Oletko valmis toteuttamaan 5G/IoT-projekteja? Lue tämä artikkeli saadaksesi yleiskatsauksen HDI-piirilevyjen suunnittelusta 5G:tä ja IoT:tä varten.
Piirilevyjen suunnittelu ja tuotanto ovat kehittyneet vuosien varrella. Yksinkertaisista yksipuolisista tai monikerroksisista levyistä erittäin kehittyneisiin suurtiheyksisiin (HDI) piirilevyihin. Jokaista piirilevyjen teknologista edistysaskelta voidaan käyttää useissa eri teknologioissa. Yksi tällainen teknologia on 5G eli IoT. UET-piirilevy (https://uetpcb.com/hdi-pcbs/) on erikoistunut näihin 5G:lle ja IoT:lle räätälöityihin HDI-levyihin, joissa on optimoitu RF- ja digitaalinen suorituskyky.
Miksi HDI:tä tarvitaan 5G/IoT:ssa?
5G-laitteet toimivat erittäin korkealla taajuusalueella (alle 6 GHz:stä 28–39 GHz:iin millimetriaaltotaajuuksilla). Näillä taajuuksilla työskenneltäessä on otettava huomioon useita suunnittelunäkökohtia, koska:
- Korkeampi toimintataajuus johtaa suurempaan häviöön tai vaimennukseen tietyissä piirilevymateriaaleissa.
- Asettelutoleranssi pienenee signaalin aallonpituuden lyhentyessä.
- Tavalliset läpireiät voivat tuottaa "tynkiä", jotka voivat toimia antennien tavoin.
- Ylikuuluminen ja sähkömagneettinen häiriö lisääntyvät toimintataajuuden kasvaessa.
- 5G-antennit ovat erittäin herkkiä jälkijohtimille, läpivienneille ja kuparivalurakenteille
5G-piirilevysuunnittelun aloittaminen
Sinun tulisi määritellä piirilevyjen pinoaminen ennen HDI-piirilevyjen suunnittelun aloittamista. Samalla määritä valitsemasi piirilevymateriaali.
Alle GHz:n piirilevymateriaalit
Jos työskentelet alle 6 GHz:n taajuusalueella (3–6 GHz), voit käyttää korkean suorituskyvyn piirilevylaminaatit kuten:
- Megtron 6 (Panasonicilta)
- I-Speed (Isolasta)
- Rogers 4350B
- Rogers 403C
Jos budjettisi on kuitenkin tiukka, voit valita seuraavan:
- FR4 tai korkean lämpötilan FR-4
Nämä ovat huomattavasti halvempia kuin aiemmin mainitut materiaalit. Korkean lasittumislämpötilan (Tg) omaava FR-4-materiaali on yksinkertaisesti FR-4, jolla on korkea lasittumislämpötila (Tg). Voit käyttää näitä materiaaleja, jos suorituskykymarginaalisi sen sallivat.
mmWave-piirilevymateriaalit
Jos työskentelet millimetriaaltoalueella (24–40+ GHz), tarvitset ehdottomasti korkeamman taajuuden piirilevylaminaatin, kuten:
- Rogers 5880
- Rogers 4350B
- PTFE (teflonpohjaiset laminaatit)
- LCP (nestekidepolymeeri)
- Hybridi pinoaminen
Kun olet määritellyt piirilevymateriaalisi, voit jatkaa HDI-piirilevypinon määrittelyä.
Kuinka määrittää oikea HDI-piirilevypino
On parasta määrittää optimaalinen HDI-piirilevyjen pinoaminen ennen kuin pyrit mahdollisimman suureen reititystiheyteen piirilevyilläsi.
Määritä toimintataajuus ja piirilevyn materiaali
Määritä ensin projektisi toimintataajuus, jonka tulisi myös heijastaa käytettäviä piirilevymateriaaleja. Kuten aiemmin mainittiin, on olemassa erilaisia materiaaleja, joita voit käyttää alle GHz:n ja millimetrin aallonpituuksilla. Lisäksi sinun on tiedettävä valmistusprosessi, jota aiot käyttää kyseiselle piirilevylle.
Matalan tai suuren tiheyden reititys
Reititystiheys osoittaa, mitä piirilevypinoa käytetään. Tarkastele komponenttejasi, erityisesti BGA-piirejä. 0.8 mm–1 mm:n BGA-jakovälit eivät vaadi HDI:tä, kun taas alle 0.65 mm:n jakovälit sitä tarvitsevat. Esimerkkejä pienistä jakoväleistä ovat 0.5 mm, 0.4 mm ja 0.3 mm. Pienemmillä jakoväleillä saatetaan vaatia mikrovia- tai via-in-pad-tekniikkaa.
Määritä tehonjako
Riittävät teho-, maadoitus- ja tasokerrokset ovat kriittisiä vakaan virransyötön kannalta. Tämä prosessi vaikuttaa kerrosten määrään ja jakautumiseen. Lisäksi maadoituskerrokset auttavat määrittämään impedanssiohjattujen linjojen ja signaalilinjojen suojauksen ominaisuudet. Kaiken kaikkiaan nämä kerrokset vaikuttavat ehdottomasti reititystiheyteen.
Määritä Stackup-sisältösi ja suunnittelutarpeesi
Projektisi kertoo paljon tarvitsemastasi HDI-kokoonpanosta. Jos esimerkiksi olet kiinnostunut perustason RF-moduuleista tai IoT-anturituotteista, voit valita yksinkertaisempia kokoonpanoja. Siirtyessäsi 5G-moduuleihin ja WiFi 6- tai 7-piirisarjoihin tarvitset hienomman piirilevysignaalin jaon ja edistyneen läpivientirakenteen. Siirtyminen 5G-modeemeihin ja edistyneisiin IoT-yhdyskäytäviin vaatii kehittyneempiä läpivientirakenteita, suurempaa reititystiheyttä ja erittäin lyhyitä yhteenliitäntäpolkuja. Alla on taulukko, jota voit käyttää referenssinä:
| HDI PCB pinoaminen | Projektin tyyppi | Pinoamisen etu/haitta |
| 1-N-1 | Perustason RF, IoT-anturit, Kulutuselektroniikka | Edullinen, yksinkertaisempi valmistus |
| 2-N-2 | Keskitason RF-, 5G-moduulit, Wifi 6/7 -piirisarjat | Tasapainoiset kustannukset, monimutkainen valmistus |
| 3-N-3 tai 4-N-4 | Huippuluokan RF- ja 5G-modeemit, IoT-yhdyskäytävät | Korkeat kustannukset, pitkä toimitusaika, monimutkainen valmistus |
| Mikä tahansa kerros | Huippuluokan, palvelimet, ilmailu-, lääketieteellinen, sotilassovellukset | Korkeat kustannukset, alhaisempi saanto, pitkä läpimenoaika, monimutkainen valmistus |
Kuinka saavuttaa tiheämpi reititys
Käytä Microvia-teknologiaa
Mikroreikien avulla pääset HDI-piirilevyn ahtaiden kohtien läpi ja samalla poistat kohinaa aiheuttavia pätkiä. Käytettävien mikroreikien tyyppi riippuu valmistusprosessistasi. Ihannetapauksessa voit luoda tiheämmän reitityksen laserporattujen mikroreikien avulla.
Yksi keskeisistä teknologioista on mikroreikien pinoaminen. Voit siirtyä kerroksesta toiseen viemättä paljon tilaa pystysuunnassa. Voit myös porrastaa mikroreikiä, vaikka se voi viedä enemmän tilaa, mutta olla luotettavampi. Porrastetut mikroreiät ovat vähemmän alttiita halkeilulle, lämpösyklien aiheuttamille vaurioille ja delaminaatiolle.
Via-toiminnon käyttäminen Padissa
Via-in-pad -tekniikka tarjoaa valmiiksi BGA-alustoissa olevan läpiviennin. Tämä ominaisuus saattaa vaatia kuparitäyttöä ja tasoitusprosessia. Läpiviennin levittäminen alustaan on helpompaa, koska läpivientejä ei tarvitse pinota tai porrastaa. On suositeltavaa käyttää Via-in-pad -tekniikkaa erittäin hienojakoisten BGA-levyjen siistiin jyrsintään. Via-in-pad -tekniikan käytöllä on kuitenkin haittapuolia, kuten juotteen imeytyminen, ontelot ja halkeamat sekä luotettavuusongelmat.
Käytä ohuita viivoja/välilyöntejä
Laser Direct Imaging (LDI) voi auttaa sinua saavuttamaan jopa 75 μm:n viivojen leveydet. Jos tarvitset ohuempia viivoja, puoliadditiivisella kuparipinnoituksella (SAP/mSAP) valmistus voi auttaa kaventamaan viivojen leveydet 25 μm:iin. Huomaa, että näitä edistyneitä valmistustekniikoita käytettäessä saatat tarvita kontrolloitua etsausprosessia.
Strateginen suunnitteluprosessi
Piirilevysuunnittelijan tulisi vastata strategisen suunnitteluprosessin kehittämisestä piirilevyn suunnittelua varten. Kriittisten komponenttien, kuten BGA-piirilevyjen ja RF-komponenttien/-moduulien, oikean sijoittelun tulisi olla listan kärjessä. BGA-piirilevyjen viuhka- tai pakoreitityksen huolellinen suunnittelu mahdollistaa piirilevyn täydellisen verkkoreitityksen; muuten saatat päätyä loukkuun jääneisiin verkkoihin tai jälkiin. Lisäksi kaikkia kontrolloidun impedanssin linjoja tulisi hallita huolellisesti signaalin eheyden työkaluilla ja strategioilla.
Yhteenveto
Tarvitset huolellisen piirilevymateriaalin valinnan, edistyneet valmistusprosessit ja hyvin suunnitellun piirilevypinon saavuttaaksesi tiheämmän johdotuksen 5G- ja IoT-piirilevyprojekteissasi. Tämän lisäksi komponenttien huolellinen asettelu ja reititystekniikat ovat välttämättömiä, jotta vältetään tarpeettomat komplikaatiot ja viivästykset 100 %:n johdotuksen saavuttamisessa. UET PCB, jolla on yli 15 vuoden kokemus piirilevyjen valmistuksesta ja kokoonpanosta, voi auttaa sinua kaikissa 5G- ja IoT-valmistustarpeissasi.