Langattoman tukiaseman piirilevyjen valmistus Wi-Fi RF- ja verkkolaitteistoille

Langattoman tukiaseman piirilevy yhdistää RF-, nopean digitaalisen, tehomuunnoksen ja antenniin liittyvät rakenteet kompaktilla alustalla. Nykyaikaiset tukiasemat voivat tukea 2.4 GHz:n ja 5 GHz:n kaistaa, kun taas Wi-Fi 6E- ja Wi-Fi 7 -tuotteet voivat käyttää myös 6 GHz:n spektriä määräysten salliessa. Tämä tekee piirilevystä paljon enemmän kuin "reitittimen piirilevyn": RF-syöttögeometria, maadoituksen referenssi, suojaus, antennin suojaukset, Ethernet/PoE-piirit, tiheä prosessorin muistin reititys ja lämpösuunnittelu toimivat kaikki vuorovaikutuksessa keskenään. Highleap Electronics tukee langattomien ja RF-piirilevyjen valmistusta , nopeaa digitaalista piirilevyjen valmistusta ja avaimet käteen -kokoonpanoa tietoliikennelaitteistolle asiakkaan hyväksymän RF-asettelun, materiaalivaatimusten ja validointisuunnitelman mukaisesti.

1. Langattoman tukiaseman piirilevyn arkkitehtuuri: RF-, digitaali-, teho- ja antennialueet

Tyypillinen yritys- tai teollisuustukiasema voi sisältää isäntäjärjestelmän SoC:n, DDR-muistia, flash-muistia, Wi-Fi-radiolaitteita, RF-etupäätteitä, suodattimia, dipleksereitä/tripleksereitä, tehovahvistimia, vähäkohinaisia ​​vahvistimia, RF-kytkimiä, Ethernet PHY:n, PoE-virtalähteen, DC/DC-muunnoksen, antenneja tai antenniliittimiä, suojakuoria ja lämpöliitäntöjä.

1.1 Käsittele piirilevyä useina kytkettyinä alijärjestelminä

RF-osa tarvitsee lyhyet, ohjatut siirtolinjat ja vakaan maadoituksen. Prosessori- ja muistiosa tarvitsee tiheän ja nopean reitityksen sekä puhdasta virransyöttöä. PoE/virtaosa kuljettaa suurempaa virtaa ja kytkentäkohinaa. Antennialueella on oltava mekaanista tilaa ja sähkömagneettisia esteitä. Onnistunut sijoittelu erottaa nämä toiminnot luomatta katkoksia niiden kytkeytymiskohdissa.

1.2 Vaatiiko Wi-Fi 7 erityistä piirilevymateriaalia tai pinoamista?

Ei. ”Wi-Fi 6 PCB” tai ”Wi-Fi 7 PCB” ei ole laminaattispesifikaatio. Oikea materiaali ja kerrosrakenne riippuvat reitin pituudesta, RF-häviöbudjetista, antennin toteutuksesta, pakettien purkautumistiheydestä, kanavan kaistanleveydestä ja kustannuksista. Wi-Fi 7: ää käyttävä tuote voi silti käyttää FR-4-perheen tai pienempihäviöistä rakennetta todellisista RF- ja suurnopeuskanavista riippuen; pelkkä standardinimi ei määrittele laminaattia.

1.3 Sertifiointi on tuotetason toimintaa

Piirilevyn valmistaja rakentaa levyn julkaistun suunnitelman mukaisesti, kun taas RF-piirilevyn valmistuskontrollit säilyttävät hyväksytyn geometrian, materiaalin, pinnan ja kokoonpanon vaatimukset. Wi-Fi Alliance -sertifiointi, alueelliset radiohyväksynnät, EMC- ja turvallisuusmääräykset koskevat valmista tuotetta ja sen laiteohjelmistoa/RF-kokoonpanoa. Valmistusprosessin valvonta tukee toistettavuutta, mutta ei sinänsä tee piirilevystä "Wi-Fi-sertifioitua".

2. 2.4 GHz:n, 5 GHz:n ja 6 GHz:n radiotaajuusalueiden asettelu: Mitä valmistuksen on säilytettävä

Taajuuden noustessa pienillä geometrian muutoksilla on enemmän merkitystä. Juotteen leveys, dielektrisen osan paksuus, kuparin karheus, liittimen lähtö, juotosmaskin kunto, komponenttien liitäntäpisteiden geometria ja maadoitusläpivientien sijainti voivat kaikki vaikuttaa radiotaajuuskäyttäytymiseen.

2.1 Ohjatut radiotaajuuslähetyslinjat tarvitsevat hyväksytyn pinoamisen

Mikroliuska-, maadoitetut koplanaariset aaltojohteet tai liuskajohtimet tulisi valmistaa levyn todellista kerrosrakennetta vasten. Suunnittelupaketissa tulee ilmoittaa tavoiteimpedanssi ja kriittiset RF-kerrokset. Valmistaja voi sitten laskea tuotantogeometrian valitulle laminaatille ja kuparin paksuudelle.

Dokumentoitu piirilevypino tulisi jäädyttää ennen RF-validointiyksiköiden rakentamista. Prepregin paksuuden tai materiaaliperheen muuttaminen virityksen jälkeen voi muuttaa impedanssia ja lisäyshäviötä.

2.2 Kuparin karheus ja Dk/Df-arvot Lisätietoja pidemmistä, korkeamman taajuuden poluista

Johtimen pinnan karheus vaikuttaa radiotaajuushäviöön ihovaikutuksen voimistuessa. Myös dielektrinen häviö ja Dk-stabiilisuus vaikuttavat suorituskykyyn. Tarkka merkitys riippuu reitin pituudesta ja taajuudesta, joten materiaalivalinta tulisi yhdistää mitattavissa oleviin lisäyshäviö- ja vaihevaatimuksiin eikä yleiseen "alhaisen häviön" vaatimukseen.

2.3 Juotosmaski voi olla osa RF-rakennetta

Joissakin RF-johtimissa juotosmaski on tarkoituksella poistettu, toisissa taas se on osa mallinnettua geometriaa. Valmistajan tulisi noudattaa julkaistua kuvitusta eikä paljastaa tai peittää RF-johtoja oletusten perusteella. Sama pätee kuparin varastamiseen tai tasapainottamiseen RF-reittien lähellä – näiden tulisi noudattaa määriteltyjä poissuljettuja alueita.

3. MIMO-antennit, syöttöverkot, maadoitus ja mekaaniset esteet

MIMO-tukiasemat voivat käyttää useita sisäisiä piirilevyantenneja, taipuisia antenneja, leimametalliantenneja tai ulkoisia antenneja koaksiaaliliittimien kautta. Levyn valmistukseen liittyvät vaikutukset vaihtelevat huomattavasti.

3.1 Voiko piirilevytehdas muuttaa antennin geometriaa DFM:n aikana?

Ei – ei ilman radiotaajuustekniikan hyväksyntää. Jos antenni syövytetään piirilevylle, sen geometria, kuparin paksuus, lähellä oleva maadoitus, juotosmaskin tila, piirilevyn reuna, kotelomateriaali ja lähellä oleva metalli tulevat kaikki osaksi antennijärjestelmää. Tehtaan ei tule muokata antennin ääriviivoja, lisätä kuparin tasapainotusta lähelle tai muuttaa piirilevyn reunaa DFM:n aikana vain yksinkertaistaakseen valmistusta. Piirilevyantennien suunnitteluresurssimme selittää, miksi nämä kupari- ja mekaaniset yksityiskohdat ovat sähköisesti merkittäviä.

3.2 Antennin syöttö ja sovitusverkot vaativat hallittua kokoonpanoa

Sovituskomponentit voivat olla hyvin pieniä ja niitä voidaan säätää teknisen validoinnin aikana. Virityksen jälkeisiä osaluettelon tarkistuksia tulee valvoa tarkasti. Komponenttien suunta, juotospisteiden koko, juotostilavuus ja sijoittelutarkkuus vaikuttavat kaikki toistettavuuteen, erityisesti korkeataajuisissa sovitusverkoissa.

3.3 Maan läpi kulkevat aidat ovat toiminnallisia ominaisuuksia

Läpivientiaidat RF-reittien, suojausrajojen tai liittimien laukaisujen ympärillä auttavat hallitsemaan paluuvirtaa ja sähkömagneettista kytkentää. Niitä ei tule poistaa "redundantteina läpivienteinä" kustannusten vähentämisen yhteydessä. Jos läpivientijako tai poran koko aiheuttaa valmistettavuusongelmia, RF-suunnittelijan on hyväksyttävä muutos.

4. Nopeat digitaaliset liitännät, Ethernet Uplink ja PoE-virta samalla piirilevyllä

Tukiasema on samanaikaisesti radiotuote ja verkotettu laskenta-alusta. Sen piirilevy voi sisältää DDR-, PCIe- tai muita nopeita sisäisiä liitäntöjä, Ethernet-uplinkin, USB/palveluliitäntöjä ja yhden tai useamman hakkuritehomuuntimen.

4.1 Digitaaliset ja radiotaajuiset paluureitit tulisi suunnitella yhdessä

Tiheän digitaalisen reitityksen ei tulisi pakottaa RF-linjoja referenssipisteiden tai antennien katkosten yli. Samoin RF-katkosten ei tulisi katkaista kriittisiä nopeita paluureittejä ilman suunniteltua siirtymää. Siksi pinoamissuunnittelu ennen reititystä on tärkeää.

4.2 Ethernet Uplinkistä voi tulla lämpö- ja tehorajoite

Monet yritysten tukiasemat saavat virtansa PoE:n kautta. Näissä malleissa Ethernet-portti kuljettaa myös laitteen ensisijaista virransyöttöä. Levyn on säilytettävä PoE-etupää, magneettisuus, suojaus ja DC/DC-virtareitti samalla, kun herkkien RF- ja kello-osien kytkentäkohina pidetään poissa. Suunnitteluperiaatteet ovat päällekkäisiä suurnopeuspiirilevyjen ja tehopiirilevyjen valmistuksen kanssa, mutta RF-suojaus- ja radiotaajuussuojausvaatimukset tekevät WAP-levystä ainutlaatuisen.

4.3 Irtikytkentä ja tehonjakelu vaikuttavat radiotaajuussuorituskykyyn

Tehovahvistimet, RF-etupäät, SoC-piirit ja muistit voivat kuluttaa dynaamista virtaa. Paikallinen irtikytkentä ja matalaimpedanssiset tehotasot vähentävät syötön modulaatiota. Valmistajan tulisi säilyttää suunnittelussa määritellyt läpivientimatriisit, tasojen muodot ja sijoittelun kannalta kriittiset kondensaattorit.

5. HDI, materiaalivalinta, suojaus ja lämpösuunnittelu kompakteille tukiasemille

Nykyaikaiset tukiasemat tarvitsevat usein ohuen kotelon, useita antenneja, suuria BGA-sovittimia, suojakuoria ja merkittävää laskenta-/RF-tehoa rajoitetussa tilassa.

5.1 Käytä HDI:tä, kun se ratkaisee pakotiheys- tai muotokerroinongelmia

Lasermikroläpiviennit, haudatut läpiviennit, pinotut/porrastetut mikroläpiviennit ja läpivienti-pad-rakenteet voivat auttaa välttämään tiheän välityksen BGA-piirejä ja pitämään RF/digitaaliset reitit lyhyinä. Nämä rakenteet lisäävät peräkkäisen laminoinnin ja pinnoituksen monimutkaisuutta, joten niiden tulisi perustua reititystiheyteen. Highleapin HDI-piirilevyjen valmistuskapasiteetti tukee tiheitä tietoliikennelevyjä, joissa perinteinen läpivientireititys ei riitä.

5.2 RF-suojakotelot luovat sekä sähkö- että kokoonpanovaatimuksia

RF-suojauskehykset tarvitsevat jatkuvan maadoituksen, juotettavia maadoituskuvioita, riittävän tahnamäärän ja mekaanisen tilan. Irrotettavilla suojuksilla ja yhtenäisillä suojuksilla on erilaiset jälkikäsittely- ja lämpökäyttäytymiset. Suojauskehyksen alla olevien komponenttien korkeus on tarkistettava mekaanista pinoa vasten.

5.3 Lämpöreitit tulisi suunnitella piirilevyyn

SoC-piirit, tehovahvistimet ja säätimet voivat tuottaa keskittynyttä lämpöä. Käytettävissä on kuparin levitys, lämpöläpiviennit, paljaiden pistejuotosten käyttö, jäähdytyselementtien liitännät, kotelon lämpötyynyt tai erilliset lämmönlevittimet. Piirilevyn valmistaja voi rakentaa määritetyn kupari/läpivientirakenteen, mutta liitosten lämpötilan varmennus vaatii kootun tuotteen testausta. Katso lämmönhallintapiirilevyjen resursseistamme valmistussuuntautuneita vaihtoehtoja.

6. Langattoman tukiaseman piirilevyn kokoonpano ja RF-tietoinen tarkastus

RF-kokoonpano vaatii tavanomaista työnlaadun valvontaa sekä erityistä huomiota sijoitusherkille komponenteille ja piiloliitoksille. Highleap tukee RF/korkeataajuisten piirilevyjen valmistusta, komponenttien hankintaa, SMT/THT-kokoonpanoa, suojakoteloiden integrointia, AOI- ja röntgentarkastusta; RF- tai toiminnallinen testaus suoritetaan, kun asiakas toimittaa määritellyn menetelmän ja rajoitukset.

6.1 Pienet RF-komponentit tarvitsevat vakaan liiman ja sijoittelun

Yhteensopivat verkot, suodattimet, kytkimet ja RF-kytkimet voivat käyttää hyvin pieniä koteloita. Sapluunan suunnittelu, piirilevyn tuki, sijoittelun tarkkuus ja juotoksen uudelleenjuottamisen hallinta vaikuttavat juotoksen määrään ja komponenttien sijaintiin. Liiallinen juotos voi muuttaa RF-komponenttien geometriaa, vaikka liitos olisi sähköisesti kytketty.

6.2 Röntgen täydentää piilonivelisten laitteiden AOI:ta

Suuret SoC-piirit, Wi-Fi-piirisarjat, DDR-laitteet ja tehokomponentit voivat käyttää BGA-, LGA- tai QFN-koteloita. AOI on hyödyllinen näkyvien liitosten ja sijoittelun kannalta, mutta röntgenkuvausta tarvitaan, kun piilotettuja juotosliitäntöjä on arvioitava. Highleapin SMT-kokoonpanoprosessi voi yhdistää AOI:n röntgentarkastukseen koteloyhdistelmän ja laatusuunnitelman mukaisesti.

6.3 Voiko piirilevyvalmistaja sertifioida Wi-Fi RF -suorituskyvyn?

Rutiinimainen piirilevyjen valmistus ja piirilevyjen tarkastus eivät sertifioi valmista tukiasemaa Wi-Fi Alliancen, säännösten tai antennin suorituskykyvaatimusten mukaisesti. Piirilevytehdas voi suorittaa jatkuvuus-, käynnistys-, ohjelmointi-, Ethernet-linkki-, toiminnallisuus- tai asiakkaan määrittelemiä RF-piirilevytestejä, kun kalusteet, kalibroidut laitteet ja rajoitukset ovat saatavilla. Kalibroidut suoritetut RF-testit, antennin OTA-mittaukset, säännösten mukaiset testaukset ja Wi-Fi-sertifiointi edellyttävät asianmukaisia ​​testauslaitteita ja -menettelyjä. Nämä tulisi määritellä erikseen rutiininomaisesta kokoonpanotarkastuksesta.

7. Langattoman tukiaseman piirilevyjen valmistukseen tarkoitettu tarjouspyyntö ja testipaketti

Jotta langattoman tukiaseman piirilevyn tiedot olisivat tarkat, anna sekä sähkö- että valmistustiedot:

• Gerber/ODB++-tiedot, poraustiedostot, valmistuspiirustukset ja piirilevyn ääriviivat
• Hyväksytty kerrosten pinoaminen ja tarkat materiaalivaatimukset tai hyväksytyt vastaavat kriteerit
• RF-siirtolinjan impedanssitavoitteet ja kriittiset RF-estokohdat
• Antennipiirustukset, piirilevyn reunojen toleranssit ja mekaaniset esteet, joissa piirilevy vaikuttaa antennin suorituskykyyn
• Osaluettelo, jossa on tarkat RF-komponentit, suodattimet, FEM-mallit, liittimet, magneettikentät ja hyväksytyt vaihtoehtoiset säännöt
• Poiminta- ja sijoitustiedot, kokoonpanopiirustus, suojakotelon yksityiskohdat ja lämpörajapinnan vaatimukset
• Ohjelmointitiedostot ja tuotekonfiguraatio toiminnallista testiä varten
• PoE-vaatimukset, jos tukiasema saa virtansa Ethernetin kautta
• RF-, Ethernet-, teho- ja toiminnalliset testausmenetelmät hyväksymis-/hylkäyskriteereineen
• Prototyyppi ja tuotantomäärät sekä jäljitettävyys-/pakkausvaatimukset

Prototyyppipiirilevy ja piirilevyasetelmien suunnitteluvaihe ovat erityisen tärkeitä tukiasemille, koska antennin viritys, suojauksen suunnittelu, lämpöliitännät, kotelomateriaali ja laiteohjelmisto vaikuttavat kaikki mitattuun RF-suorituskykyyn. Highleap Electronics voi tukea valmistuspuolta piirilevyjen valmistuksesta komponenttien hankintaan ja kokoonpanoon valmiiden projektitietojen perusteella.