О компании
Служба поддержки
+7 (495) 221-69-21
+7 925 730-14-87
Беспроводная технология 5G характеризуется очень высокой скоростью, большим радиусом действия и малой задержкой. По сравнению с сетью 4G беспроводная связь 5G поддерживает в 10-20 раз более высокую скорость передачи, примерно в 100 раз большую емкость данных и задержку менее 1 миллисекунды. Спектр частот расширен вплоть до диапазона миллиметровых волн (mmWave). Следует заметить, что использование миллиметрового диапазона представляет собой одну из самых сложных задач для индустрии производства печатных плат.
Таким образом, внедрение 5G повлияло на различные аспекты проектирования и производства, включая сборку печатных плат. Существует несколько проблем при создании печатной плат для устройств 5G. Следовательно, требуются новые методологии процессов, а также передовые средства тестирования и контроля в сборочном цехе.
Проблемы проектирования печатных плат, связанные с 5G
Ниже приведены некоторые из основных проблем, с которыми сталкиваются инженеры при проектировании и производстве печатных плат для приложений 5G.
С ростом сложности конструкции устройства 5G, вероятно, будут использоваться печатные платы высокой плотности (HDI) с более тонкими дорожками и более высокой плотностью контактных площадок. При высокой плотности могут возникнуть проблемы с целостностью сигнала при высокоскоростных операциях.
Неравномерность импеданса возникает в печатных платах HDI из-за различных факторов, таких как размер дорожки, ширина и поперечное сечение. Если поперечное сечение трассы создано с использованием обычного процесса субтрактивного травления, есть вероятность, что аномалии импеданса вызовут потерю сигнала.
Производители печатных плат должны использовать сложные методы, такие как системы (MIMO), чтобы интегрировать несколько блоков антенных решеток (AAU). Более того, конструкции 5G потребуют большего количества базовых станций и антенных решеток для эффективной работы на высокой рабочей частоте. Поэтому неудивительно, что электромагнитные помехи, перекрестные помехи и паразитная емкость становятся ключевыми проблемами при разработке печатной платы для беспроводной сети 5G.
Обеспечение необходимого температурного режима, также, имеет решающее значение при проектировании печатных плат 5G. Поскольку формирование высокоскоростных сигналов обычно сопровождается выделением огромного количества тепла, выбранная подложка должны адекватно справляться с рассеиванием тепла. В противном случае такие проблемы, как отслоение медных дорожек, расслоение и коробление платы, могут привести к ухудшению характеристик печатной платы.
Рисунок 1. Для проектирования печатных плат требуются сложные новые методологии для обслуживания приложений 5G.
Эти проблемы, связанные с 5G, внесли изменения в процесс сборки печатных плат и расширили границы традиционных методов производства печатных плат.
Технологии, реализованные в конструкциях печатных плат на базе 5G
Высокие требования к частотным характеристикам технологии 5G обязывает разработчиков к применению новых технологий и процессов изготовления и сборке печатных плат.
Модифицированный полуаддитивный процесс (MSAP) позволяет достичь высокой плотности токопроводящих элементов с минимальными вносимыми искажениями сигнала. Процесс MSAP используется разработчиками вместо обычного метода субтрактивного травления.
Автоматизированный оптический контроль (AOI): в конструкциях 5G передовые системы AOI используются как в процессе изготовления печатных плат так и на этапе сборки платы со целью выявления потенциальных неисправностей сигнальных линий, переходных отверстий, либо в сборке SMT.
Рис. 2. Высокочастотные сети 5G требуют большей плотности цепей
Приложения 5G основаны на высокочастотных сигналах, поэтому конструкция печатной платы со смешанными сигналами довольно сложна. Помимо использования новых технологий, описанных выше, для изготовления и тестирования, существует несколько передовых практик для эффективного проектирования печатных плат 5G.
Рекомендации по сборке печатных плат с поддержкой 5G
Выберите материал подложки с минимально возможной диэлектрической проницаемостью (Dk), так как потери Dk увеличиваются пропорционально увеличению частоты.
Гигроскопичность большинства паяльных паст довольно высока, поэтому при нанесении она способна поглощать влагу в больших количествах. Следовательно, рекомендуется использовать небольшую паяльную маску, чтобы избежать каких-либо неисправностей из-за влаги.
Скин-эффект дорожек увеличивается при более высокой частоте Таким образом, на печатных платах с поддержкой 5G настоятельно рекомендуется правильное проектирование дорожек с однородной медной поверхностью. Медные полигоны должны быть гладкими и симметричными по всей структуре печатной платы, чтобы избежать резистивных потерь.
Выбор правильной толщины ламината имеет важное значение в печатных платах для проектов 5G. Если толщина превышает рекомендуемое значение, в ламинате могут возникать резонансные процессы с излучением электромагнитных волн, вызывая помехи.
Компоненты передатчика и приемника, используемые в конструкции 5G, очень чувствительны. Точная установка деталей необходима для правильной работы этих компонентов. Поэтому соблюдение строгих допусков на занимаемую площадь имеет решающее значение.
Антенны, используемые в схеме 5G, должны быть согласованы по импедансу с проводниками. Во избежание проблем с электромагнитными помехами следует поддерживать рекомендуемые закрытые зоны.
Выбор подходящей линии передачи при проектировании высокочастотных печатных плат определяет качество работы устройства. Среди микрополосковых, полосковых и заземленных копланарных волноводов (GCPW) использование полосковой линии может быть лучшим выбором. Но его сложно изготовить, и это может увеличить стоимость производства. Кроме того, необходимы микропереходные отверстия для соединения полосковых линий с внешними слоями с наименьшими отражениями сигнала. Поэтому желательно согласовать технические требования с производителем печатной платы, чтобы избежать возможных проблем во время изготовления печатной платы.
Источник: www.edn.com