Čo to znamená pre vysokorýchlostný priemysel PCB?
Po prvé, pri navrhovaní a konštrukcii stohov DPS musia byť materiálne aspekty uprednostňované. 5G PCB musia spĺňať všetky špecifikácie pri prenose a prijímaní prenosu signálu, poskytovaní elektrických pripojení a poskytovaní kontroly pre konkrétne funkcie. Okrem toho sa budú musieť riešiť výzvy na návrh PCB, napríklad udržiavanie integrity signálu pri vyšších rýchlostiach, tepelné riadenie a spôsob, ako zabrániť elektromagnetickému interferencii (EMI) medzi údajmi a doskami.
Návrh dosky pri prijímaní obvodov zmiešaného signálu
Dnes sa väčšina systémov zaoberá 4G a 3G PCB. To znamená, že frekvenčný rozsah vysielania a prijímania komponentu je 600 MHz až 5,925 GHz a kanál šírky pásma je 20 MHz alebo 200 kHz pre systémy IoT. Pri navrhovaní PCB pre sieťové systémy 5G tieto komponenty budú v závislosti od aplikácie vyžadovať frekvencie milimetrov vlny 28 GHz, 30 GHz alebo dokonca 77 GHz. Pre kanály šírky pásma budú systémy 5G spracovať 100 MHz pod 6 GHz a 400 MHz nad 6 GHz.
Tieto vyššie rýchlosti a vyššie frekvencie budú vyžadovať použitie vhodných materiálov v DPS na súčasné zachytenie a prenos nižších a vyšších signálov bez straty signálu a EMI. Ďalším problémom je, že zariadenia sa stanú ľahšími, prenosnejšími a menšími. Kvôli prísnej hmotnosti, obmedzeniam veľkosti a priestoru musia byť materiály PCB flexibilné a ľahké, aby sa prispôsobili všetkým mikroelektronickým zariadeniam na doske obvodov.
Pre stopy medi PCB sa musia sledovať tenšie stopy a prísnejšie riadenie impedancie. Tradičný subtraktívny proces leptania používaný pre vysokorýchlostné PCS 3G a 4G sa môže prepnúť na modifikovaný poloadditívny proces. Tieto vylepšené poloadditívne procesy poskytnú presnejšie stopy a priamejšie steny.
Materiálna základňa je tiež prepracovaná. Spoločnosti s tlačenými obvodmi študujú materiály s dielektrickou konštantou až 3, pretože štandardné materiály pre nízkorýchlostné PCB sú zvyčajne 3,5 až 5,5. Spradené vrkoče sklenených vlákien, materiál na stratu nižšej straty a nízka profilová meď sa tiež stane výberom vysokorýchlostných DPS pre digitálne signály, čím sa bráni strate signálu a zlepšujúcu integritu signálu.
Problém tienenia EMI
EMI, Crosstalk a parazitická kapacita sú hlavnými problémami dosiek s okruhmi. S cieľom vysporiadať sa s Crosstalk a EMI v dôsledku analógových a digitálnych frekvencií na doske sa dôrazne odporúča oddeliť stopy. Použitie viacvrstvových dosiek poskytne lepšiu univerzálnosť na určenie, ako umiestniť vysokorýchlostné stopy, aby sa cesty analógových a digitálnych spiatočných signálov udržiavali mimo seba, pričom sa obvody AC a DC oddelili. Pridanie tienenia a filtrovania pri umiestňovaní komponentov by malo tiež znížiť množstvo prírodných EMI na DPS.
Aby sa zabezpečilo, že na povrchu medi neexistujú žiadne chyby a vážne skraty alebo otvorené obvody, na kontrolu stopy vodičov a zmeranie sa použije pokročilý automatický optický inšpekčný systém (AIO) s vyššími funkciami a 2D metrológia. Tieto technológie pomôžu výrobcom PCB hľadať možné riziká degradácie signálu.
Výzvy s tepelným riadením
Vyššia rýchlosť signálu spôsobí, že prúd cez PCB vytvorí viac tepla. Materiály PCB pre dielektrické materiály a vrstvy základných substrátov budú musieť primerane zvládnuť vysoké rýchlosti požadované technológiou 5G. Ak je materiál nedostatočný, môže spôsobiť stopy medi, odlupovanie, zmršťovanie a deformovanie, pretože tieto problémy spôsobia zhoršenie DPS.
Aby sa mohli vyrovnať s týmito vyššími teplotami, výrobcovia sa budú musieť zamerať na výber materiálov, ktoré sa zaoberajú problémami s tepelnou vodivosťou a tepelným koeficientom. Materiály s vyššou tepelnou vodivosťou, vynikajúcim prenosom tepla a konzistentnou dielektrickou konštantou sa musia použiť na vytvorenie dobrého DPS, aby sa poskytli všetky funkcie 5G potrebné pre túto aplikáciu.