Ste pripravljeni na projekte 5G/IoT? Preberite ta članek za pregled načrtovanja HDI tiskanih vezij za 5G in IoT.
Zasnova in proizvodnja tiskanih vezij sta se skozi leta razvijala. Od preprostih enostranskih ali večplastnih plošč do visoko sofisticiranih tiskanih vezij visoke gostote (HDI). Vsak tehnološki napredek na področju tiskanih vezij se lahko uporablja v različnih tehnologijah. Ena takšnih tehnologij je 5G ali IoT. UET PCB (https://uetpcb.com/hdi-pcbs/) je specializiran za te HDI plošče, prilagojene za 5G in IoT z optimizirano RF in digitalno zmogljivostjo.
Zakaj je HDI potreben za 5G/IoT?
Naprave 5G delujejo v izjemno visokem frekvenčnem območju (pod 6 GHz do 28–39 GHz mmWave). Pri delu s temi frekvencami je treba upoštevati različne zasnove, ker:
- Višja delovna frekvenca povzroči večje izgube ali slabljenje v nekaterih materialih tiskanih vezij.
- Toleranca postavitve se zmanjšuje z zmanjševanjem valovne dolžine signala.
- Navadne skoznje luknje lahko ustvarijo "škrinje", ki lahko delujejo kot antene.
- Presluh in elektromagnetne motnje se povečujejo z delovno frekvenco.
- 5G antene so izjemno občutljive na sledi, prehodne priključke in bakrene litja
Začetek načrtovanja 5G tiskanega vezja
Preden začnete načrtovati tiskano vezje HDI, morate določiti strukturo tiskanega vezja. Poleg tega določite tudi izbrani material tiskanega vezja.
Materiali za tiskana vezja pod GHz
Če delate v območju pod 6 GHz (3–6 GHz), lahko uporabite visokozmogljivi laminati tiskanih vezij kot so:
- Megtron 6 (od Panasonica)
- I-Speed (iz Isole)
- Rogers 4350B
- Rogers 403C
Če pa imate omejen proračun, lahko izberete:
- FR4 ali FR4 z visoko temperaturo
Ti so bistveno cenejši od prej omenjenih materialov. Material FR-4 z visoko temperaturo steklastega prehoda (Tg) je preprosto FR-4 z visoko temperaturo steklastega prehoda (Tg). Te materiale lahko uporabite, če vam to dopuščajo vaše zmogljivostne rezerve.
Materiali za tiskana vezja mmWave
Če delate v milimetrskem valovnem območju (24-40+ GHz), boste zagotovo potrebovali laminat tiskanega vezja z višjo frekvenco, kot je na primer:
- Rogers 5880
- Rogers 4350B
- PTFE (laminati na osnovi teflona)
- LCP (polimer s tekočimi kristali)
- Hibridni skladi
Ko definirate materiale za tiskana vezja, lahko nadaljujete z definiranjem sklada HDI tiskanih vezij.
Kako določiti pravo zlaganje tiskanih vezij HDI
Najbolje je določiti optimalno razporeditev tiskanih vezij HDI, preden si prizadevate za najvišjo možno gostoto usmerjanja na vaših ploščah.
Določite delovno frekvenco in material tiskanega vezja
Najprej določite delovno frekvenco vašega projekta, ki mora odražati tudi materiale tiskanih vezij, ki jih boste uporabili. Kot smo že omenili, obstajajo različni materiali, ki jih lahko uporabite za subGHz in mmWave. Poleg tega boste morali poznati proizvodni postopek, ki ga nameravate uporabiti za to tiskano vezje.
Usmerjanje z nizko ali visoko gostoto
Gostota usmerjanja označuje, katero zlaganje tiskanih vezij uporabiti. Oglejte si svoje komponente, zlasti BGA-je. Razmiki BGA od 0.8 mm do 1 mm ne potrebujejo HDI-ja, medtem ko jih razmiki pod 0.65 mm potrebujejo. Primeri nizkih razmikov vključujejo 0.5 mm, 0.4 mm in 0.3 mm. Za manjše razmike je morda potrebna tehnologija mikroprehodov ali prehodov v blazinici.
Določite porazdelitev moči
Zadostna količina napajalnih, ozemljitvenih in ravninskih plasti je ključnega pomena za stabilno dobavo energije. Ta postopek bo vplival na število in porazdelitev plasti. Poleg tega ozemljitvene plasti pomagajo določiti značilnosti impedančno nadzorovanih vodov in zaščite signalnih vodov. Na splošno bodo te plasti zagotovo vplivale na gostoto usmerjanja.
Določite svoj Stackup skupaj s svojimi oblikovalskimi potrebami
Vaš projekt veliko pove o HDI stackupu, ki ga potrebujete. Če se na primer ukvarjate z RF moduli začetnega razreda ali senzorji IoT, se lahko odločite za preprostejše stackup-e. Pri prehodu na 5G module in čipove WiFi 6 ali 7 boste potrebovali natančnejši signalni korak PCB-ja in napredno strukturo prekopov. Prehod na 5G modeme in napredne IoT prehode zahteva bolj sofisticirane strukture prekopov, večjo gostoto usmerjanja in ultra kratke medsebojne povezave. Spodaj je tabela, ki jo lahko uporabite kot referenco:
| HDI PCB Stackup | Vrsta projekta | Prednost/slabost Stackup-a |
| 1-N-1 | Vstopni RF, IoT senzorji, Potrošniška elektronika | Nizki stroški, enostavnejša izdelava |
| 2-N-2 | Srednjega razreda RF, 5G moduli, Wifi 6/7 čipi | Uravnoteženi stroški, kompleksna izdelava |
| 3-N-3 ali 4-N-4 | Vrhunski RF, 5G modemi, IoT prehodi | Visoki stroški, dolgi roki izdelave, zapletena izdelava |
| Poljubna plast | Vrhunske aplikacije, strežniki, letalstvo, medicina, vojaška industrija | Visoki stroški, nižji izkoristek, dolg dobavni rok, zapletena izdelava |
Kako doseči usmerjanje z višjo gostoto
Uporabite tehnologijo Microvia
Mikroprehodi vam omogočajo, da preidete skozi ozka mesta na tiskanem vezju HDI, hkrati pa pomagate odpraviti šume. Vrsta mikroprehodov, ki jih lahko uporabite, je odvisna od vašega proizvodnega procesa. V idealnem primeru boste lahko ustvarili vodenje z večjo gostoto z uporabo lasersko izvrtanih mikroprehodov.
Ena ključnih tehnologij, ki jih je mogoče uporabiti, je zlaganje mikro prehodov. Prehod iz ene plasti v drugo bo omogočen brez zavzemanja veliko navpičnega prostora. Mikro prehode lahko tudi razporedite postopno, čeprav to lahko zavzame več prostora, vendar je lahko bolj zanesljivo. Zložljivi mikro prehodi so manj nagnjeni k razpokam, toplotnim ciklom in delaminaciji.
Uporaba Via v Pad-u
Prehod v ploščici (via-in-pad) ponuja prehod, ki je že na BGA ploščicah. Ta lastnost lahko zahteva bakreno polnjenje in postopek planarizacije. Prehod v ploščici je lažje razporediti, saj ni potrebe po zlaganju ali stopničastem razporejanju prehodov. Priporočljivo je uporabiti prehod v ploščici pri čistem usmerjanju BGA-jev z ultra finim korakom. Vendar pa obstajajo slabosti uporabe prehoda v ploščici, kot so odvajanje spajkanja, praznine in razpoke ter pomisleki glede zanesljivosti.
Uporabite sledi tankih črt/presledkov
Z laserskim direktnim slikanjem (LDI) lahko dosežete širino sledi do 75 µm. Če potrebujete finejše črte, lahko s pol-aditivno bakreno prevleko (SAP/mSAP) dosežete širino sledi do 25 µm. Upoštevajte, da boste pri uporabi teh naprednih proizvodnih tehnik morda potrebovali nadzorovan postopek jedkanja.
Proces strateškega načrtovanja
Inženir tiskanih vezij bi moral prevzeti odgovornost za razvoj strateškega procesa načrtovanja tiskanih vezij. Pravilna postavitev kritičnih komponent, kot so BGA in RF komponente/moduli, bi morala biti na vrhu seznama. Skrbno načrtovanje razcepitve ali pobega BGA omogoča popolno usmerjanje omrežja na vaši plošči; sicer lahko pride do ujetih omrežij ali sledi. Poleg tega je treba vse linije s krmiljeno impedanco skrbno upravljati z orodji in strategijami za integriteto signala.
zaključek
Za doseganje večje gostote ožičenja pri vaših projektih 5G in IoT tiskanih vezij boste potrebovali skrbno izbiro materiala za tiskana vezja, napredne postopke izdelave in dobro zasnovano zlaganje tiskanih vezij. Poleg tega so skrbne tehnike postavitve in usmerjanja komponent nujne, da se izognete nepotrebnim zapletom in zamudam pri doseganju 100-odstotnega ožičenja. UET PCB vam lahko z več kot 15-letnimi izkušnjami na področju proizvodnje in sestavljanja tiskanih vezij pomaga pri vseh vaših proizvodnih potrebah za 5G in IoT.