Виробництво друкованих плат бездротової точки доступу для Wi-Fi радіочастотного та мережевого обладнання

Друкована плата бездротової точки доступу поєднує в собі радіочастотні, високошвидкісні цифрові, перетворювачі енергії та антенні структури на компактній платформі. Сучасні точки доступу можуть підтримувати діапазони 2.4 ГГц та 5 ГГц, тоді як продукти Wi-Fi 6E та Wi-Fi 7 також можуть використовувати спектр 6 ГГц, де це дозволяють правила. Це робить плату набагато більшою, ніж просто «друкована плата маршрутизатора»: геометрія радіочастотного живлення, заземлення, екранування, блокування антен, схема Ethernet/PoE, щільна маршрутизація пам'яті процесора та теплова конструкція взаємодіють. Highleap Electronics підтримує виробництво бездротових та радіочастотних друкованих плат , виготовлення високошвидкісних цифрових друкованих плат та складання «під ключ» комунікаційного обладнання, дотримуючись затвердженої замовником схеми радіочастотного обладнання, специфікацій матеріалів та плану валідації.

1. Архітектура друкованої плати бездротової точки доступу: радіочастотний, цифровий, силовий та антенний домени

Типова точка доступу для підприємства або промисловості може включати головну систему на кристалі (SoC), пам'ять DDR, флеш-пам'ять, радіопристрої Wi-Fi, модулі радіочастотного інтерфейсу, фільтри, диплексори/триплексори, підсилювачі потужності, малошумні підсилювачі, радіочастотні комутатори, Ethernet PHY, вхід живлення PoE, перетворювач постійного струму в постійний, антени або роз'єми для антен, екрануючі корпуси та термоінтерфейси.

1.1 Розглядайте плату як кілька пов'язаних підсистем

Для радіочастотної секції потрібні короткі контрольовані лінії передачі та стабільне заземлення. Для секції процесора та пам'яті потрібна щільна високошвидкісна траса та чисте живлення. Секція PoE/живлення передає більший струм та створює більший комутаційний шум. Область антени потребує механічного зазору та електромагнітних блоків. Вдала схема розділяє ці функції, не створюючи розривів там, де вони повинні з'єднуватися.

1.2 Чи потрібен для Wi-Fi 7 спеціальний матеріал для друкованої плати або стек?

Ні. «Друкована плата Wi-Fi 6» або «Друкована плата Wi-Fi 7» не є специфікацією ламінату. Правильний матеріал та конструкція шарів залежать від довжини маршруту, бюджету втрат радіочастот, реалізації антени, щільності виходу корпусу, пропускної здатності каналу та вартості. Продукт, що використовує Wi-Fi 7 , все ще може використовувати конструкцію сімейства FR-4 або конструкцію з меншими втратами залежно від фактичних радіочастотних та високошвидкісних каналів; сама по собі назва стандарту не визначає ламінат.

1.3 Сертифікація – це діяльність на рівні продукту

Виробник друкованих плат створює плату відповідно до опублікованого дизайну, тоді як виробничі процеси радіочастотних друкованих плат зберігають затверджені вимоги до геометрії, матеріалу, поверхні та складання. Сертифікація Wi-Fi Alliance, регіональні схвалення радіозв'язку, електромагнітна сумісність (EMC) та відповідність вимогам безпеки застосовуються до готового продукту та його прошивки/радіочастотної конфігурації. Контроль виробничого процесу забезпечує повторюваність, але сам по собі не робить друковану плату «сертифікованою за Wi-Fi».

2. Схема радіочастотних схем 2.4 ГГц, 5 ГГц та 6 ГГц: що має зберегти виробництво

Зі зростанням частоти невеликі зміни геометрії набувають більшого значення. Ширина доріжки, товщина діелектрика, шорсткість міді, положення роз'єму, стан паяльної маски, геометрія контактних майданчиків компонентів та розташування заземлювальних отворів – все це може впливати на поведінку радіочастотних сигналів.

2.1 Для контрольованих ліній передачі радіочастотних сигналів потрібен затверджений стек

Мікросмужкові, заземлені копланарні хвилеводи або смужкові лінії повинні виготовлятися відповідно до фактичної конструкції шарів плати. У проектній документації повинні бути зазначені цільовий імпеданс та критичні радіочастотні шари. Потім виробник може розрахувати виробничу геометрію для вибраного ламінату та товщини міді.

Задокументовану структуру друкованої плати слід заморозити перед створенням блоків валідації ВЧ-сигналів. Зміна товщини препрегу або сімейства матеріалів після налаштування може змінити імпеданс та втрати, що вносяться.

2.2 Шорсткість міді та значення Dk/Df. Більше про довші шляхи з вищою частотою.

Шорсткість поверхні провідника сприяє втратам радіочастотних сигналів, оскільки скін-ефект посилюється. Діелектричні втрати та стабільність Dk також впливають на характеристики. Точне значення залежить від довжини шляху та частоти, тому вибір матеріалу має бути пов'язаний з вимірюваними вимогами до внесених втрат та фази, а не з загальним вимаганням «низьких втрат».

2.3 Паяльна маска може бути частиною радіочастотної структури

На деяких радіочастотних доріжках паяльна маска навмисно видалена; на інших вона є частиною змодельованої геометрії. Виробник повинен дотримуватися опублікованого графічного оформлення та не оголювати чи закривати радіочастотні лінії, припускаючи це. Те саме стосується схем крадіжки міді або балансування поблизу радіочастотних шляхів — вони повинні відповідати визначеним забороненим областям.

3. Антени MIMO, мережі живлення, заземлення та механічні блокувальні елементи

Точки доступу MIMO можуть використовувати кілька внутрішніх антен на друкованій платі, гнучких антен, штампованих металевих антен або зовнішніх антен через коаксіальні роз'єми. Виробництво плати суттєво відрізняється.

3.1 Чи може завод з виробництва друкованих плат змінювати геометрію антени під час DFM?

Ні, не без схвалення радіочастотної інженерії. Якщо антена вигравірувана на друкованій платі, її геометрія, товщина міді, сусіднє заземлення, стан паяльної маски, край плати, матеріал корпусу та сусідній метал стають частиною антенної системи. Завод не повинен змінювати контур антени, додавати мідні балансувальні елементи поблизу або змінювати край плати під час DFM лише для спрощення виготовлення. Наш ресурс з проектування антен на друкованих платах пояснює, чому ці мідні та механічні деталі є електрично важливими.

3.2 Мережі живлення та узгодження антени потребують контрольованого складання

Узгоджувальні компоненти можуть бути дуже малими та можуть бути налаштовані під час інженерної перевірки. Перегляд специфікації компонентів після налаштування повинен суворо контролюватися. Орієнтація компонентів, розмір контактних майданчиків, об'єм припою та точність розміщення впливають на повторюваність, особливо у високочастотних мережах узгодження.

3.3 Наземні огорожі є функціональними елементами

Перехідні отвори навколо радіочастотних шляхів, меж екранування або виходів роз'ємів допомагають контролювати зворотний струм та електромагнітний зв'язок. Їх не слід видаляти як «надлишкові перехідні отвори» під час зниження витрат. Якщо крок між перехідними отворами або розмір свердла створюють проблеми з технологічністю, зміну має схвалити розробник радіочастотних елементів.

4. Високошвидкісні цифрові інтерфейси, Ethernet Uplink та живлення PoE на одній друкованій платі

Точка доступу одночасно є радіопристроєм та мережевою обчислювальною платформою. Її друкована плата може містити внутрішні інтерфейси DDR, PCIe або інші високошвидкісні інтерфейси, Ethernet uplink, USB/сервісні інтерфейси та один або декілька імпульсних перетворювачів живлення.

4.1 Цифрові та радіочастотні зворотні шляхи слід планувати разом

Щільна цифрова трасування не повинна змушувати радіочастотні лінії проходити через розриви опорних ліній або блокування антен. Так само, блокування радіочастотних ліній не повинні переривати критичні високошвидкісні зворотні шляхи без запланованого переходу. Тому планування стекування перед трасуванням є важливим.

4.2 Вихідний канал Ethernet може стати обмеженням теплового та енергетичного режимів

Багато точок доступу підприємств отримують живлення через PoE. У цих конструкціях порт Ethernet також несе основний вхід живлення пристрою. Плата повинна зберігати передній край PoE, магнітні властивості, захист та шлях живлення постійного/постійного струму, одночасно запобігаючи комутаційному шуму в чутливих радіочастотних та тактових секціях. Принципи проектування перетинаються з виробництвом високошвидкісних друкованих плат та силових друкованих плат, але вимоги до захисту від радіочастот та екранування роблять плату WAP відмінною.

4.3 Розв'язка та розподіл потужності впливають на характеристики радіочастотних сигналів

Підсилювачі потужності, радіочастотні інтерфейси, системи на кристалі та пам'ять можуть споживати динамічний струм. Локальна розв'язка та низькоомні площини живлення зменшують модуляцію живлення. Виробник повинен зберегти масиви перехідних отворів, форми площин та критично важливі для розміщення конденсатори, визначені конструкцією.

5. HDI, вибір матеріалів, екранування та теплова конструкція для компактних точок доступу

Сучасні точки доступу часто потребують тонкого корпусу, кількох антен, великих BGA, екрануючих корпусів та значної обчислювальної/радіочастотної потужності в обмеженому просторі.

5.1 Використовуйте HDI, коли він вирішує проблеми щільності витоків або форм-фактора

Лазерні мікропереходи, закопані мікропереходи, багатошарові/розташовані в шаховому порядку мікропереходи та мікропереходи в контактних площадках можуть допомогти уникнути використання дрібнокрокових BGA та скоротити радіочастотні/цифрові маршрути. Ці структури додають складності послідовному ламінуванню та гальванічним покриттям, тому їх слід визначати щільністю трасування. Виробничі можливості Highleap з високоякісними друкованими платами (HDI) підтримують щільні комунікаційні плати там, де традиційна трасування через отвори є недостатньою.

5.2 Корпуси радіочастотного екранування створюють як електричні, так і монтажні вимоги

Корпуси радіочастотних екранів потребують безперервного заземлення, паяльних контактних поверхонь, достатнього об'єму пасти та механічного зазору. Знімні кришки та цільні екрани мають різні властивості обробки та теплового навантаження. Висоту компонентів під екраном необхідно перевірити відносно механічного стеку.

5.3 Теплові шляхи повинні бути спроектовані на друкованій платі

SoC, підсилювачі потужності та регулятори можуть створювати концентроване тепло. Можна використовувати розподільники міді, теплові переходні отвори, паяння відкритими контактними площадками, інтерфейси радіатора, термопрокладки до корпусу або спеціальні розподільники тепла. Виробник плат може створити зазначену структуру міді/перехідних отворів, але перевірка температури переходу вимагає випробувань зібраного виробу. Дивіться наш ресурс з терморегуляції друкованих плат для варіантів, орієнтованих на виробництво.

6. Збірка друкованої плати бездротової точки доступу та перевірка з урахуванням радіочастот

Радіочастотне складання потребує звичайного контролю якості виготовлення, а також додаткової уваги до компонентів, чутливих до розміщення, та прихованих з'єднань. Highleap підтримує виготовлення радіочастотних/високочастотних друкованих плат, постачання компонентів, поверхневе складання/складання THT, інтеграцію екрануючих корпусів, AOI та рентгенівський контроль; радіочастотне або функціональне тестування виконується, коли замовник надає визначений метод та обмеження.

6.1 Невеликі радіочастотні компоненти потребують стабільної пасти та розміщення

Узгоджувальні мережі, фільтри, з'єднувачі та радіочастотні перемикачі можуть використовувати дуже малі корпуси. Конструкція трафарету, кріплення плати, точність розміщення та керування оплавленням впливають на об'єм припою та положення компонентів. Надлишок припою може змінити геометрію навколо радіочастотних компонентів, навіть коли з'єднання електрично з'єднане.

6.2 Рентгенівське доповнення до області інтересу (AOI) для пристроїв із прихованими суглобами

Великі однокристальні системи (SoC), чіпсети Wi-Fi, пристрої DDR та компоненти живлення можуть використовувати корпуси BGA, LGA або QFN. AOI корисний для видимих ​​з'єднань та розміщення, але рентгенівський аналіз потрібен, коли потрібно оцінити приховані інтерфейси паяння. Процес поверхневого монтажу (SMT) від Highleap може поєднувати AOI з рентгенівським контролем відповідно до складу корпусу та плану якості.

6.3 Чи може виробник друкованих плат сертифікувати радіочастотну продуктивність Wi-Fi?

Стандартне виготовлення друкованих плат та перевірка друкованих плат не сертифікують готову точку доступу відповідно до вимог Wi-Fi Alliance, нормативних вимог або вимог до продуктивності антени. Завод з виробництва друкованих плат може виконувати перевірки цілісності, увімкнення, програмування, підключення Ethernet, функціональні або визначені замовником радіочастотні випробування друкованих плат, якщо є кріплення, каліброване обладнання та обмеження. Калібровані кондуктивні радіочастотні випробування, вимірювання OTA антени, нормативні випробування та сертифікація Wi-Fi вимагають відповідного випробувального обладнання та процедур. Вони повинні бути визначені окремо від стандартної перевірки складання.

7. Запит цінових пропозицій та тестовий пакет для виробництва друкованих плат бездротової точки доступу

Щоб точно оцінити вартість плати бездротової точки доступу, надайте як електричний, так і виробничий контекст:

• Дані Gerber/ODB++, файли свердління, креслення виготовлення та контур плати
• Затверджене накладання шарів та точні вимоги до матеріалів або прийняті еквівалентні критерії
• Цільові показники імпедансу лінії передачі радіочастотних сигналів та критичні заборони на вхід радіочастотних сигналів
• Креслення антен, допуски на краї плати та механічні зазори, де друкована плата впливає на продуктивність антени
• Специфікація матеріалів з точними радіочастотними компонентами, фільтрами, методами скінченних елементів, роз'ємами, магнітними елементами та затвердженими альтернативними правилами
• Дані для вибору та розміщення, складальне креслення, деталі екрануючого корпусу та вимоги до теплового інтерфейсу
• Файли програмування та конфігурація продукту, необхідні для функціонального тестування
• Вимоги PoE, якщо точка доступу живиться через Ethernet
• Процедури випробувань радіочастотних, Ethernet, потужності та функціональних характеристик з критеріями успішного/неуспішного виконання
• Прототип та обсяги виробництва, а також вимоги до відстеження/упаковки

Прототип друкованої плати та каскаду друкованої плати особливо важливий для точок доступу, оскільки налаштування антени, конструкція екрану, термоінтерфейси, матеріал корпусу та прошивка впливають на виміряні радіочастотні характеристики. Highleap Electronics може підтримувати виробничий процес, починаючи від виготовлення друкованої плати та закінчуючи постачанням компонентів та складанням на основі остаточних даних проекту.