מוכנים לבצע פרויקטים של 5G/IoT? קראו מאמר זה לקבלת סקירה כללית של תכנון מעגלים מודפסים HDI עבור 5G ו-IoT.
תכנון וייצור של מעגלים מודפסים התפתחו לאורך השנים. מלוחות פשוטים חד-צדדיים או רב-שכבתיים, ועד למעגלים מודפסים בצפיפות גבוהה (HDI) מתוחכמים ביותר. כל התקדמות טכנולוגית בלוחות מעגלים מודפסים יכולה לשמש בטכנולוגיות שונות. טכנולוגיה אחת כזו היא 5G או IoT. מעגל מודפס UET (https://uetpcb.com/hdi-pcbs/) מתמחה בלוחות HDI אלה המותאמים ל-5G ו-IoT עם ביצועים אופטימליים של RF ודיגיטל.
מדוע HDI נחוץ עבור 5G/IoT?
מכשירי 5G פועלים בטווח תדרים גבוה במיוחד (גלי מ"מ מתחת ל-6 גיגה-הרץ עד 28-39 גיגה-הרץ). ישנם שיקולי תכנון שונים בעת עבודה עם תדרים אלה מכיוון ש:
- תדר פעולה גבוה יותר גורם לאובדן או הנחתה גדולים יותר בחומרי PCB מסוימים.
- סבילות הפריסה פוחתת ככל שאורך הגל של האות פוחת.
- חורים עוברים רגילים יכולים לייצר "גדמים" שיכולים לפעול כמו אנטנות.
- קרוסטוק ו-EMI עולים עם תדירות הפעולה.
- אנטנות 5G רגישות במיוחד לעקבות, ויא ותכנוני יציקת נחושת
התחלת תכנון PCB 5G
עליך להגדיר את מערך המעגלים המודפסים שלך לפני שתתחיל בתכנון מעגל המודפס המודפס ה-HDI שלך. יחד עם זאת, הגדירו את חומר המעגל המודפס שבחרתם.
חומרי PCB תת-GHz
אם אתם עובדים בטווח תת-6 גיגה-הרץ (3 - 6 גיגה-הרץ), תוכלו להשתמש למינציות PCB בעלות ביצועים גבוהים כגון:
- מגטרון 6 (מבית פנסוניק)
- איי-ספיד (מאיזולה)
- רוג'רס 4350B
- רוג'רס 403C
עם זאת, אם יש לכם תקציב מוגבל, תוכלו לבחור ב:
- FR4 או FR-4 עם Tg גבוה
אלו זולים משמעותית מהחומרים שהוזכרו קודם לכן. חומר FR-4 בעל Tg גבוה הוא פשוט FR-4 עם טמפרטורת מעבר זכוכיתית (Tg) גבוהה. ניתן להשתמש בחומרים אלו אם שולי הביצועים שלכם מאפשרים זאת.
חומרי PCB של גל mm
אם אתם עובדים בגלי mmWave (24-40+ GHz), בוודאות תצטרכו למינציה של PCB בתדר גבוה יותר, כגון:
- רוג'רס 5880
- רוג'רס 4350B
- PTFE (למינציות מבוססות טפלון)
- LCP (פולימר גביש נוזלי)
- סטקאפים היברידיים
לאחר שתגדירו את חומרי ה-PCB שלכם, תוכלו להמשיך להגדרת מערך ה-PCB HDI שלכם.
כיצד לקבוע את ערמת המעגלים המודפסים HDI הנכונה
עדיף לקבוע את מערך המעגלים המודפסים HDI האופטימלי לפני שתכוון לצפיפות הניתוב הגבוהה ביותר האפשרית בלוחות שלך.
קביעת תדירות פעולה וחומר PCB
ראשית, קבעו את תדר הפעולה של הפרויקט שלכם, אשר אמור לשקף גם את חומרי המעגל המודפס (PCB) בהם יש להשתמש. כפי שצוין קודם לכן, ישנם חומרים שונים בהם ניתן להשתמש עבור תת-GHz ו-mmWave. בנוסף, תצטרכו לדעת את תהליך הייצור בו אתם מתכוונים להשתמש עבור אותו PCB.
ניתוב בצפיפות נמוכה או גבוהה
צפיפות הניתוב מציינת באיזה מעגל מודפס להשתמש. התבוננו ברכיבים שלכם, במיוחד ב-BGA. פסיעות BGA של 0.8 מ"מ - 1 מ"מ אינן דורשות HDI, בעוד שפסיעות מתחת ל-0.65 מ"מ דורשות זאת. דוגמאות לפסיעות נמוכות כוללות 0.5 מ"מ, 0.4 מ"מ ו-0.3 מ"מ. פסיעות עדינות יותר עשויות לדרוש טכנולוגיית microvia או via-in-pad.
קביעת חלוקת הכוח
נוכחות מספקת של שכבות הספק, הארקה ושכבות מישור היא קריטית לאספקת חשמל יציבה. תהליך זה ישפיע על מספר השכבות ועל פיזורן. בנוסף, שכבות הארקה מסייעות לקבוע את המאפיינים של קווים מבוקרי עכבה ומיגון קווי האות. בסך הכל, שכבות אלו בהחלט ישפיעו על צפיפות הניתוב.
קבע את ה-Stackup שלך יחד עם צרכי העיצוב שלך
הפרויקט שלך אומר הרבה על מבנה ה-HDI שאתה צריך. לדוגמה, אם אתה מתעניין במודולי RF ברמת כניסה או במוצרי חיישני IoT, אתה יכול לבחור במערכות פשוטות יותר. כשאתה עובר למודולי 5G וערכות שבבים WiFi 6 או 7, תצטרך פסיעה עדינה יותר של אות PCB ומבנה ויה מתקדם. מעבר למודמים של 5G ושערי IoT מתקדמים דורש מבני ויה מתוחכמים יותר, צפיפות ניתוב גבוהה יותר ונתיבי חיבור קצרים במיוחד. להלן טבלה שתוכל להשתמש בה כנקודת התייחסות:
| HDI PCB Stackup | סוג הפרויקט | יתרון/חיסרון של סטאקאפ |
| 1-N-1 | RF ברמת כניסה, חיישני IoT, מוצרי אלקטרוניקה | עלות נמוכה, ייצור פשוט יותר |
| 2-N-2 | RF לטווח בינוני, מודולי 5G, ערכות שבבים Wifi 6/7 | עלות מאוזנת, ייצור מורכב |
| 3-N-3 או 4-N-4 | RF מתקדם, מודמים 5G, שערי IoT | עלות גבוהה, זמן אספקה ארוך, ייצור מורכב |
| כל שכבה | יישומים מתקדמים, שרתים, תעופה וחלל, רפואה, צבאיים | עלות גבוהה, תפוקה נמוכה יותר, זמן אספקה ארוך, ייצור מורכב |
כיצד להשיג ניתוב בצפיפות גבוהה יותר
השתמש בטכנולוגיית Microvia
מיקרו-ויאס מאפשרות לך לעבור דרך מקומות צרים במעגל המודפס HDI שלך, ובמקביל מסייעות בהעלמת קטעים שמייצרים רעשים. סוג המיקרו-ויאס שתוכל להשתמש בו תלוי בתהליך הייצור שלך. באופן אידיאלי, תוכל לייצר ניתוב בצפיפות גבוהה יותר באמצעות מיקרו-ויאס קדוח בלייזר.
טכנולוגיית ליבה אחת לשימוש היא הצבת מיקרו-ויאס. תוכלו לעבור משכבה אחת לאחרת מבלי לתפוס מקום אנכי רב. ניתן גם להציב את המיקרו-ויאס שלכם בדירוג, למרות שזה יכול לתפוס יותר מקום, אבל זה יכול להיות אמין יותר. מירוביות בדירוג פחות נוטות לסדקים, כשל תרמי מחזורי והתפרקות.
שימוש ב-Via ב-Pad
פד ויה-אין מציע פתח ויה שכבר נמצא על פדי ה-BGA. מאפיין זה עשוי לדרוש מילוי נחושת ותהליך פלנריזציה. קל יותר לפזר פתח ויה בתוך פדים, מכיוון שאין צורך בערימה או דירוג של ויות. מומלץ להשתמש בפד ויה-אין בעת ניתוב נקי של כבלי BGA בעלי פסיעה דקה במיוחד. עם זאת, ישנם חסרונות לשימוש בפד ויה-אין, כגון ספיגת הלחמה, חללים וסדקים, וחששות אמינות.
השתמש בעקבות קווים דקים/רווחים
הדמיה ישירה בלייזר (LDI) יכולה לעזור לכם להשיג רוחב עקבות נמוך עד 75 מיקרון. אם אתם זקוקים לקווים עדינים יותר, ייצור באמצעות ציפוי נחושת חצי-אדיטיבי (SAP/mSAP) יכול לעזור לכם לרדת לרוחב העקבות ל-25 מיקרון. שימו לב שייתכן שתזדקקו לתהליך איכול מבוקר בעת שימוש בטכניקות ייצור מתקדמות אלו.
תהליך עיצוב אסטרטגי
מהנדס המעגלים המודפסים צריך להיות אחראי על פיתוח תהליך תכנון אסטרטגי לתכנון המעגל המודפס. מיקום נכון של רכיבים קריטיים, כגון כבלי BGA ורכיבי/מודולים RF, צריך להיות בראש הרשימה. תכנון קפדני של ניתוב המפרש או המפלט של כבלי BGA מאפשר ניתוב רשת מלא של הלוח; אחרת, אתם עלולים להיתקל ברשתות או עקבות לכידת אות. בנוסף, יש לנהל בקפידה את כל קווי העכבה הנשלטת באמצעות כלים ואסטרטגיות שלמות אות.
סיכום
תזדקקו לבחירה קפדנית של חומרי PCB, תהליכי ייצור מתקדמים ומערכת PCB מתוכננת היטב כדי להשיג חיווט בצפיפות גבוהה יותר עבור פרויקטי PCB 5G ו-IoT שלכם. יחד עם זאת, טכניקות ניתוב ופריסה קפדניות של רכיבים הן חובה כדי למנוע סיבוכים ועיכובים מיותרים ולהגיע לחיווט מלא של 100%. UET PCB, עם יותר מ-15 שנות ניסיון בייצור והרכבת PCB, יכולה לעזור לכם בכל צרכי הייצור שלכם ב-5G ו-IoT.