Производство печатных плат для малых сот 5G для радиочастотной и телекоммуникационной инфраструктуры.

Печатная плата для малогабаритной соты 5G может означать совершенно разное оборудование в зависимости от того, является ли продукт интегрированной малогабаритной сотой, радиомодулем в дезагрегированной архитектуре, внутренним корпоративным узлом или другой компактной реализацией RAN. В справочных материалах Small Cell Forum явно признаются различные архитектуры и типы продуктов для малогабаритных сот 5G, поэтому универсальной «структуры печатных плат 5G» не существует. План производства должен соответствовать фактическому диапазону частот 3GPP NR, архитектуре радиочастотного тракта, разделению базовой полосы/физического уровня, уровню мощности, реализации антенны, корпусу и методу охлаждения. Компания Highleap Electronics поддерживает производство печатных плат для связи 5G , изготовление многослойных плат с низкими потерями, структуры HDI и сборку «под ключ» для телекоммуникационного оборудования, созданного в соответствии с утвержденными заказчиком данными радиочастотного и цифрового проектирования.

1. Требования к печатной плате для малых сот 5G зависят от радиоархитектуры.

В малогабаритной сотовой сети 5G в одном корпусе могут быть объединены обработка базовой полосы, радиофункции, радиочастотный интерфейс, синхронизация, преобразование энергии, сетевые интерфейсы и антенны. В других конструкциях функции разделены между радиочастотной и цифровой платами. В работах Small Cell Forum, посвященных 5G, также описываются интегрированные и дезагрегированные конфигурации продуктов, поэтому поставщик печатных плат должен уточнить, для чего именно предназначена плата, прежде чем предлагать материалы или технологические процессы.

1.1 Радиоплата и цифровая плата могут иметь разные оптимальные конструкции.

На радиоплате приоритет отдается потерям ВЧ-сигнала, фазовой стабильности, изоляции, теплоотводу и переходам между разъемами и антеннами. На цифровой плате приоритет может отдаваться высокоскоростным SerDes, памяти DDR, трассировке выходных каналов процессора, целостности питания и плотной сборке BGA. В некоторых изделиях оба компонента объединены на одной печатной плате из смешанных материалов; в других используются отдельные платы, соединенные высокоскоростными интерфейсами.

1.2 Не используйте «5G» в качестве спецификации материала.

Термин 5G ничего не говорит о точных значениях Dk, Df, профиле медного кабеля, количестве слоев или технологии переходных отверстий. Эти параметры зависят от рабочих диапазонов, длины трасс, запаса по модуляции/вектору ошибок, архитектуры разъема и цифровых интерфейсов. В одной конструкции ламинат с меньшими потерями может быть необходим, а в другой — не нужен.

1.3. Квалификация продукции шире, чем просто квалификация для производства печатных плат.

Для готовой малогабаритной соты могут потребоваться работы по обеспечению соответствия стандартам радиосвязи 3GPP, квалификация операторов, электромагнитная совместимость, безопасность, защита окружающей среды и региональные разрешения. Изготовление печатных плат и тестирование сборок печатных плат обеспечивают повторяемость результатов, но не заменяют эти программы на системном уровне.

2. Платы FR1 и FR2 для малоячеечных устройств: разные приоритеты в производстве.

Спецификации 3GPP NR различают режимы работы FR1 и FR2; более новые спецификации дополнительно различают FR2-1 и FR2-2. Для производства печатных плат полезными исходными данными являются фактический рабочий диапазон, радиочастотная архитектура, критически важные интерфейсы и требования к каналам, а не общая маркировка «5G» или «FR2». Поэтому для малогабаритных сотовых устройств могут потребоваться совершенно разные конструкции печатных плат в зависимости от реализации радиосвязи.

2.1 Малые ячейки FR1 часто сочетают в себе радиочастотные и высокоскоростные цифровые технологии на многослойных печатных платах.

В конструкциях FR1 можно использовать традиционные структуры передачи на печатных платах на практически приемлемых расстояниях, однако потери, импеданс, изоляция и тепловые характеристики усилителя мощности остаются важными. Низкопотерные углеводородно-керамические или передовые высокоскоростные ламинаты могут использоваться там, где этого требуют ограничения по мощности радиочастотного или цифрового канала.

2.2 Является ли каждая малая сотовая станция 5G платой миллиметрового диапазона?

Нет. Многие 5G-продукты для малых сот работают на платах FR1 и не являются платами миллиметрового диапазона. Конструкции FR2 работают на миллиметровых частотах, где потери в межсоединениях и чувствительность к переходу могут стать гораздо более важными. В некоторых архитектурах длина радиочастотного тракта на печатной плате минимизируется за счет интеграции антенн и фронтальной электроники в модули; там, где основная печатная плата по-прежнему содержит структуры миллиметрового диапазона, требуется более жесткий контроль над допусками материала, шероховатостью меди, совмещением, качеством поверхности и геометрией запуска.

2.3 Производителю необходимы фактические данные о диапазоне частот и критически важных сетях.

Запрос коммерческого предложения, содержащий только запрос на «плату 5G», недостаточен. Как минимум, необходимо указать, какие слои и интерфейсы критически важны для радиочастотных характеристик, соответствующие структуры импеданса, целевые материалы, допустимые замены, а также любые требования к образцам или испытаниям. Это позволит производителю сосредоточить контроль технологического процесса на структурах, определяющих производительность.

3. Малопотерные и гибридные многослойные печатные платы для обработки радиочастотных сигналов и цифровой обработки.

Для оборудования малых сот часто требуются как радиочастотные характеристики, так и экономичная многослойная трассировка. Гибридная структура позволяет размещать радиочастотный материал с низкими потерями только там, где это приносит пользу, а материалы семейства FR-4 или высокоскоростные цифровые материалы использовать в других местах, однако проектирование ламинирования смешанными материалами должно быть тщательно продумано.

3.1 Нужна ли плата Rogers или PTFE для каждой малогабаритной сотовой сети 5G?

Нет. Для печатной платы малогабаритной ячейки 5G не обязательно использовать материалы типа Rogers, PTFE или какой-либо другой семейство ламинатов. Выбор материала должен соответствовать рабочему диапазону, допустимым потерям на входе, длине радиочастотного тракта, требованиям к цифровым каналам, потребностям в тепловом режиме/надежности, стоимости и общей архитектуре. Гибридная структура из радиочастотного материала и FR-4 может быть полезна, когда использование материалов с низкими потерями оправдано только на отдельных слоях, но при использовании смешанных материалов необходимо учитывать совместимость толщины диэлектрика, особенности отверждения, стабильность размеров и конструкцию соединения.

Компания Highleap работает с радиочастотными и низкопотерными материалами, используемыми в телекоммуникационной продукции, включая типы, описанные в наших ресурсах по выбору радиочастотных материалов для печатных плат . Окончательный выбор материала и любые утвержденные эквивалентные критерии должны быть связаны с требованиями заказчика к электрическим характеристикам и надежности.

3.2 Dk не является единым универсальным числом

В технических характеристиках ламинатов могут быть указаны разные значения диэлектрической проницаемости (Dk) в зависимости от метода и частоты испытаний. Разработчикам следует использовать значение, соответствующее их полевому решателю и модели материала, а затем сопоставлять изготовленные образцы или тестовые структуры по мере необходимости. Завод по производству печатных плат не должен заменять ламинат только потому, что в двух технических характеристиках указано схожее значение Dk.

3.3 Профиль медного провода может влиять на потери

Использование меди с меньшим профилем может снизить потери в проводнике на высокочастотных путях, но выбранная медная фольга также влияет на адгезию, особенности изготовления и доступность. Если профиль меди имеет важное электрическое значение, укажите его в описании структуры или материала, а не предполагайте, что все медные фольги эквивалентны.

4. Радиочастотные выводы, переходные отверстия, опорные плоскости и эффекты поверхности меди.

Наиболее слабым местом в ВЧ-диапазоне часто является переход, а не длинная прямая линия. Разъемы, переходные отверстия, смена слоев, контактные площадки компонентов, входы фильтров и переходы в ВЧ-модули вносят разрывы.

4.1 Переходы требуют проектирования обратного пути

Сигнальные переходные отверстия следует рассматривать вместе с расположенными рядом заземляющими переходными отверстиями, геометрией антиконтактных площадок, изменениями опорной плоскости и длиной неиспользуемого шлейфа. В нашем руководстве по проектированию переходных отверстий для ВЧ-печатных плат рассматриваются производственные переменные, влияющие на эти переходы. Сверление с обратной стороны или глухие переходные отверстия могут уменьшить влияние шлейфов, если модель канала показывает, что такое улучшение необходимо. Для производства требования к контролируемой глубине должны быть четко указаны в таблице сверления.

4.2 Запуск коннекторов следует заморозить вместе с формированием стека.

Для коаксиальных или межплатных радиочастотных разъемов рекомендуется использовать контактные площадки, однако оптимальная конфигурация выводов на печатной плате также зависит от толщины диэлектрика и эталонной геометрии. Модификации контактных площадок/антиконтактов во время CAM-обработки могут изменить коэффициент отражения. Критические точки выводов следует помечать как области, не требующие модификации, если только инженерный отдел не одобрит изменение.

4.3 Качество обработки поверхности является частью компромисса между радиочастотными характеристиками и качеством сборки.

Покрытие ENIG, иммерсионное серебрение, OSP и другие виды отделки имеют различные последствия для сборки, хранения, плоскостности, контактов и радиочастотных характеристик. Оптимальный выбор зависит от открытой радиочастотной структуры, требований к контактам разъема, сборки с малым шагом контактов, срока хранения и технологического процесса заказчика. Руководство Highleap по отделке поверхности печатных плат может быть использовано для обсуждения этих компромиссов перед началом производства.

5. HDI, сборка BGA, тепловые пути усилителя мощности и экранирование

В компактном корпусе малые ячейки часто объединяют в себе плотно расположенные процессоры, ПЛИС/SoC, радиочастотные приемопередатчики, усилители мощности, тактовые генераторы, память и преобразователи питания. Компания Highleap поддерживает изготовление печатных плат для высокочастотных/радиочастотных и HDI-процессоров, поиск компонентов, сборку BGA/SMT, интеграцию экранирования, AOI/рентгеновский контроль и функциональное или радиочастотное тестирование по заказу клиента, если предоставлены документированный метод и ограничения. Печатная плата должна обеспечивать как высокую плотность трассировки, так и отвод тепла.

5.1 HDI позволяет сократить длину высокоскоростных и радиочастотных трактов.

Микропереходы, переходные отверстия в контактных площадках, скрытые переходные отверстия и структуры с последовательным построением обеспечивают плотный вывод BGA-компонентов и уменьшают необходимость в длинной трассировке в форме «собачьей кости». Выбор этих элементов должен зависеть от шага выводов корпуса и требований к каналам. Технология изготовления печатных плат HDI от Highleap поддерживает проекты, требующие лазерной сверловки межсоединений и компактной трассировки.

5.2 Усилителям мощности необходим определенный путь отвода тепла.

В силовых ВЧ-устройствах могут использоваться открытые теплоотводящие площадки, медные контактные структуры, массивы тепловых переходных отверстий, теплораспределители или прямые интерфейсы с корпусом. Управление тепловым режимом ВЧ- и СВЧ-плат должно определяться совместно с корпусом и путем механического охлаждения. Наиболее эффективный метод зависит от рассеиваемой мощности, типа корпуса, допустимого повышения температуры и конструкции механического охлаждения. При производстве следует сохранять заполнение/закрытие переходных отверстий и медные структуры, требуемые тепловой моделью.

5.3 Последовательность сборки при изменении экранирования

Для экранирования радиочастотных компонентов, таких как рамы, крышки, поглотители, теплоотводящие прокладки и механические теплоотводы, может потребоваться определенная последовательность сборки. Объем пасты для экранирующих рам, площадки заземления, соосность и доступ для ремонта следует учитывать на этапе проектирования. Процесс сборки BGA и SMT от Highleap может включать эти специфические для проекта механические и паяльные этапы.

6. Проверка и тестирование: что может проверить производитель печатных плат перед сертификацией радиочастотной системы.

План производственных испытаний должен проверять параметры, которые завод может контролировать, и четко отделять их от квалификации радиосистемы.

6.1 Элементы управления на плате

В число соответствующих проверок могут входить проверка электрической целостности/изоляции, контроль размеров, использование контрольных образцов с контролируемым импедансом, микроанализ, проверка покрытия, проверка защитной пленки/покрытия и, при необходимости, документация по материалам/партиям. Также могут использоваться образцы для ВЧ-тестирования, если заказчик предоставляет информацию о конструкции и методе измерения.

6.2 Контроль сборки

Выбор методов SPI, AOI и рентгеновского контроля зависит от степени риска повреждения корпуса. Рентгеновский контроль особенно полезен для BGA/LGA/QFN и тепловых соединений, которые невозможно увидеть напрямую. Первичный контроль образца позволяет проверить идентичность компонентов, их ориентацию, размещение, механическую часть и экранирование до начала обработки всей партии.

6.3 Может ли производитель печатных плат проводить сертификацию продукции 5G?

Стандартная проверка изготовления и сборки не является сертификацией 3GPP, операторской сертификацией, сертификацией OTA или сертификацией регулирующих органов. Завод по производству печатных плат может выполнять включение питания, программирование, сетевую связь, проверку синхронизации, цифровой ввод/вывод и тестирование радиочастотных характеристик печатной платы по заданным заказчиком параметрам при наличии доступа к тестированию, калиброванного оборудования, программного обеспечения, приспособлений и пределов прохождения/непрохождения. Соответствие требованиям 3GPP, приемка оператором, характеристики антенны OTA и квалификация регулирующими органами остаются отдельными видами деятельности на системном уровне.

7. Контрольный список для запроса коммерческого предложения на изготовление печатных плат для малых сот 5G и производство печатных плат «под ключ».

Технически полный запрос предложений для малых сот должен включать в себя:

• Данные Gerber/ODB++, файлы сверления, чертеж для изготовления и ограничения панели (если таковые имеются).
• Полная схема сборки с указанием точных требований к ламинату, толщине препрега/сердечника, весу меди и профилю меди там, где это критически важно.
• Контекст применения FR1/FR2, фактические рабочие диапазоны и идентификация критически важных для радиочастот уровней/интерфейсов.
• Целевые значения, допуски и требования к образцам для измерения контролируемого импеданса.
• Требования к сверлению с обратной стороны, глухим/заглубленным сквозным отверстиям, микроотверстиям, сквозным отверстиям в контактной площадке и заполнению/закрытию.
• Требования к качеству поверхности и открытой ВЧ-медной пленке
• Спецификация компонентов (BOM) с указанием радиочастотных компонентов, процессоров, силовых устройств, тактовых генераторов, разъемов и утвержденных альтернативных вариантов.
• Чертежи для установки компонентов и сборки, детали защитного экрана/радиатора/теплового интерфейса.
• Процедуры программирования, калибровки, функционального тестирования и тестирования радиочастотного оборудования.
• Отслеживаемость материалов, отчеты об инспекции и требования к управлению изменениями в производстве.

Для нового радиооборудования контролируемое изготовление прототипа печатной платы и пилотной сборки печатной платы помогает сопоставить материалы, структуру слоев, радиочастотные характеристики, тепловую схему и сборку с измеренными характеристиками системы до начала серийного производства. Компания Highleap Electronics может проанализировать данные о производстве и предоставить смету на изготовление печатных плат, закупку компонентов, сборку и определенный проектом объем проверок/тестирования. Для получения дополнительной информации о производстве радиоплат см. наш ресурс по производству радиочастотных печатных плат для устройств 5G.