Виробництво друкованих плат малих комірок 5G для радіочастотної та телекомунікаційної інфраструктури

Друкована плата малої комірки 5G може означати дуже різне обладнання залежно від того, чи є продукт інтегрованою малою коміркою, радіоблоком у рамках дезагрегованої архітектури, внутрішнім вузлом підприємства чи іншою компактною реалізацією RAN. Довідкові матеріали Small Cell Forum чітко розпізнають кілька архітектур малих комірок 5G та типів продуктів, тому не існує універсального «стекування друкованих плат 5G». План виробництва повинен відповідати фактичному діапазону частот 3GPP NR, архітектурі переднього радіочастотного інтерфейсу, розділу базової смуги/PHY, рівню потужності, реалізації антени, корпусу та методу охолодження. Highleap Electronics підтримує виробництво друкованих плат зв'язку 5G , багатошарове виготовлення з низькими втратами, структури HDI та складання «під ключ» для телекомунікаційного обладнання, побудованого за затвердженими замовником радіочастотними та цифровими проектними даними.

1. Вимоги до друкованої плати 5G для малих комірок залежать від архітектури радіозв'язку

Мала комірка 5G може інтегрувати обробку базової смуги, радіофункції, радіочастотний інтерфейс, синхронізацію, перетворення потужності, мережеві інтерфейси та антени в одному корпусі. Інші конструкції розділяють функції радіо- та цифрових плат. Робота Small Cell Forum щодо 5G також описує інтегровані та дезагреговані конфігурації продукту, тому постачальник друкованих плат повинен запитати, що насправді робить плата, перш ніж пропонувати матеріали чи процеси.

1.1 Радіоплата та цифрова плата можуть мати різні оптимальні конструкції

Радіоплата надає пріоритет втратам радіочастотних сигналів, фазовій узгодженості, ізоляції, терморегуляції та переходам між роз'ємами/антенами. Цифрова плата може надавати пріоритет високошвидкісним SerDes, пам'яті DDR, маршрутизації виходу процесора, цілісності живлення та щільній збірці BGA. Деякі продукти поєднують обидва типи на одній друкованій платі зі змішаних матеріалів; інші використовують окремі плати, з'єднані через високошвидкісні інтерфейси.

1.2 Не використовуйте «5G» як специфікацію матеріалу

Термін 5G нічого не говорить про точні значення Dk, Df, профіль міді, кількість шарів або необхідну технологію переходів. Вони залежать від робочих діапазонів, довжини маршрутів, бюджету модуляції/запасу вектора помилок, архітектури роз'єму та цифрових інтерфейсів. Ламінат з меншими втратами може бути необхідним в одній конструкції та непотрібним в іншій.

1.3 Кваліфікація продукту ширша, ніж виробництво друкованих плат

Готова мала комірка може потребувати перевірки відповідності радіостанцій стандартам 3GPP, кваліфікації оператора, допусків до електромагнітної сумісності, безпеки, екологічних та регіональних дозволів. Виготовлення друкованих плат та тестування друкованих плат забезпечують повторюваність, але не замінюють ці програми на системному рівні.

2. Плати з малими елементами FR1 та FR2: різні пріоритети виробництва

Специфікації 3GPP NR розрізняють роботу FR1 та FR2; новіші специфікації додатково розрізняють FR2-1 та FR2-2. Для виробництва друкованих плат корисними вхідними даними є фактичний робочий діапазон, радіочастотна архітектура, критичні інтерфейси та вимоги до каналу, а не загальне маркування «5G» або «FR2». Тому продукт з малими комірками може вимагати дуже різних конструкцій плат залежно від реалізації радіо.

2.1 Маленькі комірки FR1 часто поєднують радіочастотні та високошвидкісні цифрові сигнали на багатошарових друкованих платах

Конструкції FR1 можуть використовувати звичайні структури передачі даних на друкованих платах на практичних відстанях, але втрати, імпеданс, ізоляція та теплові характеристики підсилювача потужності залишаються важливими. Сімейства вуглеводневих/керамічних матеріалів з низькими втратами або вдосконалені високошвидкісні ламінати можуть використовуватися там, де цього вимагає бюджет радіочастотного або цифрового каналу.

2.2 Чи кожна мала комірка 5G є друкованою платою мм-хвильового діапазону?

Ні. Багато 5G-продуктів з малими комірками працюють у FR1 і не є платами міліметрового діапазону. Конструкції FR2 працюють на міліметрових хвилях, де втрати на міжз'єднаннях та чутливість до переходів можуть стати набагато важливішими. Деякі архітектури мінімізують довжину радіочастотного шляху друкованої плати шляхом інтеграції антен та інтерфейсної електроніки в модулі; там, де основна друкована плата все ще містить структури міліметрових хвиль, допуск матеріалу, шорсткість міді, реєстрація, обробка поверхні та геометрія запуску вимагають більш жорсткого контролю.

2.3 Виробнику потрібні фактичні смуги та критичні мережі

Запит цінових пропозицій, у якому зазначено лише «плата 5G», недостатньо. Як мінімум, визначте, які шари та інтерфейси є критичними для радіочастот, відповідні структури імпедансу, цільові матеріали, прийнятні заміни та будь-які вимоги до купонів або випробувань. Це дозволяє виробнику зосередити управління процесом на структурах, які впливають на продуктивність.

3. Гібридні стеки друкованих плат з низькими втратами для радіочастотних сигналів та цифрової обробки

Апаратне забезпечення малих комірок часто потребує як радіочастотної продуктивності, так і економічно ефективної багатошарової траси. Гібридне стекування може розміщувати радіочастотний матеріал з низькими втратами лише там, де він забезпечує цінність, тоді як в інших місцях використовуються матеріали сімейства FR-4 або високошвидкісні цифрові матеріали, але ламінування зі змішаних матеріалів має бути ретельно спроектовано.

3.1 Чи потрібна кожна друкована плата 5G для малих комірок Rogers чи PTFE?

Ні. Для друкованої плати 5G з малими комірками не потрібно автоматично використовувати Rogers, PTFE або будь-яке окреме сімейство ламінату. Вибір матеріалу повинен відповідати робочому діапазону, бюджету вставних втрат, довжині радіочастотного тракту, вимогам до цифрового каналу, потребам у тепловому та надійному захисті, вартості та загальній архітектурі. Гібридне стекування RF/FR-4 може бути корисним, коли використання матеріалу з низькими втратами виправдане лише на вибраних шарах, але ламінування зі змішаних матеріалів має бути перевірене на сумісність товщини діелектрика, поведінки затвердіння, стабільності розмірів та конструкції з'єднання.

Highleap працює з радіочастотними матеріалами та матеріалами з низькими втратами, що використовуються в телекомунікаційних продуктах, включаючи типи, описані в наших ресурсах з вибору матеріалів для радіочастотних друкованих плат . Остаточний вибір матеріалу та будь-які затверджені еквівалентні критерії повинні залишатися пов'язаними з вимогами замовника до електричних та надійних матеріалів.

3.2 Dk не є єдиним універсальним числом

У специфікаціях ламінату можуть бути вказані різні значення Dk залежно від методу випробувань та частоти. Розробники повинні використовувати значення, що відповідає їхньому польовому розв'язувачу та моделі матеріалу, а потім за потреби співвідносити виготовлені купони або тестові структури. Виробник друкованих плат не повинен замінювати ламінат лише тому, що два специфікації показують схоже значення Dk.

3.3 Мідний профіль може впливати на втрати

Мідь з меншим профілем може зменшити втрати в провідниках на високочастотних шляхах, але обрана мідна фольга також впливає на адгезію, виробничі характеристики та доступність. Якщо профіль міді є електрично важливим, вкажіть це у списку складених елементів або матеріалів, замість того, щоб вважати, що всі мідні фольги еквівалентні.

4. Запуски радіочастотних сигналів, переходи через віа, опорні площини та ефекти мідної поверхні

Найслабшою точкою радіочастотного сигналу часто є перехід, а не довга пряма траєкторія. Роз'єми, переходні отвори, зміни шарів, контактні площадки компонентів, запуски фільтрів та переходи в радіочастотні модулі створюють розриви.

4.1 Переходи через канали потребують проектування зворотного шляху

Сигнальний перехід слід розглядати разом із сусідніми заземлювальними перехідними отворами, геометрією антиконтактних майданчиків, змінами опорної площини та невикористаною довжиною шлейфу. Наш посібник з проектування радіочастотних перехідних отворів для друкованих плат охоплює виробничі змінні, що стоять за цими переходами. Зворотне свердління або глухі перехідні отвори можуть зменшити ефекти шлейфу, коли модель каналу показує, що необхідне покращення. Для виробництва вимоги до контрольованої глибини повинні бути чітко зазначені в таблиці свердління.

4.2 Запуски конекторів слід заморозити разом із Stackup

Коаксіальні або міжплатні ВЧ-роз'єми мають рекомендовані схеми підключення, але оптимальне підключення друкованої плати також залежить від товщини діелектрика та геометрії еталонного сигналу. Модифікації контактних площадок/антиконтактних площадок під час CAM можуть змінити втрати відбиття. Критичні підключення слід позначати як зони, де модифікації заборонені, якщо інженер не схвалить зміни.

4.3 Оздоблення поверхні є частиною компромісу між радіочастотними та монтажними характеристиками

Покриття ENIG, іммерсійне срібло, OSP та інші види покриття мають різні наслідки для складання, зберігання, планарності, контакту та радіочастотних випромінювань. Найкращий вибір залежить від відкритої радіочастотної структури, вимог до контактів роз'єму, дрібного кроку складання, терміну придатності та процесу, обраного замовником. Посібник з обробки поверхні друкованих плат Highleap можна використовувати для обговорення цих компромісів перед випуском у виробництво.

5. HDI, BGA-збірка, теплові тракти підсилювача потужності та екранування

Малі комірки часто поєднують щільні процесори, FPGA/SoC, радіочастотні приймачі, підсилювачі потужності, тактування, пам'ять та перетворення енергії в обмеженому корпусі. Highleap підтримує виготовлення високочастотних/РЧ та HDI друкованих плат, постачання компонентів, складання BGA/SMT, інтеграцію екранування, AOI/рентгенівський контроль та функціональні або РЧ-тестування, визначені замовником, де надається документований метод та обмеження. Друкована плата повинна підтримувати як щільність трасування, так і відведення тепла.

5.1 HDI може скоротити високошвидкісні та радіочастотні шляхи

Мікроперехідні отвори, перехідні отвори в контактній площадкі, закопані перехідні отвори та послідовні структури нарощування дозволяють щільно розміщувати BGA та зменшують потребу в довгій трасі типу "dogbone". Ці функції слід вибирати на основі кроку між корпусами та вимог до каналів. Виготовлення друкованих плат Highleap HDI підтримує конструкції, які потребують лазерно-перфорованих з'єднань та компактної траси.

5.2 Підсилювачі потужності потребують чітко визначеного теплового шляху

Пристрої живлення радіочастотних елементів можуть використовувати відкриті термопрокладки, мідні структури у вигляді монет, теплові матриці переходних отворів, розподільники тепла або прямі інтерфейси до шасі. Термічний режим роботи радіочастотних та мікрохвильових плат має бути визначений разом із корпусом та шляхом механічного охолодження. Найефективніший метод залежить від розсіюваної потужності, корпусу, допустимого підвищення температури та конструкції механічного охолодження. Виробництво повинно зберігати заповнення/кришку переходних отворів та мідні структури, необхідні тепловою моделлю.

5.3 Послідовність складання змін екранування

Рамки, кришки, поглиначі, термопрокладки та механічні розподільники тепла від радіочастотного екранування можуть вимагати певного порядку складання. Під час діагностичного складання (DFA) слід враховувати об'єм пасти в рамці екранування, заземлюючі площадки, компланарність та доступ для повторного використання. Процес складання BGA та SMT від Highleap може включати ці специфічні для проекту механічні та паяльні кроки.

6. Перевірка та випробування: що може перевірити виробник друкованих плат перед кваліфікацією системи на радіочастотні характеристики

План виробничих випробувань повинен перевіряти атрибути, які завод може контролювати, та чітко відокремлювати їх від кваліфікації радіосистеми.

6.1 Елементи керування на голій платі

Відповідні перевірки можуть включати електричну безперервність/ізоляцію, перевірку розмірів, купони з контрольованим імпедансом, аналіз мікрошліфів, перевірку покриття, перевірку паяльної маски/фінішного покриття та документацію щодо матеріалів/партії, якщо це необхідно. Купони для радіочастотних випробувань також можуть бути використані, якщо замовник надає структуру та метод вимірювання.

6.2 Елементи керування складанням

SPI, AOI та рентгенівський аналіз вибираються відповідно до ризику, пов'язаного з корпусом. Рентгенівський аналіз особливо корисний для з'єднань BGA/LGA/QFN та термопрокладок, які неможливо побачити безпосередньо. Першочергова перевірка може перевірити ідентичність компонентів, орієнтацію, розміщення, механічну фурнітуру та складання екрану, перш ніж розпочнеться повна партія.

6.3 Чи може виробник друкованих плат проводити сертифікацію продукції 5G?

Рутинна перевірка виготовлення та складання не є сертифікацією 3GPP, оператора, OTA або регуляторного органу. Завод з виробництва друкованих плат може виконувати ввімкнення живлення, програмування, мережевий зв'язок, перевірку синхронізації, цифровий ввід/вивід та визначені замовником радіочастотні випробування друкованих плат, якщо є доступ до тестування, каліброване обладнання, програмне забезпечення, кріплення та межі успішного/неуспішного виконання. Відповідність 3GPP, прийняття оператором, продуктивність антени OTA та регуляторна кваліфікація залишаються окремими видами діяльності на системному рівні.

7. Контрольний список запитів на виготовлення та виготовлення друкованих плат 5G для малих комірок під ключ

Технічно повний запит цінової пропозиції для малих комірок повинен містити:

• Дані Gerber/ODB++, файли свердління, креслення виготовлення та обмеження панелей, якщо такі є
• Повне укладання з точними вимогами до ламінату, товщини препрегу/серцевини, ваги міді та мідного профілю, де це критично важливо
• Контекст застосування FR1/FR2, фактичні робочі діапазони та ідентифікація критичних для радіочастот шарів/інтерфейсів
• Цільові показники контрольованого імпедансу, допуски та вимоги до купонів
• Вимоги до зворотного свердління, сліпих/закопаних перехідних отворів, мікроперехідних отворів, перехідних отворів у контактній площадкі та заповнення/закриття
• Вимоги до обробки поверхні та відкритої радіочастотної міді
• Специфікація компонентів (BOM) з радіочастотними компонентами, процесорами, пристроями живлення, тактовими генераторами, роз'ємами та затвердженими альтернативами
• Креслення для встановлення та складання, деталі екрану/радіатора/термоінтерфейсу
• Процедури програмування, калібрування, функціонального тестування та радіочастотного тестування
• Відстеження матеріалів, звіти про перевірку та вимоги до контролю змін у виробництві

Для нового радіообладнання контрольоване складання прототипу друкованої плати та пілотного зразка друкованої плати допомагає зіставити матеріали, складування, запуски радіочастотних мереж, тепловий дизайн та складання з виміряними характеристиками системи перед масовим випуском. Highleap Electronics може переглянути виробничі дані та надати оцінку вартості виготовлення друкованих плат, постачання компонентів, складання та обсягу перевірки/випробувань, визначених проектом. Щодо відповідних міркувань щодо виробництва радіоплат, див. наш ресурс «Виробництво радіочастотних друкованих плат для пристроїв 5G».