Výroba desek plošných spojů s malými články 5G pro RF a telekomunikační infrastrukturu

Deska plošných spojů pro 5G s malými buňkami může znamenat velmi odlišný hardware v závislosti na tom, zda se jedná o integrovanou malou buňku, rádiovou jednotku v rámci dezagregované architektury, vnitřní podnikový uzel nebo jinou kompaktní implementaci RAN. Referenční materiály fóra Small Cell Forum explicitně uznává více architektur malých buněk 5G a typů produktů, takže neexistuje univerzální „stackup 5G PCB“. Výrobní plán musí odpovídat skutečnému frekvenčnímu rozsahu 3GPP NR, architektuře RF front-endu, oddílu základního pásma/PHY, úrovni výkonu, implementaci antény, krytu a způsobu chlazení. Společnost Highleap Electronics podporuje výrobu komunikačních desek plošných spojů pro 5G , nízkoztrátovou vícevrstvou výrobu, struktury HDI a kompletní montáž telekomunikačního hardwaru vyrobeného podle zákazníkem schválených RF a digitálních konstrukčních dat.

1. Požadavky na 5G malé buňky PCB závisí na architektuře rádia

Malá buňka 5G může v jednom krytu integrovat zpracování základního pásma, rádiové funkce, RF front-end, časování, převod energie, síťová rozhraní a antény. Jiné konstrukce oddělují funkce mezi rádiovými a digitálními deskami. Práce Small Cell Forum o 5G také popisuje integrované a dezagregované konfigurace produktů, a proto by se měl dodavatel desek plošných spojů před návrhem materiálů nebo procesů zeptat, co deska vlastně dělá.

1.1 Rádiová deska a digitální deska mohou mít různé optimální konstrukce

Rádiová deska upřednostňuje ztráty rádiového signálu, fázovou konzistenci, izolaci, tepelný management a přechody mezi konektory/anténami. Digitální deska může upřednostňovat vysokorychlostní SerDes, paměti DDR, evakuační směrování procesoru, integritu napájení a hustou sestavu BGA. Některé produkty kombinují obojí na jedné desce plošných spojů ze smíšených materiálů; jiné používají samostatné desky připojené přes vysokorychlostní rozhraní.

1.2 Nepoužívejte „5G“ jako specifikaci materiálu

Termín 5G neříká nic o přesných hodnotách Dk, Df, profilu mědi, počtu vrstev nebo požadované technologii propojení. Ty závisí na provozních pásmech, délce tras, modulačním/chybovém vektoru, architektuře konektorů a digitálních rozhraních. Laminát s nižšími ztrátami může být v jednom provedení nezbytný a v jiném zbytečný.

1.3 Kvalifikace produktu je širší než výroba desek plošných spojů

Hotový malý článek může vyžadovat schválení rádiového shody 3GPP, kvalifikaci operátora, schválení EMC, bezpečnosti, životního prostředí a regionální schválení. Výroba desek plošných spojů a testování desek plošných spojů podporují opakovatelnost, ale nenahrazují tyto programy na systémové úrovni.

2. Desky s malými články FR1 a FR2: Různé výrobní priority

Specifikace 3GPP NR rozlišují provoz FR1 a FR2; novější specifikace dále rozlišují FR2-1 a FR2-2. Pro výrobu desek plošných spojů je užitečným vstupem skutečné provozní pásmo, architektura rádiového signálu, kritická rozhraní a požadavky na kanál – nikoli obecné označení „5G“ nebo „FR2“. Produkt s malými buňkami proto může vyžadovat velmi odlišné konstrukce desek v závislosti na implementaci rádia.

2.1 Malé články FR1 často kombinují rádiové a vysokorychlostní digitální signály na vícevrstvých deskách plošných spojů

Konstrukce FR1 mohou na praktické vzdálenosti využívat konvenční přenosové struktury desek plošných spojů, ale důležité zůstávají ztráty, impedance, izolace a tepelné vlastnosti výkonového zesilovače. Tam, kde to vyžaduje rozpočet na rádiové nebo digitální kanály, lze použít nízkoztrátové uhlovodíkové/keramické nebo pokročilé vysokorychlostní laminátové rodiny.

2.2 Je každá malá buňka 5G milimetrovou deskou plošných spojů?

Ne. Mnoho 5G produktů s malými buňkami pracuje ve FR1 a nejsou to desky s milimetrovými vlnami. Konstrukce FR2 pracují na milimetrových vlnových frekvencích, kde ztráty propojení a citlivost na přechody mohou být mnohem důležitější. Některé architektury minimalizují délku vysokofrekvenční dráhy desky plošných spojů integrací antén a vstupní elektroniky do modulů; i když hlavní deska plošných spojů stále nese struktury milimetrových vln, vyžadují materiálové tolerance, drsnost mědi, registrace, povrchová úprava a geometrie spouštění přísnější kontrolu.

2.3 Výrobce potřebuje skutečné pásmo a kritické sítě

RFQ, který uvádí pouze „deska 5G“, nestačí. Minimálně je třeba identifikovat, které vrstvy a rozhraní jsou kritické z hlediska rádiového záření, příslušné impedanční struktury, cílové materiály, přijatelné náhrady a jakékoli požadavky na kupóny nebo testy. To umožňuje výrobci zaměřit řízení procesu na struktury, které ovlivňují výkon.

3. Nízkoztrátové a hybridní stohy desek plošných spojů pro RF a digitální zpracování

Hardware malých buněk často vyžaduje jak vysokofrekvenční výkon, tak i cenově efektivní vícevrstvé směrování. Hybridní systém pro umisťování nízkoztrátového vysokofrekvenčního materiálu pouze tam, kde poskytuje hodnotu, zatímco jinde lze použít materiály řady FR-4 nebo vysokorychlostní digitální materiály, ale laminace ze smíšených materiálů musí být pečlivě navržena.

3.1 Potřebuje každá 5G deska plošných spojů s malými články Rogers nebo PTFE?

Ne. 5G deska plošných spojů s malými články nevyžaduje automaticky Rogers, PTFE ani žádnou samostatnou řadu laminátů. Výběr materiálu by se měl řídit provozním pásmem, rozpočtem na vložné ztráty, délkou VF cesty, požadavky na digitální kanál, potřebami na tepelnou stabilitu/spolehlivost, náklady a celkovou architekturou. Hybridní soustava VF / FR-4 může být užitečná, pokud je použití materiálu s nízkými ztrátami opodstatněné pouze na vybraných vrstvách, ale laminace ze smíšených materiálů musí být zkontrolována z hlediska kompatibilních dielektrických tlouštěk, chování při vytvrzování, rozměrové stability a konstrukce spojů.

Společnost Highleap pracuje s RF a nízkoztrátovými materiály používanými v telekomunikačních produktech, včetně typů popsaných v našich zdrojích pro výběr materiálů pro RF desky plošných spojů . Konečný výběr materiálu a veškerá schválená ekvivalentní kritéria by měla zůstat vázána na elektrické požadavky zákazníka a požadavky na spolehlivost.

3.2 Dk není jediné univerzální číslo

V datových listech laminátů se mohou uvádět různé hodnoty Dk v závislosti na zkušební metodě a frekvenci. Konstruktéři by měli použít hodnotu odpovídající jejich řešiči pole a materiálovému modelu a poté podle potřeby korelovat vyrobené kupóny nebo testovací struktury. Výrobce desek plošných spojů by neměl nahrazovat laminát pouze proto, že dva datové listy ukazují podobnou hodnotu Dk.

3.3 Měděný profil může ovlivnit ztráty

Měď s menším profilem může snížit ztráty ve vodičích na vysokofrekvenčních cestách, ale zvolená měděná fólie také ovlivňuje adhezi, výrobní chování a dostupnost. Pokud je profil mědi elektricky důležitý, specifikujte jej v popisu materiálu nebo jeho sestavy, místo abyste předpokládali, že všechny měděné fólie jsou ekvivalentní.

4. Spouštění RF, přechody Via, referenční roviny a efekty měděného povrchu

Nejslabším bodem RF signálu je často přechod, nikoli dlouhá přímá trasa. Konektory, prostupy, změny vrstev, kontaktní plochy součástek, spuštění filtrů a přechody do RF modulů způsobují diskontinuity.

4.1 Přechody přes průchody vyžadují návrh zpětné cesty

Signální průchod by měl být zvažován společně s blízkými zemnícími průchodkami, geometrií antipadu, změnami referenční roviny a nevyužitou délkou pahýlu. Náš průvodce návrhem via pro RF desky plošných spojů zahrnuje výrobní proměnné, které stojí za těmito přechody. Zpětné vrtání nebo slepé průchodky mohou snížit efekt pahýlu, pokud model kanálu ukazuje, že je nutné vylepšení. Pro výrobu musí být v tabulce vrtání jasně uvedeny požadavky na řízenou hloubku.

4.2 Spuštění konektorů by mělo být zmrazeno se Stackupem

Koaxiální nebo mezidesky RF konektorů mají doporučené rozložení kontaktů, ale optimální umístění desky plošných spojů závisí také na tloušťce dielektrika a referenční geometrii. Úpravy kontaktů/protipólů během CAM mohou změnit odrazové ztráty. Kritické umístění kontaktů by mělo být označeno jako oblasti, kde se nesmí provádět úpravy, pokud technický pracovník neschválí změnu.

4.3 Povrchová úprava je součástí kompromisu mezi rádiovým a montážním vybavením

Povrchové úpravy ENIG, imerzní stříbro, OSP a další mají různé důsledky pro montáž, skladování, rovinnost, kontakt a rádiové záření. Nejlepší volba závisí na exponované rádiové struktuře, požadavcích na kontakty konektoru, jemné montáži, trvanlivosti a zákaznickém procesu. Průvodce povrchovými úpravami desek plošných spojů od společnosti Highleap lze použít k projednání těchto kompromisů před uvedením do výroby.

5. HDI, sestava BGA, tepelné cesty výkonového zesilovače a stínění

Malé buňky často kombinují husté procesory, FPGA/SoC, RF transceivery, výkonové zesilovače, hodinové obvody, paměť a převod energie v omezeném prostoru. Highleap podporuje výrobu vysokofrekvenčních/RF a HDI desek plošných spojů, sourcing součástek, montáž BGA/SMT, integraci stínění, AOI/rentgenovou kontrolu a zákaznicky definované funkční nebo RF testování, kde je poskytnuta zdokumentovaná metoda a limity. Deska plošných spojů musí podporovat jak hustotu trasování, tak odvod tepla.

5.1 HDI dokáže zkrátit vysokorychlostní a rádiové cesty

Mikroprochodky, propojky v kontaktní plošce, zapuštěné propojky a sekvenční struktury umožňují hustý únik BGA a snižují potřebu dlouhého trasování typu „dogbone“. Tyto vlastnosti by měly být vybrány na základě požadavků na rozteč pouzdra a kanály. Výroba desek plošných spojů HDI od společnosti Highleap podporuje návrhy, které vyžadují laserem vrtané propojení a kompaktní trasování.

5.2 Výkonové zesilovače potřebují definovanou tepelnou cestu

VF napájecí zařízení mohou používat odkryté tepelné podložky, měděné mincové struktury, tepelné propojky, rozvaděče tepla nebo přímá rozhraní s šasi. Tepelné řízení VF a mikrovlnných desek plošných spojů musí být definováno společně s krytem a cestou mechanického chlazení. Nejúčinnější metoda závisí na ztrátovém výkonu, pouzdře, povoleném nárůstu teploty a návrhu mechanického chlazení. Výroba by měla zachovat výplň/krytku propojek a měděné struktury požadované tepelným modelem.

5.3 Postup montáže změn stínění

Rámy, kryty, absorbéry, tepelné podložky a mechanické rozvaděče tepla pro stínění proti rádiovým vlnám mohou vyžadovat definované pořadí montáže. Během DFA by měly být zváženy objem pasty ve stínicím rámu, zemnicí podložky, koplanarita a přístup k přepracování. Proces montáže BGA a SMT od společnosti Highleap může zahrnovat tyto projektově specifické mechanické a pájecí kroky.

6. Inspekce a testování: Co může výrobce desek plošných spojů ověřit před kvalifikací systému pro rádiové spektrum

Plán výrobních zkoušek by měl ověřit atributy, které může továrna kontrolovat, a jasně je oddělit od kvalifikace rádiového systému.

6.1 Ovládací prvky na holých deskách

Relevantní kontroly mohou zahrnovat elektrickou kontinuitu/izolaci, kontrolu rozměrů, vzorky s řízenou impedancí, analýzu řezů, ověření pokovování, kontrolu pájecí masky/povrchové úpravy a dokumentaci materiálu/šarže, je-li to vyžadováno. Pokud zákazník poskytne strukturu a metodu měření, lze použít i vzorky s RF testy.

6.2 Ovládací prvky montáže

SPI, AOI a rentgen se vybírají podle rizika pouzdra. Rentgen je obzvláště užitečný pro spoje BGA/LGA/QFN a tepelných podložek, které nelze přímo vidět. Kontrola prvního kusu může ověřit identitu součástky, orientaci, umístění, mechanické hardware a sestavení stínění předtím, než bude pokračováno v kompletní výrobě.

6.3 Může výrobce desek plošných spojů provádět certifikaci produktů 5G?

Rutinní kontrola výroby a montáže nepředstavuje certifikaci 3GPP, operátora, OTA ani regulační certifikaci. Továrna na výrobu desek plošných spojů (PCBA) může provádět zapínání, programování, síťovou komunikaci, kontroly časování, digitální vstupy/výstupy a zákazníkem definované prováděné RF testování desek plošných spojů, pokud je k dispozici přístup k testům, kalibrované zařízení, software, přípravky a limity vyhovění/nevyhovění. Shoda s 3GPP, přijetí operátorem, výkon antény OTA a regulační kvalifikace zůstávají samostatnými činnostmi na úrovni systému.

7. Kontrolní seznam RFQ pro výrobu a dodávky plošných spojů s malými články 5G a na klíč

Technicky kompletní RFQ pro malé buňky by měl obsahovat:

• Data Gerber/ODB++, vrtací soubory, výrobní výkresy a případná omezení panelů
• Kompletní stohování s přesnými požadavky na laminát, tloušťku prepregu/jádra, hmotnost mědi a měděný profil, kde je to kritické
• Aplikační kontext FR1/FR2, skutečná provozní pásma a identifikace kritických vrstev/rozhraní pro rádiové frekvence
• Cíle, tolerance a požadavky na kupony s řízenou impedancí
• Požadavky na zadní vrtání, zaslepení/zapuštěné propojení, mikropropojení, propojení v kontaktní plošce a vyplnění/uzávěr
• Požadavky na povrchovou úpravu a odkrytou měď s rádiofrekvenčním polem
• Kusovník s RF komponenty, procesory, napájecími zařízeními, hodinami, konektory a schválenými alternativami
• Výkresy pro montáž a montáž, detaily štítu/chladiče/tepelného rozhraní
• Postupy programování, kalibrace, funkčního testu a RF testu
• Sledovatelnost materiálu, inspekční zprávy a požadavky na kontrolu změn ve výrobě

U nového rádiového hardwaru pomáhá řízená výroba prototypů desek plošných spojů a pilotní konstrukce desek plošných spojů (PCBA) korelovat materiál, strukturu, uvedení rádiových signálů na trh, tepelný návrh a montáž s naměřeným výkonem systému před uvedením na trh ve velkém. Společnost Highleap Electronics může zkontrolovat výrobní data a poskytnout cenovou nabídku na výrobu desek plošných spojů, zajištění zdrojů součástek, montáž a rozsah inspekce/testování definovaný projektem. Související informace o výrobě rádiových desek naleznete v našem zdroji pro výrobu rádiových desek plošných spojů pro zařízení 5G .