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2022-7

5G技术对高速PCB的挑战

5G时代已经到来,越来越多的移动无线通信系统正在进行升级和转换,以采用5G技术来更好地连接到物联网(IoT)。5G令人惊讶的速度将为所有使用、设计和制造系统组件和应用程序的行业打开新的市场机会。


这对高速PCB行业意味着什么呢?


首先,在设计和构建PCB叠层时,必须优先考虑材料方面的问题。5G PCB在承载和接收信号传输,提供电气连接以及提供针对特定功能的控制时,必须满足所有规范。此外,将需要解决PCB设计的挑战,例如以较高的速度保持信号完整性,散热管理以及如何防止数据和板之间的电磁干扰(EMI)。


混合信号接收电路板设计


现在,大多数系统都在处理4G和3G PCB。这意味着组件的发射和接收频率范围为600 MHz到5.925 GHz,带宽通道为20MHz,或物联网系统的200kHz。在为5G网络系统设计PCB时,根据应用,这些组件将需要28GHz,30GHz甚至77GHz的毫米波频率。对于带宽信道,5G系统将在6GHz频率以下处理100MHz,并在6GHz频率以上处理400MHz。


这些更高的速度和更高的频率将要求PCB内使用合适的材料来同时捕获与传输较低和较高的信号,而又不会出现信号损失和EMI。还有一个问题是设备将变得更轻,更便携,更小。由于具有严格的重量,尺寸和空间限制,PCB材料必须灵活且轻巧,才能容纳电路板上的所有微电子器件。


对于PCB铜走线,必须遵循更细的走线和更严格的阻抗控制 。可将用于3G和4G高速PCB的传统减法蚀刻工艺切换为修改的半加法工艺。这些改进的半加法工艺将提供更精确的迹线和更直的墙。


材料基材也正在重新设计。印刷电路板公司正在研究介电常数低至3的材料,因为低速PCB的标准材料通常为3.5至5.5。更紧密的玻璃纤维编织,较低的损耗因数损耗材料和低剖面的铜也将成为用于数字信号的高速PCB的选择,从而防止信号损耗并提高信号完整性。


EMI屏蔽问题


EMI,串扰和寄生电容是电路板的主要问题。为了应对由于板上的模拟和数字频率而产生的串扰和EMI,强烈建议分开走线。使用多层板将提供更好的通用性,以决定如何放置高速走线,从而使模拟和数字返回信号的路径相互远离,同时使交流和直流电路保持分开。布置元件时增加屏蔽和滤波也应降低PCB上的自然EMI量。


为了确保铜表面上没有缺陷以及严重的短路或断路,会使用具有更高功能的先进的自动光学检查系统(AIO)和2D计量检查导体的走线并进行测量他们。这些技术将帮助PCB制造商寻找可能出现的信号劣化风险。


散热管理挑战


较高的信号速度将导致通过PCB的电流产生更多的热量。用于介电材料和核心基板层的PCB材料将需要充分处理5G技术所需的高速。如果材料不足,则可能导致铜走线,剥落,收缩和翘曲,因为这些问题会导致PCB变质。


为了应对这些更高的温度,制造商将需要专注于解决导热系数和热系数问题的材料选择。必须使用具有更高导热性,出色的热传递和一致的介电常数的材料来制造出良好的PCB,以提供该应用所需的所有5G功能。