Fabricarea de PCB-uri cu celule mici 5G pentru infrastructura RF și telecomunicații

Un PCB cu celule mici 5G poate însemna hardware foarte diferit în funcție de faptul că produsul este o celulă mică integrată, o unitate radio într-o arhitectură dezagregată, un nod de întreprindere de interior sau o altă implementare RAN compactă. Materialul de referință al Small Cell Forum recunoaște în mod explicit mai multe arhitecturi și tipuri de produse cu celule mici 5G, deci nu există o „structură universală de PCB-uri 5G”. Planul de fabricație trebuie să urmeze intervalul de frecvență NR 3GPP real, arhitectura front-end RF, partiția bandă de bază/PHY, nivelul de putere, implementarea antenei, carcasa și metoda de răcire. Highleap Electronics acceptă fabricarea de PCB-uri pentru comunicații 5G , fabricarea multistrat cu pierderi reduse, structurile HDI și asamblarea la cheie pentru hardware de telecomunicații construit pe baza datelor de proiectare RF și digitale aprobate de client.

1. Cerințele PCB pentru celule mici 5G depind de arhitectura radio

O celulă mică 5G poate integra procesarea în bandă de bază, funcțiile radio, front-end-ul RF, sincronizarea, conversia puterii, interfețele de rețea și antenele într-o singură carcasă. Alte modele separă funcțiile între plăcile radio și cele digitale. Lucrările Small Cell Forum despre 5G descriu, de asemenea, configurații de produse integrate și dezagregate, motiv pentru care un furnizor de PCB ar trebui să întrebe ce face de fapt placa înainte de a propune materiale sau procese.

1.1 Placa radio și placa digitală pot avea construcții optime diferite

O placă radio prioritizează pierderea RF, consistența fazei, izolarea, gestionarea termică și tranzițiile conector/antenă. O placă digitală poate prioritiza SerDes de mare viteză, memoria DDR, rutarea de evacuare a procesorului, integritatea alimentării și ansamblul BGA dens. Unele produse combină ambele pe un PCB din materiale mixte; altele utilizează plăci separate conectate prin interfețe de mare viteză.

1.2 Nu utilizați „5G” ca specificație de material

Termenul 5G nu spune nimic despre Dk, Df, profilul de cupru, numărul de straturi sau tehnologia de via necesară. Acestea depind de benzile de operare, lungimile rutelor, bugetul marjei de modulație/eroare a vectorului, arhitectura conectorului și interfețele digitale. Un laminat cu pierderi mai mici poate fi esențial într-un design și inutil în altul.

1.3 Calificarea produsului este mai amplă decât fabricarea PCB-urilor

Celula mică finită poate necesita lucrări de conformitate radio 3GPP, calificare a operatorului, aprobări EMC, de siguranță, de mediu și regionale. Fabricarea PCB-urilor și testarea PCBA susțin repetabilitatea, dar nu înlocuiesc aceste programe la nivel de sistem.

2. Plăci FR1 și FR2 cu celule mici: priorități de fabricație diferite

Specificațiile 3GPP NR disting funcționarea FR1 și FR2; specificațiile mai noi disting în continuare FR2-1 și FR2-2. Pentru fabricarea PCB-urilor, datele utile de intrare sunt banda de operare reală, arhitectura RF, interfețele critice și cerințele canalului - nu o etichetă generică „5G” sau „FR2”. Prin urmare, un produs cu celule mici poate necesita construcții de placă foarte diferite, în funcție de implementarea radio.

2.1 Celulele mici FR1 combină adesea RF și semnal digital de mare viteză pe PCB-uri multistrat

Proiectele FR1 pot utiliza structuri convenționale de transmisie PCB pe distanțe practice, dar pierderile, impedanța, izolația și performanța termică a amplificatorului de putere rămân importante. Se pot utiliza familii de laminate hidrocarburi/ceramice cu pierderi reduse sau de mare viteză avansate acolo unde bugetul canalului RF sau digital le impune.

2.2 Este fiecare celulă mică 5G un PCB mmWave?

Nu. Multe produse 5G cu celule mici funcționează în FR1 și nu sunt plăci cu unde milimetrice. Proiectele FR2 funcționează la frecvențe cu unde milimetrice, unde pierderile de interconectare și sensibilitatea la tranziție pot deveni mult mai importante. Unele arhitecturi minimizează lungimea traseului RF al PCB-ului prin integrarea antenelor și a electronicii frontale în module; acolo unde PCB-ul principal încă poartă structuri mmWave, toleranța materialului, rugozitatea cuprului, înregistrarea, finisajul suprafeței și geometria lansării necesită un control mai strict.

2.3 Producătorul are nevoie de banda reală și de rețelele critice

O cerere de ofertă care spune doar „placă 5G” nu este suficientă. Cel puțin, identificați care straturi și interfețe sunt critice pentru RF, structurile de impedanță relevante, materialele țintă, substituțiile acceptabile și orice cerințe de cupoane sau teste. Acest lucru permite producătorului să se concentreze asupra controlului procesului asupra structurilor care determină performanța.

3. Stackup-uri de PCB hibride și cu pierderi reduse pentru RF plus procesare digitală

Hardware-ul pentru celule mici necesită frecvent atât performanță RF, cât și rutare multistrat rentabilă. O stackup hibridă poate plasa material RF cu pierderi reduse doar acolo unde oferă valoare, în timp ce utilizează materiale digitale din familia FR-4 sau de mare viteză în altă parte, dar laminarea cu materiale mixte trebuie proiectată cu atenție.

3.1 Fiecare PCB cu celule mici 5G necesită Rogers sau PTFE?

Nu. Un PCB cu celule mici 5G nu necesită automat Rogers, PTFE sau orice familie de laminate individuale. Selecția materialelor ar trebui să respecte banda de operare, bugetul de pierderi de inserție, lungimea căii RF, cerințele canalului digital, nevoile termice/de fiabilitate, costul și arhitectura generală. O suprapunere hibridă RF / FR-4 poate fi utilă atunci când materialul cu pierderi reduse este justificat doar pe anumite straturi, dar laminarea cu materiale mixte trebuie revizuită pentru grosimi dielectrice compatibile, comportamentul de întărire, stabilitatea dimensională și construcția lipirii.

Highleap lucrează cu materiale RF și cu pierderi reduse utilizate în produsele de telecomunicații, inclusiv tipurile descrise în resursele noastre de selecție a materialelor RF PCB . Cererea finală de selecție a materialelor și orice criterii echivalente aprobate ar trebui să rămână legate de cerințele electrice și de fiabilitate ale clientului.

3.2 Dk nu este un număr universal unic

Fișele tehnice ale laminatelor pot lista valori Dk diferite în funcție de metoda și frecvența de testare. Proiectanții ar trebui să utilizeze valoarea corespunzătoare rezolvitorului lor de teren și modelului de material, apoi să coreleze cupoanele fabricate sau structurile de testare, după cum este necesar. Fabrica de PCB nu ar trebui să înlocuiască un laminat doar pentru că două fișe tehnice prezintă un Dk similar în titlu.

3.3 Profilul de cupru poate afecta pierderile

Cuprul cu profil redus poate reduce pierderile în conductori pe căile de înaltă frecvență, dar folia de cupru aleasă afectează și aderența, comportamentul la fabricație și disponibilitatea. Dacă profilul de cupru este important din punct de vedere electric, specificați-l în stivuire sau în descrierea materialului, în loc să presupuneți că toate foliile de cupru sunt echivalente.

4. Lansări RF, prin tranziții, planuri de referință și efecte de suprafață de cupru

Cel mai slab punct RF este adesea o tranziție, mai degrabă decât o pistă dreaptă lungă. Conectorii, via-urile, schimbările de straturi, pad-urile componentelor, lansările de filtre și tranzițiile în modulele RF introduc discontinuități.

4.1 Tranzițiile de tip Via necesită proiectarea căii de întoarcere

O conexiune viară de semnal ar trebui luată în considerare împreună cu canalele de împământare din apropiere, geometria antipad-ului, modificările planului de referință și lungimea neutilizată a conectorului. Ghidul nostru de proiectare a canalelor viare pentru PCB RF acoperă variabilele de fabricație din spatele acestor tranziții. Găurirea din spate sau canalele oarbe pot reduce efectele de conectare atunci când modelul canalului arată că îmbunătățirea este necesară. Pentru fabricație, cerințele privind adâncimea controlată trebuie menționate clar în tabelul de găurire.

4.2 Lansările conectorilor ar trebui înghețate odată cu Stackup-ul

Conectorii RF coaxiali sau placa-placă au modele de land-base recomandate, dar lansarea optimă a PCB depinde și de grosimea dielectricului și de geometria de referință. Modificările pad-urilor/antipad-urilor în timpul CAM pot schimba pierderea de retur. Lansările critice ar trebui marcate ca zone în care nu se modifică, cu excepția cazului în care inginerii aprobă o modificare.

4.3 Finisajul suprafeței face parte din compromisul dintre RF și asamblare

Finisajele ENIG, argintul de imersie, OSP și alte tipuri de finisaje au implicații diferite în ceea ce privește asamblarea, depozitarea, planaritatea, contactul și RF. Cea mai bună alegere depinde de structura RF expusă, cerințele de contact ale conectorului, asamblarea cu pas fin, durata de valabilitate și procesul clientului. Ghidul Highleap privind finisajul suprafeței PCB poate fi utilizat pentru a discuta aceste compromisuri înainte de lansarea procesului de fabricație.

5. HDI, ansamblu BGA, căi termice ale amplificatorului de putere și ecranare

Celulele mici combină adesea procesoare dense, FPGA/SoC, transceivere RF, amplificatoare de putere, sincronizare, memorie și conversie de putere într-o carcasă restricționată. Highleap acceptă fabricarea de PCB-uri de înaltă frecvență/RF și HDI, aprovizionarea cu componente, asamblarea BGA/SMT, integrarea ecranării, inspecția AOI/cu raze X și testarea funcțională sau RF definită de client, unde sunt furnizate o metodă și limite documentate. PCB-ul trebuie să suporte atât densitatea de rutare, cât și eliminarea căldurii.

5.1 HDI poate menține scurte căile de mare viteză și cele RF

Microvia-urile, via-in-pad-urile, via-urile îngropate și structurile de construire secvențiale permit o evacuare BGA densă și reduc necesitatea unei rutări lungi de tip dog-bone. Aceste caracteristici ar trebui alese în funcție de pasul pachetului și de cerințele canalului. Fabricarea PCB-urilor HDI de la Highleap acceptă modele care necesită interconexiuni găurite cu laser și rutări compacte.

Amplificatoarele de putere 5.2 necesită o cale termică definită

Dispozitivele de alimentare RF pot utiliza plăcuțe termice expuse, structuri de tip monedă de cupru, rețele termice de fire de circuite integrate (via arrays), distribuitoare de căldură sau interfețe directe către o carcasă. Managementul termic al PCB-urilor RF și cu microunde trebuie definit împreună cu carcasa și calea mecanică de răcire. Cea mai eficientă metodă depinde de puterea disipată, capsulare, creșterea admisibilă a temperaturii și designul răcirii mecanice. Fabricația ar trebui să păstreze umplerea/capacul via array-urilor și structurile de cupru cerute de modelul termic.

5.3 Modificări ale ecranării în secvența de asamblare

Ramele de ecranare RF , capacele, absorbantele, plăcuțele termice și dispersoarele mecanice de căldură pot necesita o ordine de asamblare definită. Volumul de pastă pentru cadrul de ecranare, plăcuțele de împământare, coplanaritatea și accesul la reparații trebuie luate în considerare în timpul DFA. Procesul de asamblare BGA și SMT al Highleap poate încorpora acești pași mecanici și de lipire specifici proiectului.

6. Inspecție și testare: Ce poate verifica un producător de PCB înainte de calificarea RF a sistemului

Un plan de testare a fabricației ar trebui să verifice atributele pe care fabrica le poate controla și să le separe în mod clar de calificarea sistemului radio.

6.1 Comenzi Bare-Board

Verificările relevante pot include continuitatea/izolația electrică, inspecția dimensională, cupoanele cu impedanță controlată, analiza microsecției, verificarea plăcilor, inspecția măștii/finisajului de lipire și documentația materialului/lotului, atunci când este necesar. Cupoanele de testare RF pot fi, de asemenea, utilizate dacă clientul furnizează structura și metoda de măsurare.

6.2 Comenzi de asamblare

SPI, AOI și radiografia sunt selectate în funcție de riscul ambalajului. Razele X sunt utile în special pentru îmbinările BGA/LGA/QFN și ale plăcuțelor termice care nu pot fi văzute direct. Inspecția primului articol poate verifica identitatea componentelor, orientarea, amplasarea, componentele mecanice și ansamblul ecranului înainte de a continua producția lotului complet.

6.3 Poate un producător de PCB să efectueze certificarea produselor 5G?

Inspecția de rutină a fabricației și a asamblării nu constituie certificare 3GPP, a operatorului, a OTA sau a reglementărilor. O fabrică de PCBA poate efectua teste de pornire, programare, comunicare în rețea, verificări ale temporizării, I/O digitale și teste PCB RF definite de client atunci când sunt disponibile accesul la testare, echipamente calibrate, software, dispozitive de fixare și limite de acceptare/respingere. Conformitatea 3GPP, acceptarea operatorului, performanța antenei OTA și calificarea reglementară rămân activități separate la nivel de sistem.

7. Listă de verificare RFQ pentru PCB cu celule mici 5G pentru fabricație și PCBA la cheie

O cerere de ofertă completă din punct de vedere tehnic pentru celule mici ar trebui să includă:

• Date Gerber/ODB++, fișiere de găurire, desene de fabricație și constrângeri ale panourilor, dacă există
• Suprapunere completă cu laminat exact, grosimea prepreg/miezului, greutatea cuprului și cerințele profilului de cupru acolo unde este critic
• Contextul aplicației FR1/FR2, benzile de operare reale și identificarea straturilor/interfețelor critice pentru RF
• Ținte, toleranțe și cerințe de cupon pentru impedanță controlată
• Cerințe pentru forare din spate, via îngropată/oarbă, microvia, via-in-pad și umplere/acoperire
• Cerințe privind finisajul suprafeței și cuprul RF expus
• Lista de materiale cu componente RF, procesoare, dispozitive de alimentare, ceasuri, conectori și alternative aprobate
• Desene de asamblare și de tip „pick-and-place”, detalii despre ecran/radiator/interfață termică
• Programare, calibrare, testare funcțională și proceduri de testare RF
• Trasabilitatea materialelor, rapoartele de inspecție și cerințele de control al modificărilor pentru producție

Pentru hardware radio nou, un prototip controlat de PCB și o construcție pilot de PCBA ajută la corelarea materialului, a suprapunerii, a lansărilor RF, a designului termic și a asamblarii cu performanța măsurată a sistemului înainte de lansarea volumului. Highleap Electronics poate analiza datele de fabricație și poate oferi o ofertă privind fabricarea PCB-ului, aprovizionarea cu componente, asamblarea și domeniul de inspecție/testare definit de proiect. Pentru considerații legate de producția de plăci radio, consultați resursa noastră despre fabricarea PCB-urilor RF pentru dispozitive 5G.