我们应该说第五代(5G)技术已经到来了吗?是的。越来越多的移动无线通信系统正在升级和转换其流程,以采用 5G 技术以更好地连接到物联网 (IoT)。5G 令人眼花缭乱的速度将为所有使用、设计和制造使用这些系统的组件和应用程序的行业带来新的市场机会。

那么,这对高速PCB行业意味着什么呢?材料考虑将是设计和构建 PCB 叠层时必须评估的首要方面。5G PCB 在承载和接收信号传输、提供电气连接以及为特定功能提供控制时必须满足所有规范。此外,还需要解决 PCB 设计面临的挑战,例如在更高速度下保持信号完整性、处理热管理以及如何防止数字板和模拟板之间的电磁干扰 (EMI)。

 

混合信号接收电路板设计

 

大多数系统现在都在处理 4G 和 3G PCB。这意味着组件传输和接收的频率范围从 600 MHz 到 5.925 GHz,带宽通道为 20MHz,对于 IoT 系统而言为 200kHz。在为 5G 网络系统设计 PCB 时,组件将根据应用需要 28GHz、30GHz 甚至 77GHz 的毫米波频率。对于带宽信道,5G 系统将处理低于 6GHz 频率的 100MHz 和高于 6GHz 频率的 400MHz。

这些更高的速度和更高的频率将要求 PCB 内使用适当的材料来同时捕获和传输较低和较高的信号,而不会出现信号损失和 EMI。此外,另一个问题是设备将变得更轻、更便携、更小。由于严格的重量、尺寸和空间限制,PCB 材料必须灵活且轻便,同时容纳电路板上的所有微电子器件。

PCB 铜走线需要遵守更细的走线和更严格的阻抗控制。用于 3G 和 4G 高速 PCB 的传统减材蚀刻工艺可能会被改用改进的半加材工艺。这些改进的半加成工艺将提供更精确的轨迹线和更直的壁。

材料基板也正在重新设计。印刷电路板公司正在寻找介电常数低至 3 的材料,因为低速 PCB 的标准材料通常为 3.5 至 5.5。更紧密的玻璃纤维编织、更低的耗散因数损耗材料和薄型铜也将成为用于数字信号的高速 PCB 的选择,以防止信号损失并提高信号完整性。

 

EMI 屏蔽挑战

 

EMI、串扰和寄生电容是电路板的主要问题。为处理由于电路板上的模拟和数字频率而出现的串扰和 EMI,强烈建议分离走线。使用多层板将提供更大的通用性来决定如何放置高速走线,从而使模拟和数字返回信号的路径彼此远离,同时还将交流和直流电路分开。在布置元件时添加屏蔽和滤波也应该降低 PCB 上存在的自然 EMI 量。

为确保铜表面没有缺陷以及关键的短路或开路,先进的自动光学检测系统 (AIO) 和功能更强大的 2D 计量将更频繁地用于检查导体的迹线以及测量他们。这些技术将帮助 PCB 制造商寻找可能的信号衰减风险。

 

热管理挑战

 

更高的信号速度将导致通过 PCB 的电流产生更高的热量。用于介电材料和核心基板层的 PCB 材料将需要充分处理 5G 技术所需的高速。如果材料不当,可能会导致铜迹线剥落、分层、收缩和翘曲,因为这些问题会导致 PCB 劣化。

为了应对这些更高的温度,制造商需要专注于解决导热性和热系数的材料选择。提供更高导热性、出色的热传递和一致的介电常数的材料将是创建良好 PCB 的必要条件,该 PCB 将提供应用所需的所有 5G 功能。

 

创建正确的 PCB 设计

 

随着 5G 技术的出现,印刷电路板的设计将提供最佳的信号完整性、阻抗控制和热管理。由于应用规范的范围,设计 PCB 需要与具有处理特定材料要求的知识和经验的制造商合作,同时还要遵守 FCC 要求。

客户还必须根据他们的运营和应用考虑何时开始切换到 5G。一些行业将别无选择,只能迅速全面接受5G技术以在其细分市场中保持竞争力。其他行业可能希望花时间考虑在为 PCB 叠层选择高速材料时仍然存在的成本增加问题。

采用和利用新技术,同时保持较低的 PCB 范围蠕变以控制成本,将是一种微妙的平衡行为。然而,随着 5G 技术变得更加主流,先进的技术、材料和制造设备将被创造出来,为制造商提供更大的能力来满足高速 PCB 设计和制造需求。这些技术还将提供更具竞争力的领域,以便客户能够找到符合其预算的合适 PCB 设计服务。

 

概括

 

在 Epec Engineered Technologies,我们为广泛的行业领域的客户提供定制的按需印刷制造能力,而 5G 技术要求电路板制造商继续投资设备和改进工艺,以便能够始终如一地为客户提供 PCB这种要求苛刻的应用程序。