За пределами FR4: высокоскоростная и 5G технология печатных плат с низкими потерями

Небольшая, но важная деталь несет на себе всю нагрузку с момента загрузки HD-видео на ваш 5G-телефон до момента обработки данных в облачном центре обработки данных: печатная плата (PCB).

Долгое время считалось, что печатная плата — это простая, тонкая и экологически чистая плата, используемая для транспортировки компонентов. В современном телекоммуникационном секторе эта точка зрения уже не актуальна. Печатная плата — важнейший компонент любой современной системы 5G или высокоскоростной системы, который влияет на целостность сигнала, скорость и надежность.

Необходимый переход: от меди к управляемой энергии

Частота является основной проблемой, с которой сталкивается современная телекоммуникационная отрасль, особенно в связи с внедрением 5G. Каждый небольшой компонент на печатной плате становится важной частью самой системы передачи данных, поскольку рабочие частоты смещаются из диапазона ниже 6 ГГц в диапазон миллиметровых волн (mmWave).

Борьба с потерей сигнала: материальный мандат

Типичный материал печатных плат FR4 превращается в “убийцу” сигналов на высоких частотах. Сигналы быстро «затухают» или теряют мощность из-за диэлектрических характеристик материала, которые влияют на способ хранения электрической энергии. Эта потеря сигнала является серьезной проблемой.

В связи с этим первым и наиболее важным решением в телекоммуникационном проекте в настоящее время является выбор материала подложки. Инженеры переключают свое внимание с традиционных материалов на материал печатной платы с низкими потерями выбор. Они исследуют подложки на основе ПТФЭ, ламинаты с керамическим наполнителем и специальные углеводородные смолы.

Единственной целью является поиск лучшего высокочастотного материала для печатных плат 5G. Это вещество должно иметь очень низкий коэффициент рассеивания (Df), также известный как тангенс угла потерь, и очень стабильную диэлектрическую проницаемость (Dk). Независимо от калибра используемых чипов, система будет работать некорректно, если эти значения не будут постоянными при разных температурах и частотах. Поэтому первым и зачастую самым затратным этапом в производстве высокопроизводительных телекоммуникационных плат является поиск подходящего субстрата.

Защита радиочастотного тракта: императив проектирования

Сигналы с высокими частотами очень подвержены помехам. Перекрестные помехи — это явление, при котором мощный передатчик может легко загрязнять чувствительную схему приемника в небольшой области, такой как радиостанция базовой станции.

Для предотвращения этого необходимо соблюдать рекомендации по проектированию. Все, от размещения компонентов до единообразия ширины дорожек, регулируется строгими рекомендациями по проектированию РЧ-печатных плат. Цель проста: избежать отражений, которые искажают сигнал, обеспечив постоянное сопротивление (обычно 50 Ом) на пути сигнала от выхода микросхемы до входа антенны.

В самых сложных системах 5G, где антенна устанавливается непосредственно на печатную плату, эта проблема усугубляется. Для интеграции миллиметровых антенн в печатную плату требуется чрезвычайная точность. Медная дорожка на печатной плате соединяется с антенной структурой на этих чрезвычайно высоких частотах. Любое незначительное изменение толщины платы или ширины дорожки может привести к расстройке антенны и утрате способности радиостанции формировать лучи. Здесь сложная физика и точность изготовления сталкиваются друг с другом, что требует наличия высокоспециализированных производственных мощностей.

От HDI и управления тепловым режимом до 112 Гбит/с задних панелей

Высокоскоростная печатная плата задней панели имеет важное значение в основных сетях и центрах обработки данных, поскольку она может обрабатывать сотни одновременных многогигабитных потоков данных со скоростью 25 Гбит/с, 56 Гбит/с или даже 112 Гбит/с. Длинные трассировки (более метра) и многочисленные слои (более 20 слоев) затрудняют поддержание целостности сигнала.

Печатная плата Massive MIMO обеспечивает высокую плотность для базовых станций 5G. Промышленный стандарт для интеграции сотен антенных элементов на одной панели — это ПЕЧАТНАЯ ПЛАТА HDI (печатная плата с высокой плотностью соединений), в которой для плотной прокладки трасс используются последовательные процессы ламинирования и микропереходные отверстия.

Кроме того, долгосрочная эксплуатация телекоммуникационного оборудования зависит от высоконадежного теплового управления печатными платами. Благодаря использованию таких методов, как печатные платы с металлическим сердечником, тепловые перемычки и толстая медь, эффективное управление теплом предотвращает угрозу теплового воздействия на электрическую стабильность материала печатной платы.

Одним из самых сложных процессов в электронной промышленности является производство печатных плат для оптических модулей, которое требует хирургической точности, чтобы гарантировать передачу электрического сигнала с многогигабитной скоростью и подачу питания на чувствительные лазерные диоды.

Наконец, для сокращения времени простоя сети необходимо тщательно проанализировать неисправности печатных плат базовых станций связи. Частыми причинами неисправностей являются поломки и CAF (проводящие анодные нити). Анализ этих неисправностей позволяет получить важную информацию для улучшения производственных процедур и рекомендаций по проектированию печатных плат RF, что в конечном итоге повысит надежность продукции.

В заключение

В телекоммуникационной отрасли современные печатные платы ни в коем случае не являются обычным товаром. Это чрезвычайно хорошо спроектированная система, которая функционирует на передовом уровне как в области производства, так и в области физики. Печатная плата приобретает статус стратегического актива благодаря сложности интеграции миллиметроволновой антенны в печатную плату, управлению потерями в высокоскоростных трассировках печатной платы задней панели и обеспечению долгосрочной работоспособности за счет высоконадежного теплового управления печатной платы.