Ste pripravení realizovať 5G/IoT projekty? Prečítajte si tento článok s prehľadom návrhu HDI PCB pre 5G a IoT.
Návrh a výroba dosiek plošných spojov sa v priebehu rokov vyvíjali. Od jednoduchých jednostranných alebo viacvrstvových dosiek až po vysoko sofistikované dosky plošných spojov s vysokou hustotou (HDI). Každý technologický pokrok v oblasti dosiek plošných spojov možno využiť v rôznych technológiách. Jednou z takýchto technológií je 5G alebo IoT. UET PCB (https://uetpcb.com/hdi-pcbs/) sa špecializuje na tieto HDI dosky prispôsobené pre 5G a IoT s optimalizovaným RF a digitálnym výkonom.
Prečo je HDI potrebný pre 5G/IoT?
Zariadenia 5G pracujú v extrémne vysokom frekvenčnom rozsahu (sub-6 GHz až 28-39 GHz mmWave). Pri práci s týmito frekvenciami je potrebné zvážiť rôzne konštrukčné aspekty, pretože:
- Vyššia prevádzková frekvencia vedie k väčším stratám alebo útlmu v určitých materiáloch dosiek plošných spojov.
- Tolerancia rozloženia sa znižuje so znižujúcou sa vlnovou dĺžkou signálu.
- Bežné priechodné otvory môžu vytvárať „pahýle“, ktoré môžu fungovať ako antény.
- Presluchy a EMI sa zvyšujú s prevádzkovou frekvenciou.
- 5G antény sú ultra citlivé na trasy, prechody a medené odlievané konštrukcie
Začatie návrhu 5G PCB
Pred začatím návrhu dosky plošných spojov HDI by ste mali definovať rozloženie dosky plošných spojov. Spolu s tým definujte aj zvolený materiál dosky plošných spojov.
Materiály plošných spojov pre subGHz
Ak pracujete v rozsahu pod 6 GHz (3 – 6 GHz), môžete použiť vysokovýkonné lamináty plošných spojov ako je napríklad:
- Megtron 6 (od spoločnosti Panasonic)
- I-Speed (z Isoly)
- Rogers 4350B
- Rogers 403C
Ak však máte obmedzený rozpočet, môžete zvoliť:
- FR4 alebo FR4 s vysokou teplotou varu (Tg)
Tieto sú výrazne lacnejšie ako materiály spomenuté predtým. Materiál FR-4 s vysokou teplotou skleného prechodu (Tg) je jednoducho FR-4 s vysokou teplotou skleného prechodu (Tg). Tieto materiály môžete použiť, ak vám to vaše výkonnostné rezervy dovoľujú.
Materiály pre plošné spoje mmWave
Ak pracujete v mmWave (24-40+ GHz), určite budete potrebovať laminát PCB s vyššou frekvenciou, ako napríklad:
- Rogers 5880
- Rogers 4350B
- PTFE (lamináty na báze teflónu)
- LCP (polymér z tekutých kryštálov)
- Hybridné zostavy
Keď definujete materiály pre dosky plošných spojov, môžete pokračovať v definovaní zostavy dosiek plošných spojov HDI.
Ako určiť správny HDI PCB Stackup
Najlepšie je určiť optimálne usporiadanie dosiek plošných spojov HDI predtým, ako sa zameriate na čo najvyššiu hustotu smerovania na doskách.
Určenie prevádzkovej frekvencie a materiálu plošných spojov
Najprv určite prevádzkovú frekvenciu vášho projektu, ktorá by mala tiež odrážať, aké materiály DPS sa majú použiť. Ako už bolo spomenuté, existujú rôzne materiály, ktoré môžete použiť pre subGHz a mmWave. Okrem toho budete musieť poznať výrobný proces, ktorý chcete použiť pre danú DPS.
Smerovanie s nízkou alebo vysokou hustotou
Hustota smerovania určuje, aký druh skladania dosiek plošných spojov použiť. Pozrite sa na svoje súčiastky, najmä na dosky BGA. Rozstupy dosiek BGA 0.8 mm – 1 mm nepotrebujú HDI, zatiaľ čo rozstupy pod 0.65 mm ich potrebujú. Príklady nízkych rozstupov zahŕňajú 0.5 mm, 0.4 mm a 0.3 mm. Jemnejšie rozstupy môžu vyžadovať technológiu mikrootvorov alebo via-in-pad.
Určenie rozloženia energie
Dostatočný počet vrstiev napájania, uzemnenia a roviny je kľúčový pre stabilné napájanie. Tento proces ovplyvní počet a rozloženie vrstiev. Okrem toho uzemňovacie vrstvy pomáhajú určiť charakteristiky vedení s riadenou impedanciou a tienenia signálnych vedení. Celkovo tieto vrstvy určite ovplyvnia hustotu smerovania.
Určite si svoj Stackup spolu s vašimi dizajnovými potrebami
Váš projekt veľa hovorí o HDI prepojení, ktoré potrebujete. Napríklad, ak sa zameriavate na základne RF moduly alebo senzorové produkty IoT, môžete zvoliť jednoduchšie prepojenia. Pri prechode na 5G moduly a čipové sady WiFi 6 alebo 7 budete potrebovať jemnejší signálový rozstup PCB a pokročilú štruktúru Via. Prechod na 5G modemy a pokročilé IoT brány si vyžaduje sofistikovanejšie štruktúry Via, vyššiu hustotu smerovania a ultrakrátke prepojovacie cesty. Nižšie je uvedená tabuľka, ktorú môžete použiť ako referenciu:
| HDI PCB stohovanie | Druh projektu | Výhoda/nevýhoda Stackupu |
| 1-N-1 | Základné RF, IoT senzory, spotrebná elektronika | Nízke náklady, jednoduchšia výroba |
| 2-N-2 | Stredne veľké RF, 5G moduly, čipsety Wifi 6/7 | Vyvážené náklady, komplexná výroba |
| 3-N-3 alebo 4-N-4 | Špičkové RF, 5G modemy, IoT brány | Vysoká cena, dlhá dodacia lehota, zložitá výroba |
| Ľubovoľná vrstva | Špičkové, servery, letecký priemysel, medicína, vojenské aplikácie | Vysoká cena, nižší výťažok, dlhá dodacia lehota, zložitá výroba |
Ako dosiahnuť smerovanie s vyššou hustotou
Použite technológiu Microvia
Mikrootvory vám umožňujú prejsť cez úzke miesta na doske plošných spojov HDI a zároveň pomáhajú eliminovať výčnelky generujúce šum. Typ mikrootvorov, ktoré môžete použiť, závisí od vášho výrobného procesu. V ideálnom prípade budete môcť generovať trasy s vyššou hustotou pomocou laserom vŕtaných mikrootvorov.
Jednou zo základných technológií, ktoré možno použiť, je vrstvenie mikroprechodov. Budete môcť prechádzať z jednej vrstvy do druhej bez toho, aby ste zaberali veľa vertikálneho priestoru. Mikroprechody môžete tiež rozmiestniť striedavo, hoci to môže zaberať viac miesta, ale môže to byť spoľahlivejšie. Striedavo usporiadané mikroprechody sú menej náchylné na praskanie, tepelné cyklické zlyhanie a delamináciu.
Použitie Via v Pad
Via-in-pad ponúka prechodku už na BGA ploškách. Táto vlastnosť môže vyžadovať medenú výplň a proces planarizácie. Je jednoduchšie rozložiť prechodku v ploške, pretože nie je potrebné ich stohovať alebo striedať. Odporúča sa použiť via-in-pad pri čistom smerovaní BGA s ultratenkým roztečom. Použitie via-in-padu však má aj nevýhody, ako je nasiakanie spájkovanej pájky, dutiny a praskliny a obavy o spoľahlivosť.
Používajte stopy s jemnou čiarou/rozstupom priestoru
Priame laserové zobrazovanie (LDI) vám môže pomôcť dosiahnuť šírku čiar už od 75 µm. Ak potrebujete jemnejšie čiary, výroba pomocou semiaditívneho pokovovania medenými čiarami (SAP/mSAP) môže pomôcť znížiť šírku čiar až na 25 µm. Upozorňujeme, že pri použití týchto pokročilých výrobných techník môžete potrebovať kontrolovaný proces leptania.
Proces strategického návrhu
Inžinier plošných spojov by mal prevziať zodpovednosť za vývoj strategického návrhového procesu pre návrh dosky plošných spojov. Správne umiestnenie kritických komponentov, ako sú BGA a RF komponenty/moduly, by malo byť na vrchole zoznamu. Starostlivé plánovanie rozvetvenia alebo únikového smerovania BGA umožňuje úplné smerovanie siete na doske; inak môžete skončiť so zachytenými sieťami alebo stopami. Okrem toho by mali byť všetky vedenia s riadenou impedanciou starostlivo spravované pomocou nástrojov a stratégií integrity signálu.
Záver
Na dosiahnutie vyššej hustoty zapojenia pre vaše projekty s doskami plošných spojov pre 5G a IoT budete potrebovať starostlivý výber materiálu pre dosky plošných spojov, pokročilé výrobné procesy a dobre navrhnuté usporiadanie dosiek plošných spojov. Spolu s tým sú nevyhnutné starostlivé techniky rozmiestnenia a smerovania súčiastok, aby sa predišlo zbytočným komplikáciám a oneskoreniam pri dosahovaní 100 % zapojenia. Spoločnosť UET PCB s viac ako 15-ročnými skúsenosťami s výrobou a montážou dosiek plošných spojov vám môže pomôcť so všetkými vašimi potrebami v oblasti výroby 5G a IoT.