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5G技術(shù)對(duì)高速PCB的考量和挑戰(zhàn)

2020-11-03 09:33 作者:華秋DFM 0人讀過(guò) | 我要投稿

5G時(shí)代已經(jīng)到來(lái)，越來(lái)越多的移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)正在進(jìn)行升級(jí)和轉(zhuǎn)換，以采用5G技術(shù)來(lái)更好地連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）。5G令人驚訝的速度將為所有使用、設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)組件和應(yīng)用程序的行業(yè)打開新的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。

這對(duì)高速PCB行業(yè)意味著什么呢？

首先，在設(shè)計(jì)和構(gòu)建PCB疊層時(shí)，必須優(yōu)先考慮材料方面的問(wèn)題。5G PCB在承載和接收信號(hào)傳輸，提供電氣連接以及提供針對(duì)特定功能的控制時(shí)，必須滿足所有規(guī)范。此外，將需要解決PCB設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)，例如以較高的速度保持信號(hào)完整性，散熱管理以及如何防止數(shù)據(jù)和板之間的電磁干擾（EMI）。

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混合信號(hào)接收電路板設(shè)計(jì)

現(xiàn)在，大多數(shù)系統(tǒng)都在處理4G和3G PCB。這意味著組件的發(fā)射和接收頻率范圍為600 MHz到5.925 GHz，帶寬通道為20MHz，或物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的200kHz。在為5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB時(shí)，根據(jù)應(yīng)用，這些組件將需要28GHz，30GHz甚至77GHz的毫米波頻率。對(duì)于帶寬信道，5G系統(tǒng)將在6GHz頻率以下處理100MHz，并在6GHz頻率以上處理400MHz。

這些更高的速度和更高的頻率將要求PCB內(nèi)使用合適的材料來(lái)同時(shí)捕獲與傳輸較低和較高的信號(hào)，而又不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)損失和EMI。還有一個(gè)問(wèn)題是設(shè)備將變得更輕，更便攜，更小。由于具有嚴(yán)格的重量，尺寸和空間限制，PCB材料必須靈活且輕巧，才能容納電路板上的所有微電子器件。

對(duì)于PCB銅走線，必須遵循更細(xì)的走線和更嚴(yán)格的阻抗控制?。可將用于3G和4G高速PCB的傳統(tǒng)減法蝕刻工藝切換為修改的半加法工藝。這些改進(jìn)的半加法工藝將提供更精確的跡線和更直的墻。

材料基材也正在重新設(shè)計(jì)。印刷電路板公司正在研究介電常數(shù)低至3的材料，因?yàn)榈退貾CB的標(biāo)準(zhǔn)材料通常為3.5至5.5。更緊密的玻璃纖維編織，較低的損耗因數(shù)損耗材料和低剖面的銅也將成為用于數(shù)字信號(hào)的高速PCB的選擇，從而防止信號(hào)損耗并提高信號(hào)完整性。

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EMI屏蔽問(wèn)題

EMI，串?dāng)_和寄生電容是電路板的主要問(wèn)題。為了應(yīng)對(duì)由于板上的模擬和數(shù)字頻率而產(chǎn)生的串?dāng)_和EMI，強(qiáng)烈建議分開走線。使用多層板將提供更好的通用性，以決定如何放置高速走線，從而使模擬和數(shù)字返回信號(hào)的路徑相互遠(yuǎn)離，同時(shí)使交流和直流電路保持分開。布置元件時(shí)增加屏蔽和濾波也應(yīng)降低PCB上的自然EMI量。

為了確保銅表面上沒(méi)有缺陷以及嚴(yán)重的短路或斷路，會(huì)使用具有更高功能的先進(jìn)的自動(dòng)光學(xué)檢查系統(tǒng)（AIO）和2D計(jì)量檢查導(dǎo)體的走線并進(jìn)行測(cè)量他們。這些技術(shù)將幫助PCB制造商尋找可能出現(xiàn)的信號(hào)劣化風(fēng)險(xiǎn)。

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散熱管理挑戰(zhàn)

較高的信號(hào)速度將導(dǎo)致通過(guò)PCB的電流產(chǎn)生更多的熱量。用于介電材料和核心基板層的PCB材料將需要充分處理5G技術(shù)所需的高速。如果材料不足，則可能導(dǎo)致銅走線，剝落，收縮和翹曲，因?yàn)檫@些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致PCB變質(zhì)。

為了應(yīng)對(duì)這些更高的溫度，制造商將需要專注于解決導(dǎo)熱系數(shù)和熱系數(shù)問(wèn)題的材料選擇。必須使用具有更高導(dǎo)熱性，出色的熱傳遞和一致的介電常數(shù)的材料來(lái)制造出良好的PCB，以提供該應(yīng)用所需的所有5G功能。