Κατασκευή PCB σημείου ασύρματης πρόσβασης για υλικό Wi-Fi RF και δικτύου

Μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος σημείου ασύρματης πρόσβασης συνδυάζει δομές RF, υψηλής ταχύτητας ψηφιακού σήματος, μετατροπής ισχύος και κεραίας σε μια συμπαγή πλατφόρμα. Τα σύγχρονα σημεία πρόσβασης μπορούν να υποστηρίξουν ζώνες 2.4 GHz και 5 GHz, ενώ τα προϊόντα Wi-Fi 6E και Wi-Fi 7 μπορούν επίσης να χρησιμοποιήσουν φάσμα 6 GHz όπου το επιτρέπουν οι κανονισμοί. Αυτό καθιστά την πλακέτα πολύ περισσότερο από μια «τυπωμένη πλακέτα δρομολογητή»: η γεωμετρία τροφοδοσίας RF, η αναφορά γείωσης, η θωράκιση, οι απομονώσεις κεραίας, τα κυκλώματα Ethernet/PoE, η δρομολόγηση πυκνής μνήμης επεξεργαστή και ο θερμικός σχεδιασμός αλληλεπιδρούν. Η Highleap Electronics υποστηρίζει την κατασκευή ασύρματων και RF PCB , την κατασκευή ψηφιακών PCB υψηλής ταχύτητας και τη συναρμολόγηση με το κλειδί στο χέρι για υλικό επικοινωνίας, ακολουθώντας την εγκεκριμένη διάταξη RF, τις κλήσεις υλικών και το σχέδιο επικύρωσης του πελάτη.

1. Αρχιτεκτονική PCB σημείου ασύρματης πρόσβασης: Τομείς RF, ψηφιακού, ισχύος και κεραίας

Ένα τυπικό σημείο πρόσβασης για επιχειρήσεις ή βιομηχανίες μπορεί να περιλαμβάνει ένα SoC κεντρικού υπολογιστή, μνήμη DDR, flash, συσκευές Wi-Fi, μονάδες front-end RF, φίλτρα, διπλέκτες/τριπλέκτες, ενισχυτές ισχύος, ενισχυτές χαμηλού θορύβου, διακόπτες RF, Ethernet PHY, είσοδο ισχύος PoE, μετατροπή DC/DC, κεραίες ή συνδέσμους κεραίας, δοχεία θωράκισης και θερμικές διεπαφές.

1.1 Αντιμετωπίστε την πλακέτα ως πολλά συνδεδεμένα υποσυστήματα

Το τμήμα RF χρειάζεται κοντές, ελεγχόμενες γραμμές μεταφοράς και σταθερή γείωση. Το τμήμα επεξεργαστή και μνήμης θέλει πυκνή δρομολόγηση υψηλής ταχύτητας και καθαρή ισχύ. Το τμήμα PoE/ισχύος μεταφέρει υψηλότερο ρεύμα και θόρυβο μεταγωγής. Η περιοχή της κεραίας χρειάζεται μηχανική απόσταση και ηλεκτρομαγνητικές αποστάσεις. Μια επιτυχημένη διάταξη διαχωρίζει αυτές τις λειτουργίες χωρίς να δημιουργεί ασυνέχειες όπου πρέπει να συνδεθούν.

1.2 Απαιτεί το Wi-Fi 7 ειδικό υλικό PCB ή στοίβαξη;

Όχι. Το «Wi-Fi 6 PCB» ή το «Wi-Fi 7 PCB» δεν αποτελεί προδιαγραφή laminate. Το σωστό υλικό και η κατασκευή στρώσεων εξαρτώνται από το μήκος της διαδρομής, τον προϋπολογισμό απωλειών RF, την υλοποίηση της κεραίας, την πυκνότητα διαφυγής πακέτου, το εύρος ζώνης καναλιού και το κόστος. Ένα προϊόν που χρησιμοποιεί Wi-Fi 7 μπορεί να χρησιμοποιεί μια κατασκευή οικογένειας FR-4 ή χαμηλότερης απώλειας ανάλογα με τα πραγματικά κανάλια RF και υψηλής ταχύτητας. Το όνομα του προτύπου από μόνο του δεν ορίζει το laminate.

1.3 Η Πιστοποίηση Είναι μια Δραστηριότητα σε Επίπεδο Προϊόντος

Ο κατασκευαστής των PCB κατασκευάζει την πλακέτα σύμφωνα με το σχέδιο που έχει κυκλοφορήσει, ενώ οι έλεγχοι κατασκευής των PCB RF διατηρούν τις εγκεκριμένες απαιτήσεις γεωμετρίας, υλικού, επιφάνειας και συναρμολόγησης. Η πιστοποίηση Wi-Fi Alliance, οι εγκρίσεις περιφερειακών ραδιοεπικοινωνιών, η συμμόρφωση με την ηλεκτρομαγνητική συμβατότητα (EMC) και την ασφάλεια ισχύουν για το τελικό προϊόν και τη διαμόρφωση υλικολογισμικού/RF. Ο έλεγχος της διαδικασίας κατασκευής υποστηρίζει την επαναληψιμότητα, αλλά από μόνος του δεν καθιστά μια πλακέτα PCBA "πιστοποιημένη Wi-Fi".

2. Διάταξη RF 2.4 GHz, 5 GHz και 6 GHz: Τι πρέπει να διατηρήσει η κατασκευή

Καθώς αυξάνεται η συχνότητα, οι μικρές αλλαγές στη γεωμετρία έχουν μεγαλύτερη σημασία. Το πλάτος του ίχνους, το πάχος του διηλεκτρικού, η τραχύτητα του χαλκού, η εκτόξευση του συνδέσμου, η κατάσταση της μάσκας συγκόλλησης, η γεωμετρία του εξαρτήματος και η τοποθέτηση της γείωσης μπορούν όλα να επηρεάσουν τη συμπεριφορά των RF.

2.1 Οι ελεγχόμενες γραμμές μετάδοσης RF χρειάζονται εγκεκριμένη στοίβαξη

Οι δομές μικρολωρίδας, γειωμένου συνεπίπεδου κυματοδηγού ή stripline θα πρέπει να κατασκευάζονται σύμφωνα με την πραγματική κατασκευή στρώσεων της πλακέτας. Το πακέτο σχεδιασμού θα πρέπει να αναφέρει την στοχευόμενη σύνθετη αντίσταση και τα κρίσιμα στρώματα RF. Ο κατασκευαστής μπορεί στη συνέχεια να υπολογίσει τη γεωμετρία παραγωγής για το επιλεγμένο φύλλο πλαστικού και το πάχος χαλκού.

Μια τεκμηριωμένη στοίβα PCB θα πρέπει να παγώσει πριν από την κατασκευή μονάδων επικύρωσης RF. Η αλλαγή του πάχους του προεμποτισμένου υλικού ή της οικογένειας υλικών μετά τη ρύθμιση μπορεί να μετατοπίσει την αντίσταση και την απώλεια εισαγωγής.

2.2 Τραχύτητα χαλκού και ύλη Dk/Df Περισσότερα σε μεγαλύτερες διαδρομές υψηλότερης συχνότητας

Η τραχύτητα της επιφάνειας του αγωγού συμβάλλει στην απώλεια RF καθώς το φαινόμενο του δέρματος γίνεται ισχυρότερο. Η διηλεκτρική απώλεια και η σταθερότητα Dk επηρεάζουν επίσης την απόδοση. Η ακριβής σημασία εξαρτάται από το μήκος και τη συχνότητα της διαδρομής, επομένως η απόφαση για το υλικό θα πρέπει να συνδέεται με μετρήσιμες απαιτήσεις απώλειας εισαγωγής και φάσης και όχι με ένα γενικό αίτημα «χαμηλής απώλειας».

2.3 Η μάσκα συγκόλλησης μπορεί να είναι μέρος της δομής RF

Σε ορισμένες διαδρομές RF, η μάσκα συγκόλλησης αφαιρείται σκόπιμα. Σε άλλες αποτελεί μέρος της μοντελοποιημένης γεωμετρίας. Ο κατασκευαστής θα πρέπει να ακολουθεί το δημοσιευμένο γραφικό και να μην εκθέτει ή καλύπτει γραμμές RF με βάση υποθέσεις. Το ίδιο ισχύει και για τα μοτίβα κλοπής ή εξισορρόπησης χαλκού κοντά σε διαδρομές RF—αυτά θα πρέπει να σέβονται τις καθορισμένες περιοχές keep-out.

3. Κεραίες MIMO, Δίκτυα Τροφοδοσίας, Γείωση και Μηχανικές Αποκλείσεις

Τα σημεία πρόσβασης MIMO μπορούν να χρησιμοποιούν αρκετές εσωτερικές κεραίες PCB, εύκαμπτες κεραίες, κεραίες από σφραγισμένο μέταλλο ή εξωτερικές κεραίες μέσω ομοαξονικών συνδέσμων. Οι επιπτώσεις στην κατασκευή της πλακέτας ποικίλλουν σημαντικά.

3.1 Μπορεί το εργοστάσιο της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος να αλλάξει τη γεωμετρία της κεραίας κατά τη διάρκεια του DFM;

Όχι—όχι χωρίς έγκριση μηχανικής RF. Εάν η κεραία είναι χαραγμένη στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB), η γεωμετρία της, το πάχος του χαλκού, η κοντινή γείωση, η κατάσταση της μάσκας συγκόλλησης, η άκρη της πλακέτας, το υλικό του περιβλήματος και το κοντινό μέταλλο γίνονται όλα μέρος του συστήματος κεραίας. Το εργοστάσιο δεν θα πρέπει να τροποποιεί το περίγραμμα της κεραίας, να προσθέτει εξισορρόπηση χαλκού κοντά ή να αλλάζει την άκρη της πλακέτας κατά τη διάρκεια της DFM απλώς για να απλοποιήσει την κατασκευή. Ο πόρος σχεδιασμού κεραίας PCB μας εξηγεί γιατί αυτές οι χάλκινες και μηχανικές λεπτομέρειες είναι ηλεκτρικά σημαντικές.

3.2 Τα δίκτυα τροφοδοσίας κεραίας και αντιστοίχισης χρειάζονται ελεγχόμενη συναρμολόγηση

Τα εξαρτήματα που ταιριάζουν μπορεί να είναι πολύ μικρά και ενδέχεται να ρυθμιστούν κατά την επικύρωση μηχανικής. Οι αναθεωρήσεις του BOM μετά τη ρύθμιση θα πρέπει να ελέγχονται αυστηρά. Ο προσανατολισμός των εξαρτημάτων, το μέγεθος του μαξιλαριού, ο όγκος της συγκόλλησης και η ακρίβεια τοποθέτησης επηρεάζουν όλα την επαναληψιμότητα, ειδικά σε δίκτυα αντιστοίχισης υψηλής συχνότητας.

3.3 Οι περιφράξεις εδάφους είναι λειτουργικά χαρακτηριστικά

Οι οπές διέλευσης γύρω από τις διαδρομές RF, τα όρια των ασπίδων ή οι εκτοξεύσεις των συνδετήρων βοηθούν στον έλεγχο του ρεύματος επιστροφής και της ηλεκτρομαγνητικής σύζευξης. Δεν πρέπει να αφαιρούνται ως «πλεονάζουσες οπές διέλευσης» κατά τη μείωση του κόστους. Εάν το βήμα της οπής διέλευσης ή το μέγεθος του τρυπανιού δημιουργεί πρόβλημα κατασκευασιμότητας, η αλλαγή θα πρέπει να εγκριθεί από τον σχεδιαστή RF.

4. Ψηφιακές διεπαφές υψηλής ταχύτητας, σύνδεση Ethernet Uplink και τροφοδοσία PoE στην ίδια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος

Ένα σημείο πρόσβασης είναι ταυτόχρονα ένα ραδιοπροϊόν και μια δικτυωμένη υπολογιστική πλατφόρμα. Η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος (PCB) του μπορεί να περιέχει εσωτερικές διεπαφές DDR, PCIe ή άλλες υψηλής ταχύτητας εσωτερικές διεπαφές, ανοδική ζεύξη Ethernet, διεπαφές USB/υπηρεσίας και έναν ή περισσότερους μετατροπείς ισχύος μεταγωγής.

4.1 Οι ψηφιακές και οι ραδιοσυχνότητες επιστροφής πρέπει να σχεδιάζονται μαζί

Η πυκνή ψηφιακή δρομολόγηση δεν θα πρέπει να πιέζει τις γραμμές RF να διασχίζουν ασυνέχειες αναφοράς ή σημεία διακοπής λειτουργίας κεραιών. Ομοίως, τα σημεία διακοπής λειτουργίας RF δεν θα πρέπει να διακόπτουν κρίσιμες διαδρομές επιστροφής υψηλής ταχύτητας χωρίς προγραμματισμένη μετάβαση. Επομένως, ο σχεδιασμός στοίβαξης πριν από τη δρομολόγηση είναι απαραίτητος.

4.2 Η σύνδεση Ethernet Uplink μπορεί να γίνει θερμικός και ενεργειακός περιορισμός

Πολλά σημεία πρόσβασης επιχειρήσεων λαμβάνουν τροφοδοσία μέσω PoE. Σε αυτά τα σχέδια, η θύρα Ethernet μεταφέρει επίσης την κύρια είσοδο τροφοδοσίας της συσκευής. Η πλακέτα πρέπει να διατηρεί το μπροστινό μέρος του PoE, τα μαγνητικά στοιχεία, την προστασία και τη διαδρομή τροφοδοσίας DC/DC, διατηρώντας παράλληλα τον θόρυβο μεταγωγής μακριά από ευαίσθητα τμήματα RF και ρολογιού. Οι αρχές σχεδιασμού συμπίπτουν με την κατασκευή PCB υψηλής ταχύτητας και PCB ισχύος, αλλά οι απαιτήσεις προστασίας από RF και θωράκισης καθιστούν την πλακέτα WAP ξεχωριστή.

4.3 Η αποσύνδεση και η κατανομή ισχύος επηρεάζουν την απόδοση RF

Οι ενισχυτές ισχύος, τα RF front ends, τα SoCs και η μνήμη μπορούν να αντλήσουν δυναμικό ρεύμα. Η τοπική αποσύνδεση και τα επίπεδα ισχύος χαμηλής σύνθετης αντίστασης μειώνουν τη διαμόρφωση τροφοδοσίας. Ο κατασκευαστής θα πρέπει να διατηρεί τις τιμές μέσω συστοιχιών, σχημάτων επιπέδων και πυκνωτών κρίσιμων για την τοποθέτηση που καθορίζονται από το σχεδιασμό.

5. HDI, Επιλογή Υλικού, Θωράκιση και Θερμικός Σχεδιασμός για Συμπαγή Σημεία Πρόσβασης

Τα σύγχρονα σημεία πρόσβασης συχνά χρειάζονται ένα λεπτό περίβλημα, πολλαπλές κεραίες, μεγάλα BGA, δοχεία θωράκισης και σημαντική υπολογιστική/RF ισχύ σε περιορισμένο χώρο.

5.1 Χρήση του HDI όταν επιλύει προβλήματα πυκνότητας διαφυγής ή παράγοντα μορφής

Οι μικροδιαμπερείς οπές λέιζερ, οι θαμμένες διαμπερείς οπές, οι στοιβαγμένες/κλιμακωτές μικροδιαμπερείς οπές και οι διαμπερείς οπές εισόδου μπορούν να βοηθήσουν στην αποφυγή των BGA λεπτού βήματος και να διατηρήσουν σύντομες τις διαδρομές RF/ψηφιακών οπών. Αυτές οι δομές προσθέτουν πολυπλοκότητα διαδοχικής ελασματοποίησης και επιμετάλλωσης, επομένως θα πρέπει να καθοδηγούνται από την πυκνότητα δρομολόγησης. Η ικανότητα κατασκευής PCB HDI της Highleap υποστηρίζει πυκνές πλακέτες επικοινωνίας όπου η συμβατική δρομολόγηση οπών είναι ανεπαρκής.

5.2 Τα δοχεία θωράκισης RF δημιουργούν απαιτήσεις τόσο για ηλεκτρικές όσο και για συναρμολόγηση

Τα πλαίσια θωράκισης RF χρειάζονται συνεχή γείωση, συγκολλήσιμα μοτίβα στερέωσης, επαρκή όγκο πάστας και μηχανικό διάκενο. Τα αφαιρούμενα καλύμματα και οι μονοκόμματες θωράκισεις έχουν διαφορετική επανακατεργασία και θερμική συμπεριφορά. Το ύψος των εξαρτημάτων κάτω από την θωράκιση πρέπει να ελέγχεται σε σχέση με τη μηχανική στοίβα.

5.3 Οι θερμικές διαδρομές πρέπει να σχεδιάζονται στην πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος

Τα SoC, οι ενισχυτές ισχύος και οι ρυθμιστές μπορούν να δημιουργήσουν συγκεντρωμένη θερμότητα. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν διασπορά χαλκού, θερμικές οπές διέλευσης, συγκόλληση με εκτεθειμένο ταμπόν, διεπαφές ψύκτρας, θερμικά ταμπόν στο περίβλημα ή ειδικοί διασπορείς θερμότητας. Ο κατασκευαστής της πλακέτας μπορεί να κατασκευάσει την καθορισμένη δομή χαλκού/οπών διέλευσης, αλλά η επαλήθευση θερμοκρασίας σύνδεσης απαιτεί δοκιμή συναρμολογημένου προϊόντος. Δείτε τον πόρο PCB θερμικής διαχείρισης για επιλογές προσανατολισμένες στην κατασκευή.

6. Συναρμολόγηση PCB σημείου ασύρματης πρόσβασης και επιθεώρηση με επίγνωση RF

Η συναρμολόγηση RF απαιτεί έλεγχο της κανονικής κατασκευής, καθώς και πρόσθετη προσοχή στα εξαρτήματα που είναι ευαίσθητα στην τοποθέτηση και στις κρυφές συνδέσεις. Το Highleap υποστηρίζει την κατασκευή PCB RF/υψηλής συχνότητας, την προμήθεια εξαρτημάτων, τη συναρμολόγηση SMT/THT, την ενσωμάτωση θωράκισης-κοντέινερ, την επιθεώρηση AOI και ακτίνων Χ. Οι δοκιμές RF ή οι λειτουργικές δοκιμές εκτελούνται όταν ο πελάτης παρέχει μια καθορισμένη μέθοδο και όρια.

6.1 Τα μικρά εξαρτήματα RF χρειάζονται σταθερή επικόλληση και τοποθέτηση

Τα αντίστοιχα δίκτυα, τα φίλτρα, οι ζεύκτες και οι διακόπτες RF μπορούν να χρησιμοποιούν πολύ μικρά πακέτα. Ο σχεδιασμός του στένσιλ, η στήριξη της πλακέτας, η ακρίβεια τοποθέτησης και ο έλεγχος επαναφοράς επηρεάζουν τον όγκο της συγκόλλησης και τη θέση των εξαρτημάτων. Η υπερβολική συγκόλληση μπορεί να αλλάξει τη γεωμετρία γύρω από τα εξαρτήματα RF ακόμη και όταν η σύνδεση είναι ηλεκτρικά συνδεδεμένη.

6.2 Συμπληρώματα ακτίνων Χ AOI για συσκευές κρυφών αρθρώσεων

Τα μεγάλα SoC, τα chipset Wi-Fi, οι συσκευές DDR και τα εξαρτήματα τροφοδοσίας ενδέχεται να χρησιμοποιούν πακέτα BGA, LGA ή QFN. Η ανάλυση AOI είναι χρήσιμη για ορατές συνδέσεις και τοποθέτηση, αλλά η ανάλυση με ακτίνες Χ είναι απαραίτητη όταν πρέπει να αξιολογηθούν κρυφές διεπαφές συγκόλλησης. Η διαδικασία συναρμολόγησης SMT της Highleap μπορεί να συνδυάσει την ανάλυση AOI με την επιθεώρηση με ακτίνες Χ σύμφωνα με το μείγμα συσκευασιών και το σχέδιο ποιότητας.

6.3 Μπορεί ένας κατασκευαστής πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος (PCB) να πιστοποιήσει την απόδοση RF του Wi-Fi;

Η τακτική κατασκευή PCB και ο έλεγχος PCBA δεν πιστοποιούν ένα ολοκληρωμένο σημείο πρόσβασης σύμφωνα με τις απαιτήσεις Wi-Fi Alliance, τις κανονιστικές απαιτήσεις ή τις απαιτήσεις απόδοσης κεραίας. Ένα εργοστάσιο PCBA μπορεί να εκτελέσει δοκιμές συνέχειας, ενεργοποίησης, προγραμματισμού, σύνδεσης Ethernet, λειτουργικότητας ή δοκιμές PCB RF που ορίζονται από τον πελάτη , όταν υπάρχουν διαθέσιμα εξαρτήματα, βαθμονομημένος εξοπλισμός και όρια. Οι βαθμονομημένες δοκιμές RF, οι μετρήσεις κεραίας OTA, οι κανονιστικές δοκιμές και η πιστοποίηση Wi-Fi απαιτούν κατάλληλο εξοπλισμό και διαδικασίες δοκιμών. Αυτά θα πρέπει να ορίζονται ξεχωριστά από τον τακτικό έλεγχο συναρμολόγησης.

7. RFQ και πακέτο δοκιμών για την κατασκευή πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων ασύρματου σημείου πρόσβασης

Για να προσφέρετε με ακρίβεια μια κάρτα σημείου ασύρματης πρόσβασης, δώστε τόσο το ηλεκτρολογικό όσο και το κατασκευαστικό πλαίσιο:

• Δεδομένα Gerber/ODB++, αρχεία τρυπανιών, σχέδιο κατασκευής και περίγραμμα πλακέτας
• Εγκεκριμένη στοίβαξη στρώσεων και ακριβείς επεξηγήσεις υλικού ή αποδεκτά ισοδύναμα κριτήρια
• Στόχοι σύνθετης αντίστασης γραμμής μετάδοσης RF και κρίσιμες αποκλίσεις RF
• Σχέδια κεραίας, ανοχές στις άκρες της πλακέτας και μηχανικά περιθώρια φραγής όπου η πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος επηρεάζει την απόδοση της κεραίας
• BOM με ακριβή εξαρτήματα RF, φίλτρα, πεπερασμένα στοιχεία (FEM), συνδετήρες, μαγνητικά και εγκεκριμένους εναλλακτικούς κανόνες
• Δεδομένα επιλογής και τοποθέτησης, σχέδιο συναρμολόγησης, λεπτομέρειες προστατευτικού δοχείου και απαιτήσεις θερμικής διεπαφής
• Αρχεία προγραμματισμού και διαμόρφωση προϊόντος που απαιτούνται για τη λειτουργική δοκιμή
• Απαιτήσεις PoE εάν το σημείο πρόσβασης τροφοδοτείται μέσω Ethernet
• Διαδικασίες δοκιμών RF, Ethernet, ισχύος και λειτουργίας με κριτήρια επιτυχίας/αποτυχίας
• Πρωτότυπες και παραγωγικές ποσότητες συν απαιτήσεις ιχνηλασιμότητας/συσκευασίας

Ένα πρωτότυπο PCB και ένα στάδιο PCBA είναι ιδιαίτερα σημαντικό για τα σημεία πρόσβασης, επειδή ο συντονισμός της κεραίας, ο σχεδιασμός της θωράκισης, οι θερμικές διεπαφές, το υλικό του περιβλήματος και το υλικολογισμικό επηρεάζουν όλα τα μετρούμενα RF. Η Highleap Electronics μπορεί να υποστηρίξει την κατασκευαστική πλευρά από την κατασκευή PCB έως την προμήθεια εξαρτημάτων και τη συναρμολόγηση με βάση τα τελικά δεδομένα του έργου.