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, another less visible technology must keep pace – printed circuit boards (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::

• Dielectric Constant – Lower Dk values around 2-3 уменьшить потери сигнала и перекрестные помехи. ПТФЭ и жидкокристаллический полимер (LCP) являются распространенными вариантами с низким Dk.
• Loss Tangent – Materials with loss tangents below 0.005 такие как ламинаты Rogers RO3000, минимизируют диэлектрические потери сигнала на частотах миллиметровых волн..
• Thermal Conductivity – High power density requires dissipating substantial heat. Керамический нитрид алюминия и LCP обеспечивают проводимость до 170 Вт/мК и 0.67 Вт/мК соответственно.
• Кот– Matching substrate and component CTE prevents solder joint and pad damage from cycling. Углеводороды, армированные стекловолокном, обеспечивают совместимость с КТР..
• Поглощение влаги. Низкая способность фторполимеров поглощать влагу помогает поддерживать стабильные электрические характеристики..
• Thickness – Thinner dielectric layers from 0.1mm to 0.3mm reduce loss, в зависимости от количества слоев.

Некоторые рабочие варианты материалов включают в себя:

• PTFE composites – Offer stable low loss up to mmWave bands and reasonable cost. Разрешить пересчет слоев 20 слои.
• Ceramic-filled PTFE – Provides the best performance for mmWave applications but at a higher cost. Обеспечивает очень высокие частоты.
• Polyimide – More flexible substrate suitable for thinner PCBs. Умеренные потери на высоких частотах.
• Aluminum nitride – Exceptional thermal conductivity and low dielectric loss, идеально подходит для мощных модулей 5G, где рассеивание тепла имеет решающее значение.
• Жидкокристаллический полимер (LCP) – Relatively low dielectric constant and loss along with good thermal conductivity.

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:

• Smartphones – 5G circuit boards will enable smartphones to harness faster data speeds and lower latency of 5G networks.
• Tablets – 5G-connected tablets will benefit from ultra high bandwidth for activities like video streaming.
• Wearables – Devices like smartwatches and fitness trackers will leverage 5G boards for always-on connectivity.
• Autonomous Vehicles – Massive data transfer from sensors in self-driving cars requires 5G boards.
• Industrial Automation – Connecting robots, ПЛК и датчики на заводах с беспроводной связью используют платы 5G.
• Digital Health – 5G PCB can stream high resolution medical imaging and patient data.
• Smart Cities – Infrastructure like traffic monitors and street lights can be connected over 5G.
• Virtual Reality – 5G circuit board facilitates wireless VR headsets with HD video.
• Internet of Things – Connects appliances, 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.