5G/IoT projeleri yapmaya hazır mısınız? 5G ve IoT için HDI PCB'lerin tasarımına genel bir bakış için bu makaleyi okuyun.
PCB tasarımı ve üretimi yıllar içinde gelişti. Basit tek taraflı veya çok katmanlı kartlardan, son derece gelişmiş Yüksek Yoğunluklu (HDI) PCB'lere kadar. Baskılı devre kartlarındaki her teknolojik gelişme, çeşitli teknolojilerde kullanılabilir. Bu teknolojilerden biri de 5G veya IoT'dir. UET PCB (https://uetpcb.com/hdi-pcbs/Bu firma, 5G ve IoT için optimize edilmiş RF ve dijital performansa sahip, özel olarak tasarlanmış HDI kartlarında uzmanlaşmıştır.
5G/IoT için HDI'ya neden ihtiyaç duyuluyor?
5G cihazları son derece yüksek frekans aralığında (6 GHz altı ila 28-39 GHz mmWave) çalışır. Bu frekanslarla çalışırken çeşitli tasarım hususları dikkate alınmalıdır çünkü:
- Daha yüksek çalışma frekansı, bazı PCB malzemelerinde daha büyük kayıp veya zayıflamaya neden olur.
- Sinyal dalga boyu azaldıkça yerleşim toleransı da azalır.
- Sıradan delikler, anten görevi görebilen "çıkıntılar" oluşturabilir.
- Çalışma frekansı arttıkça çapraz etkileşim ve elektromanyetik girişim de artar.
- 5G antenleri, izlere, geçiş yollarına ve bakır döküm tasarımlarına karşı son derece hassastır.
5G PCB Tasarımına Başlamak
HDI PCB tasarımına başlamadan önce PCB katman yapısını belirlemelisiniz. Bununla birlikte, seçtiğiniz PCB malzemesini de tanımlamalısınız.
Sub-GHz PCB Malzemeleri
Eğer 6 GHz altı frekans aralığında (3 – 6 GHz) çalışıyorsanız, şunları kullanabilirsiniz: yüksek performanslı PCB laminatları örneğin:
- Megtron 6 (Panasonic'ten)
- I-Speed (Isola'dan)
- 4350B
- Rogers 403C
Ancak, bütçeniz kısıtlıysa şunları tercih edebilirsiniz:
- FR4 veya Yüksek Tg FR-4
Bunlar, daha önce bahsedilen malzemelere göre önemli ölçüde daha ucuzdur. Yüksek Tg'li FR-4 malzeme, yüksek cam geçiş sıcaklığına (Tg) sahip bir FR-4'tür. Performans marjlarınız izin veriyorsa bu malzemeleri kullanabilirsiniz.
mmWave PCB Malzemeleri
Eğer milimetre dalga (24-40+ GHz) frekans aralığında çalışıyorsanız, kesinlikle daha yüksek frekanslı bir PCB laminatına ihtiyacınız olacaktır, örneğin:
- 5880
- 4350B
- PTFE (Teflon bazlı laminatlar)
- LCP (Sıvı Kristal Polimer)
- Hibrit Yığınlar
PCB malzemelerinizi tanımladıktan sonra, HDI PCB katman yapısını tanımlamaya geçebilirsiniz.
Doğru HDI PCB Katman Yapısını Nasıl Belirleyebilirsiniz?
Kartlarınızda mümkün olan en yüksek yönlendirme yoğunluğunu hedeflemeden önce, en uygun HDI PCB katman düzenini belirlemek en iyisidir.
Çalışma Frekansını ve PCB Malzemesini Belirleyin
Öncelikle, projenizin çalışma frekansını belirleyin; bu frekans, hangi PCB malzemelerini kullanacağınızı da yansıtmalıdır. Daha önce de belirtildiği gibi, Sub-GHz ve mmWave için kullanabileceğiniz farklı malzemeler vardır. Ayrıca, bu PCB için kullanmayı düşündüğünüz üretim sürecini de bilmeniz gerekecektir.
Düşük veya Yüksek Yoğunluklu Yönlendirme
Yönlendirme yoğunluğu, hangi PCB katmanlama yapısının kullanılacağını gösterir. Bileşenlerinize, özellikle de BGA'lara bir göz atın. 0.8 mm – 1 mm BGA aralıkları HDI gerektirmezken, 0.65 mm'nin altındaki aralıklar gerektirir. Düşük aralıklara örnek olarak 0.5 mm, 0.4 mm ve 0.3 mm verilebilir. Daha ince aralıklar mikrovia veya via-in-pad teknolojisi gerektirebilir.
Güç Dağıtımını Belirleyin
Yeterli güç, topraklama ve düzlem katmanlarına sahip olmak, istikrarlı güç iletimi için kritik öneme sahiptir. Bu işlem, katman sayınızı ve dağılımınızı etkileyecektir. Ek olarak, topraklama katmanları, empedans kontrollü hatların ve sinyal hattı korumasının özelliklerini belirlemeye yardımcı olur. Genel olarak, bu katmanlar yönlendirme yoğunluğunuzu kesinlikle etkileyecektir.
Tasarım ihtiyaçlarınızla birlikte katman yapınızı belirleyin.
Projeniz, ihtiyaç duyduğunuz HDI katman yapısı hakkında çok şey söylüyor. Örneğin, giriş seviyesi RF modülleri veya IoT sensör ürünleri ile ilgileniyorsanız, daha basit katman yapılarını tercih edebilirsiniz. 5G modüllerine ve WiFi 6 veya 7 yonga setlerine geçerken, daha ince bir PCB sinyal aralığına ve gelişmiş via yapısına ihtiyacınız olacak. 5G modemlere ve gelişmiş IoT ağ geçitlerine geçiş, daha karmaşık via yapıları, daha yüksek yönlendirme yoğunluğu ve ultra kısa ara bağlantı yolları gerektirir. Aşağıda referans olarak kullanabileceğiniz bir tablo bulunmaktadır:
| HDI PCB Yığını | Proje Türü | Avantaj/Dezavantaj Karşılaştırması |
| 1-K-1 | Giriş seviyesi RF, IoT sensörleri, Tüketici elektroniği | Düşük maliyet, daha basit üretim |
| 2-K-2 | Orta seviye RF, 5G Modülleri, Wifi 6/7 yonga setleri | Dengeli maliyet, karmaşık imalat |
| 3-N-3 veya 4-N-4 | Üst düzey RF, 5G modemler, IoT ağ geçitleri | Yüksek maliyet, uzun teslim süresi, karmaşık imalat |
| Herhangi Bir Katman | Üst düzey, Sunucular, Havacılık ve Uzay, Tıp, Askeri uygulamalar | Yüksek maliyet, düşük verim, uzun teslim süresi, karmaşık üretim |
Daha Yüksek Yoğunluklu Yönlendirme Nasıl Elde Edilir?
Microvia Teknolojisini Kullanın
Mikrovia'lar, HDI PCB'nizdeki dar alanlardan geçmenizi sağlarken aynı zamanda gürültü üreten çıkıntıları ortadan kaldırmaya da yardımcı olur. Kullanabileceğiniz mikrovia türü, üretim sürecinize bağlıdır. İdeal olarak, lazerle delinmiş mikrovia'lar kullanarak daha yüksek yoğunluklu yönlendirme oluşturabilirsiniz.
Kullanılacak temel teknolojilerden biri mikro vias'ları üst üste yerleştirmektir. Bu sayede dikey alanda fazla yer kaplamadan bir katmandan diğerine geçiş yapabilirsiniz. Mikro vias'larınızı kademeli olarak da yerleştirebilirsiniz; bu daha fazla yer kaplasa da daha güvenilir olabilir. Kademeli mikro vias'lar çatlama, termal döngü arızası ve katman ayrılmasına daha az eğilimlidir.
Pad'de Via Kullanımı
Via-in-pad, BGA pedlerinde zaten mevcut bir via sunar. Bu özellik, bakır dolgu ve düzleştirme işlemi gerektirebilir. Via'ları üst üste yığmaya veya kademeli olarak yerleştirmeye gerek olmadığı için, bir ped içinde via'yı yaymak daha kolaydır. Ultra ince aralıklı BGA'ları temiz bir şekilde yönlendirirken via-in-pad kullanılması önerilir. Bununla birlikte, lehimin yayılması, boşluklar ve çatlaklar ve güvenilirlik endişeleri gibi via-in-pad kullanımının dezavantajları da vardır.
İnce Çizgi/Boşluk Aralığı İzlerini Kullanın
Lazer Doğrudan Görüntüleme (LDI), 75 µm kadar düşük iz genişlikleri elde etmenize yardımcı olabilir. Daha ince çizgiler gerekiyorsa, yarı katkılı bakır kaplama (SAP/mSAP) kullanarak izlerinizi 25 µm'ye kadar inceltebilirsiniz. Bu gelişmiş üretim tekniklerini kullanırken kontrollü bir aşındırma işlemine ihtiyaç duyabileceğinizi unutmayın.
Stratejik Tasarım Süreci
PCB mühendisi, PCB tasarımı için stratejik bir tasarım süreci geliştirmekten sorumlu olmalıdır. BGA'lar ve RF bileşenleri/modülleri gibi kritik bileşenlerin doğru yerleştirilmesi listenin en başında yer almalıdır. BGA'ların dağıtım veya kaçış yönlendirmesinin dikkatlice planlanması, kartınızın eksiksiz ağ yönlendirmesini sağlar; aksi takdirde, sıkışmış ağlar veya izlerle karşılaşabilirsiniz. Ek olarak, tüm kontrollü empedans hatları, sinyal bütünlüğü araçları ve stratejileri kullanılarak dikkatlice yönetilmelidir.
Sonuç
5G ve IoT PCB projelerinizde daha yüksek yoğunluklu kablolama elde etmek için dikkatli PCB malzeme seçimi, gelişmiş üretim süreçleri ve iyi tasarlanmış bir PCB katman yapısına ihtiyacınız olacak. Bunun yanı sıra, %100 kablolama hedefinize ulaşmak için gereksiz komplikasyonlardan ve gecikmelerden kaçınmak adına dikkatli bileşen yerleşimi ve yönlendirme teknikleri şarttır. 15 yılı aşkın PCB üretim ve montaj deneyimine sahip UET PCB, tüm 5G ve IoT üretim ihtiyaçlarınızda size yardımcı olabilir.