Производство печатных плат для беспроводных точек доступа Wi-Fi и сетевого оборудования.

Плата беспроводной точки доступа объединяет в себе радиочастотные, высокоскоростные цифровые, преобразовательные и антенные структуры на компактной платформе. Современные точки доступа могут поддерживать диапазоны 2.4 ГГц и 5 ГГц, а продукты Wi-Fi 6E и Wi-Fi 7 могут также использовать спектр 6 ГГц там, где это разрешено нормативными актами. Это делает плату гораздо большим, чем просто «платой маршрутизатора»: геометрия радиочастотного сигнала, заземление, экранирование, зоны защиты антенн, схемы Ethernet/PoE, плотная трассировка памяти процессора и тепловая схема — все это взаимосвязано. Компания Highleap Electronics поддерживает производство беспроводных и радиочастотных печатных плат , высокоскоростное цифровое изготовление печатных плат и сборку «под ключ» для коммуникационного оборудования в соответствии с утвержденной заказчиком радиочастотной компоновкой, перечнем материалов и планом валидации.

1. Архитектура печатной платы беспроводной точки доступа: радиочастотная, цифровая, силовая и антенная области.

Типичная корпоративная или промышленная точка доступа может включать в себя хост-систему на кристалле (SoC), память DDR, флэш-память, радиомодули Wi-Fi, модули радиочастотного интерфейса, фильтры, диплексеры/триплексеры, усилители мощности, малошумящие усилители, радиочастотные переключатели, Ethernet PHY, вход питания PoE, преобразователь постоянного тока, антенны или антенные разъемы, экранирующие корпуса и тепловые интерфейсы.

1.1 Рассматривайте плату как несколько взаимосвязанных подсистем.

Для радиочастотной части необходимы короткие управляемые линии передачи и стабильное заземление. Для процессора и памяти требуется плотная высокоскоростная трассировка и чистое питание. В секции PoE/питания присутствует более высокий ток и коммутационные помехи. В области антенны необходимы механические зазоры и электромагнитные помехи. Удачная компоновка обеспечивает разделение этих функций без создания разрывов в местах их соединения.

1.2 Требуется ли для Wi-Fi 7 специальный материал печатной платы или структура слоев?

Нет. «Wi-Fi 6 PCB» или «Wi-Fi 7 PCB» не являются спецификацией ламината. Правильный материал и конструкция слоев зависят от длины трассы, бюджета радиочастотных потерь, реализации антенны, плотности выхода из корпуса, полосы пропускания канала и стоимости. В продукте, использующем Wi-Fi 7, может по-прежнему использоваться конструкция из FR-4 или с меньшими потерями в зависимости от фактических радиочастотных и высокоскоростных каналов; само по себе стандартное название не определяет ламинат.

1.3 Сертификация – это деятельность на уровне продукта.

Производитель печатных плат изготавливает плату в соответствии с утвержденным проектом, в то время как контроль производства радиочастотных печатных плат обеспечивает соблюдение утвержденных требований к геометрии, материалам, поверхности и сборке. Сертификация Wi-Fi Alliance, региональные разрешения на радиосвязь, требования к электромагнитной совместимости и безопасности применяются к готовому продукту и его встроенному программному обеспечению/радиочастотной конфигурации. Контроль производственного процесса обеспечивает повторяемость, но сам по себе не делает печатную плату «сертифицированной для Wi-Fi».

2. Схема радиочастотного тракта 2.4 ГГц, 5 ГГц и 6 ГГц: что необходимо сохранить в производстве.

С повышением частоты небольшие изменения геометрии приобретают большее значение. Ширина дорожки, толщина диэлектрика, шероховатость меди, форма выводов разъема, состояние защитной пленки, геометрия контактных площадок компонентов и расположение заземляющих переходных отверстий — все это может влиять на радиочастотные характеристики.

2.1 Для управляемых радиочастотных линий передачи требуется утвержденная схема размещения элементов.

Микрополосковые, заземленные копланарные волноводы или полосковые структуры следует изготавливать с учетом фактической структуры слоев платы. В проектной документации должны быть указаны целевое импеданс и критически важные ВЧ-слои. Затем производитель может рассчитать геометрию изготовления для выбранного ламината и толщины медного слоя.

Перед изготовлением тестовых образцов для ВЧ-проверки необходимо зафиксировать документированную структуру печатной платы . Изменение толщины препрега или типа материала после настройки может привести к изменению импеданса и потерь на входе.

2.2 Шероховатость меди и соотношение Dk/Df имеют большее значение на более длинных и высокочастотных путях.

Шероховатость поверхности проводника способствует радиочастотным потерям по мере усиления скин-эффекта. Диэлектрические потери и стабильность диэлектрической проницаемости также влияют на характеристики. Точная значимость зависит от длины пути и частоты, поэтому выбор материала должен быть связан с измеримыми требованиями к вносимым потерям и фазе, а не с общим требованием «низких потерь».

2.3 Паяльная маска может быть частью ВЧ-структуры

На некоторых ВЧ-дорожках защитная маска намеренно удалена; на других она является частью смоделированной геометрии. Производитель должен следовать утвержденным чертежам и не закрывать или не покрывать ВЧ-линии по умолчанию. То же самое относится к участкам с медными проводниками или балансировочным схемам вблизи ВЧ-трактов — в этих областях должны соблюдаться определенные запретные зоны.

3. MIMO-антенны, фидерные сети, заземление и механические средства защиты.

Точки доступа MIMO могут использовать несколько внутренних антенн на печатной плате, гибкие антенны, штампованные металлические антенны или внешние антенны через коаксиальные разъемы. Особенности производства печатных плат могут существенно различаться.

3.1 Может ли завод-изготовитель печатных плат изменять геометрию антенны в процессе проектирования для производства (DFM)?

Нет — без одобрения инженера-радиочастотника это невозможно. Если антенна вытравлена ​​на печатной плате, её геометрия, толщина меди, близлежащая земля, состояние защитной пленки, край платы, материал корпуса и близлежащие металлические детали становятся частью антенной системы. Завод не должен изменять контур антенны, добавлять балансировку меди или изменять край платы во время проектирования с учётом технологичности производства (DFM) просто для упрощения изготовления. В нашем ресурсе по проектированию антенн на печатных платах объясняется, почему эти медные и механические детали имеют важное электрическое значение.

3.2. Антенные питающие и согласующие цепи требуют контролируемой сборки.

Подходящие компоненты могут быть очень маленькими и могут быть настроены в процессе инженерной проверки. Изменения в спецификации материалов после настройки должны строго контролироваться. Ориентация компонента, размер контактной площадки, объем припоя и точность размещения — все это влияет на повторяемость, особенно в высокочастотных согласующих сетях.

3.3. Наземные ограждения являются функциональными элементами.

Защитные перегородки вокруг радиочастотных трактов, границ экранирования или выводов разъемов помогают контролировать обратный ток и электромагнитную связь. Их не следует удалять как «избыточные перегородки» в процессе снижения стоимости. Если шаг или размер сверления перегородок создают проблемы с технологичностью, изменение должно быть одобрено разработчиком радиочастотного оборудования.

4. Высокоскоростные цифровые интерфейсы, восходящий Ethernet-канал и питание PoE на одной печатной плате.

Точка доступа одновременно является радиоустройством и сетевой вычислительной платформой. На ее печатной плате могут размещаться модули DDR, PCIe или другие высокоскоростные внутренние интерфейсы, восходящий канал Ethernet, интерфейсы USB/сервисные интерфейсы, а также один или несколько импульсных преобразователей питания.

4.1 Цифровые и радиочастотные обратные каналы следует планировать совместно.

Плотная цифровая трассировка не должна приводить к необходимости прохождения радиочастотных линий через разрывы опорного сигнала или зоны ограничения доступа антенн. Аналогично, зоны ограничения доступа радиочастот не должны прерывать критически важные высокоскоростные обратные пути без запланированного перехода. Поэтому планирование стекирования перед трассировкой имеет важное значение.

4.2 Восходящий канал Ethernet может стать источником тепловых и энергетических ограничений.

Многие корпоративные точки доступа получают питание по технологии PoE. В таких конструкциях порт Ethernet также передает основной вход питания устройства. Плата должна сохранять характеристики PoE-интерфейса, магнитных компонентов, защиты и цепи питания DC/DC, одновременно предотвращая проникновение коммутационных помех в чувствительные радиочастотные и тактовые секции. Принципы проектирования частично совпадают с принципами производства высокоскоростных печатных плат и плат питания, но требования к защите от радиочастотных помех и экранированию делают плату WAP уникальной.

4.3 Развязка и распределение мощности влияют на радиочастотные характеристики

Усилители мощности, радиочастотные входные каскады, системы на кристалле и память могут потреблять динамический ток. Локальная развязка и низкоимпедансные силовые плоскости уменьшают модуляцию напряжения питания. Производитель должен соблюдать требования к расположению элементов в виде переходных отверстий, формы плоскостей и критически важных для размещения конденсаторов, указанных в проекте.

5. HDI, выбор материалов, экранирование и тепловая конструкция для компактных точек доступа.

Современные точки доступа часто требуют тонкого корпуса, нескольких антенн, больших BGA-чипов, экранирующих корпусов и значительной вычислительной/радиочастотной мощности в ограниченном пространстве.

5.1 Используйте HDI, когда он решает проблемы плотности утечки или форм-фактора.

Лазерные микропереходы, скрытые переходные отверстия, многослойные/смещенные микропереходы и переходные отверстия в контактных площадках могут помочь избежать использования BGA-компонентов с малым шагом выводов и сократить длину трасс для радиочастотных/цифровых цепей. Эти структуры усложняют последовательное ламинирование и гальваническое покрытие, поэтому их выбор должен определяться плотностью трассировки. Производственные возможности Highleap в области HDI PCB позволяют создавать плотные коммуникационные платы, где традиционная трассировка через отверстия недостаточна.

5.2 Экранирующие корпуса для радиочастотных устройств создают требования как к электропитанию, так и к сборке.

Для экранирования радиочастотных компонентов необходимы сплошное заземление, паяемые контактные площадки, достаточный объем пасты и механический зазор. Съемные крышки и цельные экраны имеют различное поведение при доработке и тепловом воздействии. Высоту компонентов под экраном необходимо проверять по сравнению с механическим пакетом.

5.3. Тепловые пути должны быть предусмотрены в печатной плате.

Системы на кристалле (SoC), усилители мощности и регуляторы могут создавать концентрированное тепло. Для этого могут использоваться медьсодержащие материалы, тепловые переходные отверстия, пайка открытых контактных площадок, радиаторные интерфейсы, тепловые площадки на корпусе или специальные теплоотводы. Производитель печатных плат может изготовить заданную структуру медных/переходных отверстий, но для проверки температуры перехода требуется тестирование собранного изделия. Для получения информации о вариантах, ориентированных на производство, см. наш ресурс по печатным платам с тепловым регулированием .

6. Сборка печатной платы беспроводной точки доступа и проверка на соответствие требованиям радиочастотной совместимости.

Сборка радиочастотных компонентов требует обычного контроля качества, а также дополнительного внимания к компонентам, чувствительным к размещению, и скрытым соединениям. Компания Highleap оказывает услуги по изготовлению печатных плат для радиочастотных/высокочастотных систем, поиску компонентов, сборке SMT/THT, интеграции экранированных корпусов, AOI и рентгеновскому контролю; радиочастотное или функциональное тестирование выполняется по запросу заказчика с указанием метода и ограничений.

6.1 Для небольших радиочастотных компонентов необходимы стабильная паста и надежная установка.

Согласующие цепи, фильтры, разветвители и ВЧ-переключатели могут использовать очень маленькие корпуса. Конструкция трафарета, поддержка печатной платы, точность размещения и контроль оплавления влияют на объем припоя и положение компонентов. Избыток припоя может изменить геометрию вокруг ВЧ-компонентов, даже если соединение электрически обеспечено.

6.2 Рентгеновское излучение дополняет метод AOI для устройств со скрытыми суставами

Крупные системы на кристалле (SoC), чипсеты Wi-Fi, устройства DDR и силовые компоненты могут использовать корпуса BGA, LGA или QFN. Автоматический оптический контроль (AOI) полезен для визуального контроля соединений и размещения компонентов, но рентгеновский контроль необходим, когда нужно оценить скрытые паяные соединения. Процесс поверхностного монтажа (SMT) компании Highleap позволяет комбинировать AOI с рентгеновским контролем в зависимости от типа корпуса и плана контроля качества.

6.3 Может ли производитель печатных плат сертифицировать радиочастотные характеристики Wi-Fi?

Стандартная проверка печатных плат и сборок печатных плат не гарантирует соответствие готовой точки доступа требованиям Wi-Fi Alliance, нормативным требованиям или требованиям к характеристикам антенны. Завод по сборке печатных плат может проводить тестирование печатных плат на целостность цепи, включение питания, программирование, проверку Ethernet-соединения, функциональное тестирование или тестирование радиочастотных характеристик по заказу клиента , если имеются соответствующие приспособления, калиброванное оборудование и ограничения. Калиброванные испытания на радиочастотные характеристики, измерения антенны по беспроводной сети, нормативное тестирование и сертификация Wi-Fi требуют соответствующего испытательного оборудования и процедур. Их следует определять отдельно от стандартной проверки сборки.

7. Запрос коммерческого предложения и комплект для тестирования при производстве печатных плат для беспроводных точек доступа.

Для точного расчета стоимости платы беспроводной точки доступа необходимо предоставить как электрическую, так и производственную информацию:

• Данные Gerber/ODB++, файлы сверления, чертеж изготовления и схема печатной платы.
• Утвержденная схема укладки слоев и точное указание материалов или принятые эквивалентные критерии.
• Целевые значения импеданса радиочастотных линий передачи и критически важные зоны радиочастотной защиты.
• Чертежи антенн, допуски по краям платы и механические ограничения, в которых печатная плата влияет на характеристики антенны.
• Спецификация компонентов с указанием точных характеристик радиочастотных компонентов, фильтров, полевых модулей, разъемов, магнитных элементов и утвержденных альтернативных правил.
• Данные для установки компонентов, сборочный чертеж, детали корпуса защитного кожуха и требования к тепловому интерфейсу.
• Для функционального тестирования необходимы программные файлы и конфигурация продукта.
• Требования к PoE, если точка доступа питается через Ethernet.
• Процедуры тестирования радиочастот, Ethernet, питания и функциональности с критериями "пройдено/не пройдено"
• Объемы производства прототипов и серийного производства, а также требования к отслеживаемости/упаковке.

Этап создания прототипа печатной платы и сборки печатной платы особенно важен для точек доступа, поскольку настройка антенны, конструкция экрана, тепловые интерфейсы, материал корпуса и программное обеспечение — все это влияет на измеряемые радиочастотные характеристики. Компания Highleap Electronics может оказать поддержку на этапе производства, начиная с изготовления печатной платы и заканчивая поиском компонентов и сборкой на основе окончательных проектных данных.