Cosa significa questo per l’industria dei PCB ad alta velocità?
Prima di tutto, quando si progettano e costruiscono stack PCB, è necessario dare priorità agli aspetti materiali. I PCB 5G devono soddisfare tutte le specifiche durante il trasporto e la ricezione della trasmissione del segnale, fornendo collegamenti elettrici e fornendo controllo per funzioni specifiche. Inoltre, sarà necessario affrontare le sfide della progettazione PCB, come il mantenimento dell’integrità del segnale a velocità più elevate, la gestione termica e come prevenire le interferenze elettromagnetiche (EMI) tra dati e schede.

Design del circuito di ricezione del segnale misto
Oggi, la maggior parte dei sistemi ha a che fare con PCB 4G e 3G. Ciò significa che l'intervallo di frequenza di trasmissione e ricezione del componente è compreso tra 600 MHz e 5,925 GHz e il canale della larghezza di banda è 20 MHz o 200 kHz per i sistemi IoT. Quando si progettano PCB per sistemi di rete 5G, questi componenti richiederanno frequenze di onde millimetriche di 28 GHz, 30 GHz o addirittura 77 GHz, a seconda dell'applicazione. Per i canali con larghezza di banda, i sistemi 5G elaboreranno 100 MHz sotto 6 GHz e 400 MHz sopra 6 GHz.

Queste velocità e frequenze più elevate richiederanno l'uso di materiali adatti nel PCB per catturare e trasmettere simultaneamente segnali più bassi e più alti senza perdita di segnale ed EMI. Un altro problema è che i dispositivi diventeranno più leggeri, più portatili e più piccoli. A causa dei rigidi vincoli di peso, dimensioni e spazio, i materiali PCB devono essere flessibili e leggeri per accogliere tutti i dispositivi microelettronici sul circuito.

Per le tracce in rame del PCB, è necessario seguire tracce più sottili e un controllo dell'impedenza più rigoroso. Il tradizionale processo di attacco sottrattivo utilizzato per i PCB ad alta velocità 3G e 4G può essere convertito in un processo semi-additivo modificato. Questi processi semi-additivi migliorati forniranno tracce più precise e pareti più diritte.

Anche la base materiale è in fase di riprogettazione. Le aziende produttrici di circuiti stampati stanno studiando materiali con una costante dielettrica pari a 3, poiché i materiali standard per PCB a bassa velocità sono generalmente compresi tra 3,5 e 5,5. Anche la treccia in fibra di vetro più stretta, il materiale con fattore di perdita a basso fattore di perdita e il rame a basso profilo diventeranno la scelta del PCB ad alta velocità per i segnali digitali, prevenendo così la perdita di segnale e migliorando l'integrità del segnale.

Problema di schermatura EMI
EMI, diafonia e capacità parassita sono i principali problemi dei circuiti stampati. Per gestire la diafonia e le EMI dovute alle frequenze analogiche e digitali sulla scheda, si consiglia vivamente di separare le tracce. L'uso di schede multistrato fornirà una migliore versatilità per determinare come posizionare le tracce ad alta velocità in modo che i percorsi dei segnali di ritorno analogici e digitali siano tenuti lontani l'uno dall'altro, mantenendo separati i circuiti CA e CC. L'aggiunta di schermatura e filtraggio durante il posizionamento dei componenti dovrebbe anche ridurre la quantità di EMI naturali sul PCB.

Per garantire che non vi siano difetti e cortocircuiti gravi o circuiti aperti sulla superficie del rame, verrà utilizzato un avanzato sistema di ispezione ottica automatica (AIO) con funzioni superiori e metrologia 2D per controllare le tracce dei conduttori e misurarle. Queste tecnologie aiuteranno i produttori di PCB a individuare possibili rischi di degrado del segnale.

Sfide di gestione termica
Una velocità del segnale più elevata farà sì che la corrente attraverso il PCB generi più calore. I materiali PCB per i materiali dielettrici e gli strati del substrato centrale dovranno gestire adeguatamente le alte velocità richieste dalla tecnologia 5G. Se il materiale è insufficiente, potrebbero verificarsi tracce di rame, desquamazione, restringimento e deformazione, poiché questi problemi causeranno il deterioramento del PCB.

Per far fronte a queste temperature più elevate, i produttori dovranno concentrarsi sulla scelta di materiali che risolvano i problemi di conduttività termica e coefficiente termico. Per realizzare un buon PCB in grado di fornire tutte le funzionalità 5G richieste per questa applicazione, è necessario utilizzare materiali con conduttività termica più elevata, eccellente trasferimento di calore e costante dielettrica costante.