5PCB設計: 製造商需要了解什麼?

Ryan 是 MOKO 的高級電子工程師, 在這個行業有十多年的經驗. 專業從事PCB版圖設計, 電子設計, 和嵌入式設計, 他為不同領域的客戶提供電子設計和開發服務, 來自物聯網, 引領, 消費電子產品, 醫療等.
內容
5PCB設計: 製造商需要了解什麼

隨著 5G 網路在全球的推廣, 他們承諾改變連接方式並突破行動技術的可能性界限. 但要充分發揮5G的潛力, 另一種不太顯眼的技術必須跟上步伐 – 印刷電路板 (印刷電路板). 5G PCB 需要實現卓越的高頻效能,同時保持訊號完整性. 充分享受 5G 帶來的好處, PCB 製造商正在應對這些重要組件的設計和生產挑戰. 本博文將深入探討 5G PCB 的設計和工程注意事項, 並探索所涉及的製造挑戰和創新. 讓我們開始吧.

用於製造5G PCB的基板材料

PCB基板材料

基材 是滿足5G PCB性能需求的關鍵因素. 選擇基材時要考慮的關鍵參數包括:

  • 介電常數 – 較低的 Dk 值 2-3 減少訊號損失和串擾. 聚四氟乙烯 和液晶聚合物 (LCP) 是常見的低 Dk 選項.
  • 損耗角正切 – 損耗角正切如下的材料 0.005 像 Rogers RO3000 層壓板一樣,最大限度地減少毫米波頻率下的介電訊號損失.
  • 導熱係數 – 高功率密度需要散發大量熱量. 陶瓷氮化鋁和 LCP 的電導率高達 170 W/mK 和 0.67 分別為W/mK.
  • 科特– 匹配基板和元件 CTE 可防止循環造成焊點和焊盤損壞. 玻璃增強碳氫化合物提供 CTE 相容性.
  • 吸濕性-含氟聚合物的低吸濕性有助於維持穩定的電氣特性.
  • 厚度 – 0.1mm 至 0.3mm 的更薄介電層可降低損耗, 取決於層數.

一些可行的材料選擇包括:

  • 聚四氟乙烯複合材料 – 提供高達毫米波段的穩定低損耗和合理的成本. 允許層數超過 20 層數.
  • 陶瓷填充聚四氟乙烯 – 為毫米波應用提供最佳性能,但成本較高. 實現非常高的頻率.
  • 聚酰亞胺 – 更靈活的基板適用於更薄的 PCB. 高頻時有中等損耗.
  • 氮化鋁 – 優異的導熱性和低介電損耗, 非常適合散熱至關重要的高功率 5G 模組.
  • 液晶聚合物 (LCP) – 相對較低的介電常數和損耗以及良好的導熱性.

5G PCB 設計的挑戰

由於涉及超高頻率和數據速率,與上一代電路板相比,開發 5G PCB 面臨獨特的困難. 5G 帶來新功能, 克服這些設計障礙需要創造力和創新.

  • 一個主要障礙是將混合訊號組件整合在一塊板上. 5G 系統需要在較寬的頻率範圍內運作, 從 MHz 到毫米波段. 在一塊 PCB 上捕獲和處理如此多樣化的訊號需要仔細規劃,以便最大限度地減少干擾和損失. 在類比和數位佈局之間取得平衡是關鍵.
  • 在數千兆位元資料速率下保持訊號完整性也很棘手. 必須保持更嚴格的阻抗容差, 呼籲新的疊層策略和更薄的銅跡線. 路由架構必須確保差分對之間的長度匹配,以防止偏差. 即使很小的變化也會降低效能.
  • 抑制 EMI 是另一個障礙. 在微波頻率下, 輻射和耦合風險增加. 必須在雜訊敏感電路和雜訊電路之間進行深思熟慮的佈局分離. 可能還需要使用罐子和物理屏障屏蔽組件來限制排放.
  • 在處理密集封裝的高速組件時,散熱問題使問題變得更加複雜. 精心挑選的介電材料可以幫助將多餘的熱量從熱晶片和走線傳導到散熱結構. 在設計疊層和平面分佈時考慮熱需求至關重要.

雖然令人畏懼, 這些挑戰可以透過智慧設計實踐來克服. 模擬, 原型製作, 和設計審查都將有助於在製造開始之前驗證性能. 最終結果將是 5G PCB 準備好提供尖端連接.

5G 電路板設計技巧

5PCB設計

  1. 使用低損耗介電材料

使用 PTFE 等介電材料 (鐵氟龍) 或陶瓷填充 PTFE 對於 5G 板至關重要,以最大限度地減少高頻訊號損失. 這些材料的介電常數低於 3.5, 越低越好,以允許 5G 資料速率下差分對所需的更緊密的跡線間距. 該材料還應具有非常低的損耗角正切,以防止訊號過度衰減.

  1. 保持受控阻抗

具有 5G 數據速率, 維持 100 歐姆差分阻抗對於訊號完整性至關重要. 這需要細心 走線寬度 以及基於所使用的堆疊材料的間距調整. 應密切注意阻抗計算器以實現目標阻抗. 差分對之間的電氣長度必須匹配以防止偏移. 應盡量減少走線上的短截線或過孔.

進一步閱讀: 如何實現目標 PCB 阻抗控制?

  1. 合併適當的層堆疊

訊號層旁邊應包含一個堅固的參考平面,以控制阻抗並提供 EMI 屏蔽. 層數應保持適度, 大約 4-8 層數. 層數過多會增加成本並影響效能. 對稱帶狀線配置效果最佳, 訊號-平面-訊號或訊號-平面-訊號-平面是理想的.

  1. 實施謹慎的佈局技術

類比和數位部分應相互隔離, 透過佈局上的距離和方向防止耦合. 應盡量縮短走線長度, 盡可能使用表面貼裝被動元件. 使用散熱孔或散熱片在熱組件下方提供散熱. 加入 EMI 屏蔽結構(如罐子), 守衛痕跡, 或護城河.

  1. 管理平滑的層過渡

當痕跡在層間過渡時, 錐度, 倒角, 應使用淚滴來防止阻抗不連續導致訊號反射. 元件焊盤到內層的過渡也應同樣小心.

  1. 透過測試驗證性能

使用網路分析儀時應包括測試點, TDR, 和其他測試設備來驗證阻抗, 損失, 雜訊隨頻率變化. PCB 製造過程中還應進行徹底的自動化光學和電氣檢查,以發現任何缺陷.

5G電路板的應用

5G 電路板將為各種應用提供更快的資料速度和更低的延遲,例如:

  • 智能手機 – 5G 電路板將使智慧型手機能夠利用 5G 網路更快的數據速度和更低的延遲.
  • 平板電腦 – 5G 連接平板電腦將受益於視訊串流等活動的超高頻寬.
  • 穿戴式裝置 – 智慧手錶和健身追蹤器等設備將利用 5G 板實現始終在線的連接.
  • 自動駕駛汽車 – 自動駕駛汽車感測器的海量資料傳輸需要 5G 板.
  • 工業自動化 – 連接機器人, 工廠中的 PLC 和感測器無線使用 5G 闆卡.
  • 數位健康 – 5G PCB 可以傳輸高解析度醫學影像和病患數據.
  • 智慧城市 – 交通監視器和路燈等基礎設施可以透過 5G 連接.
  • 虛擬現實 – 5G電路板支援無線VR耳機播放高清視頻.
  • 物聯網 – 連接電器, 米, 5G 追蹤器.

最後的想法

5G網路的出現代表了無線連線的新領域, 但要充分發揮其潛力,有賴於這些尖端系統的 PCB 技術的進步. 雖然設計和製造障礙很大, 它們並非不可克服. 透過仔細的材料選擇, 受控阻抗實踐, 穩健的層堆疊, 熱管理, 和嚴格的測試, PCB 工程師可以克服挑戰並提供高性能 5G 電路板. 隨著材料科學和製造工藝的不斷成熟, 5G PCB的能力只會增加.

分享這個帖子
Ryan 是 MOKO 的高級電子工程師, 在這個行業有十多年的經驗. 專業從事PCB版圖設計, 電子設計, 和嵌入式設計, 他為不同領域的客戶提供電子設計和開發服務, 來自物聯網, 引領, 消費電子產品, 醫療等.
滾動到頂部