опорная плоскость для контролируемого импеданса и обеспечения экранирования от электромагнитных помех.. Количество слоев должно быть умеренным., вокруг 4-8 слои. Слишком много слоев увеличивают затраты и могут снизить производительность.. Симметричные конфигурации полосковых линий работают лучше всего, при этом сигнал-плоскость-сигнал или сигнал-плоскость-сигнал-плоскость являются идеальными.

4. Внедряйте методы тщательной компоновки

Аналоговая и цифровая секции должны быть изолированы друг от друга., с соединением, предотвращенным расстоянием и ориентацией на макете. Длина трассировки должна быть минимизирована., использование пассивных компонентов для поверхностного монтажа, когда это возможно. Обеспечьте тепловую разгрузку под горячими компонентами с помощью тепловых переходных отверстий или заглушек.. Добавьте конструкции, защищающие от электромагнитных помех, например банки., охранные следы, или рвы.

5. Управление плавными переходами слоев

Когда следы переходят между слоями, сужается, вырезаны и выточены таким образом, чтобы их можно было оторвать от строительной плиты после того, как они будут собраны, и капли должны использоваться для предотвращения разрывов импеданса, которые вызывают отражение сигнала.. Такую же осторожность следует соблюдать при переходе площадок компонентов на внутренние слои..

6. Проверьте производительность с помощью тестирования

Для использования сетевых анализаторов необходимо включить контрольные точки., СПТБ, и другое испытательное оборудование для проверки импеданса, потеря, шум по частоте. Во время изготовления печатной платы также следует проводить тщательный автоматизированный оптический и электрический контроль для выявления любых дефектов..

Применение печатных плат 5G

5Печатные платы G обеспечат гораздо более высокую скорость передачи данных и меньшую задержку для различных приложений, таких как:

• Смартфоны – 5Печатные платы G позволят смартфонам использовать более высокие скорости передачи данных и меньшую задержку в сетях 5G..
• Таблетки – 5Планшеты с G-подключением получат выгоду от сверхвысокой пропускной способности для таких действий, как потоковое видео..
• Носимые устройства – Такие устройства, как умные часы и фитнес-трекеры, будут использовать платы 5G для постоянного подключения..
• Автономные транспортные средства – Для массовой передачи данных от датчиков в беспилотных автомобилях требуются платы 5G.
• Индустриальная автоматизация – Подключение роботов, ПЛК и датчики на заводах с беспроводной связью используют платы 5G.
• Цифровое здравоохранение – 5G PCB может передавать медицинские изображения высокого разрешения и данные пациентов..
• Умные города – Инфраструктура, такая как мониторы дорожного движения и уличные фонари, может быть подключена через 5G..
• Виртуальная реальность – 5Печатная плата G позволяет использовать беспроводные гарнитуры VR с HD-видео.
• Интернет вещей – Подключает технику, метры, трекеры через 5G.

Последние мысли

Появление сетей 5G представляет собой новый рубеж для беспроводной связи., но полное раскрытие его потенциала зависит от развития технологии печатных плат для этих передовых систем.. Несмотря на то, что препятствия в проектировании и изготовлении значительны, они не являются непреодолимыми. Благодаря тщательному выбору материала, практика контролируемого импеданса, надежные стеки слоев, управление температурным режимом, и тщательное тестирование, Инженеры по печатным платам могут преодолеть эти проблемы и создать высокопроизводительные печатные платы 5G.. По мере развития материаловедения и производственных процессов, возможности печатной платы 5G будут только увеличиваться.