Wat betekent dit voor de snelle PCB-industrie?
Allereerst moeten bij het ontwerpen en bouwen van PCB-stapels de materiële aspecten prioriteit krijgen. 5G-PCB's moeten aan alle specificaties voldoen bij het transporteren en ontvangen van signaaloverdracht, het leveren van elektrische verbindingen en het leveren van controle voor specifieke functies. Daarnaast zullen uitdagingen op het gebied van PCB-ontwerp moeten worden aangepakt, zoals het handhaven van signaalintegriteit bij hogere snelheden, thermisch beheer en het voorkomen van elektromagnetische interferentie (EMI) tussen data en borden.
Ontwerp met gemengde signaalontvangstprintplaat
Tegenwoordig hebben de meeste systemen te maken met 4G- en 3G-PCB’s. Dit betekent dat het zend- en ontvangstfrequentiebereik van de component 600 MHz tot 5,925 GHz bedraagt, en dat het bandbreedtekanaal 20 MHz is, of 200 kHz voor IoT-systemen. Bij het ontwerpen van printplaten voor 5G-netwerksystemen hebben deze componenten, afhankelijk van de toepassing, millimetergolffrequenties nodig van 28 GHz, 30 GHz of zelfs 77 GHz. Voor bandbreedtekanalen verwerken 5G-systemen 100 MHz onder 6 GHz en 400 MHz boven 6 GHz.
Deze hogere snelheden en hogere frequenties vereisen het gebruik van geschikte materialen in de PCB om tegelijkertijd lagere en hogere signalen op te vangen en te verzenden zonder signaalverlies en EMI. Een ander probleem is dat apparaten lichter, draagbaarder en kleiner zullen worden. Vanwege strikte beperkingen op het gebied van gewicht, afmetingen en ruimte moeten PCB-materialen flexibel en licht van gewicht zijn om alle micro-elektronische apparaten op de printplaat te kunnen huisvesten.
Voor PCB-kopersporen moeten dunnere sporen en strengere impedantiecontrole worden gevolgd. Het traditionele subtractieve etsproces dat wordt gebruikt voor 3G- en 4G-hogesnelheids-PCB's kan worden overgeschakeld naar een aangepast semi-additief proces. Deze verbeterde semi-additieve processen zullen preciezere sporen en rechtere wanden opleveren.
Ook de materiële basis wordt opnieuw ontworpen. Fabrikanten van printplaten bestuderen materialen met een diëlektrische constante van slechts 3, omdat standaardmaterialen voor PCB's met lage snelheid doorgaans 3,5 tot 5,5 zijn. Strakker glasvezelvlechtwerk, materiaal met een lagere verliesfactor en koper met een laag profiel zullen ook de keuze worden voor hogesnelheids-PCB's voor digitale signalen, waardoor signaalverlies wordt voorkomen en de signaalintegriteit wordt verbeterd.
EMI-afschermingsprobleem
EMI, overspraak en parasitaire capaciteit zijn de belangrijkste problemen van printplaten. Om overspraak en EMI als gevolg van de analoge en digitale frequenties op het bord tegen te gaan, wordt sterk aanbevolen om de sporen te scheiden. Het gebruik van meerlaagse kaarten zal een grotere veelzijdigheid bieden bij het bepalen hoe hogesnelheidssporen moeten worden geplaatst, zodat de paden van analoge en digitale retoursignalen uit elkaar worden gehouden, terwijl de AC- en DC-circuits gescheiden blijven. Het toevoegen van afscherming en filtering bij het plaatsen van componenten zou ook de hoeveelheid natuurlijke EMI op de PCB moeten verminderen.
Om ervoor te zorgen dat er geen defecten, ernstige kortsluitingen of open circuits op het koperoppervlak voorkomen, zal een geavanceerd automatisch optisch inspectiesysteem (AIO) met hogere functies en 2D-metrologie worden gebruikt om de geleidersporen te controleren en te meten. Deze technologieën zullen PCB-fabrikanten helpen bij het zoeken naar mogelijke risico's voor signaalverslechtering.
Uitdagingen op het gebied van thermisch beheer
Een hogere signaalsnelheid zorgt ervoor dat de stroom door de printplaat meer warmte genereert. PCB-materialen voor diëlektrische materialen en kernsubstraatlagen zullen op adequate wijze moeten omgaan met de hoge snelheden die vereist zijn door de 5G-technologie. Als het materiaal niet voldoende is, kan dit kopersporen, afbladderen, krimpen en kromtrekken veroorzaken, omdat deze problemen ervoor zorgen dat de PCB verslechtert.
Om met deze hogere temperaturen om te gaan, zullen fabrikanten zich moeten concentreren op de keuze van materialen die problemen met de thermische geleidbaarheid en thermische coëfficiënten aanpakken. Materialen met een hogere thermische geleidbaarheid, uitstekende warmteoverdracht en een consistente diëlektrische constante moeten worden gebruikt om een goede PCB te maken die alle 5G-functies biedt die nodig zijn voor deze toepassing.