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5G-PCB-Design: Die Zukunft der Hochgeschwindigkeitsplatinen

Inhaltsverzeichnis
Ein Beispiel für eine 5G-Leiterplatte
Ein Beispiel für eine 5G-Leiterplatte
Ressource: https://www.researchgate.net

Da die Welt von 4G- auf superschnelle 5G-Netzwerke umsteigt, ist der Bedarf an fortschrittlichen Leiterplatten heute wichtiger denn je. Die 5G-Leiterplatte muss höhere Frequenzsituationen bewältigen, was besondere Eigenschaften als die herkömmliche Leiterplatte erfordert. Hier erklären wir die Herausforderungen, denen sich das 5G-PCB-Design gegenübersieht, und die Regeln, die seinen Produktionsprozess regeln.

Was ist eine 5G-Leiterplatte?

Bei der 5G-Leiterplatte handelt es sich um einen Platinentyp, der mit besonderen Funktionen entwickelt wurde, um den optimalen Betrieb von 5G-Kommunikationssystemen sicherzustellen. Die 5G-Platine weist höhere Spezifikationen auf als die herkömmliche Leiterplatte.

Dazu gehören neben anderen Anforderungen wie der richtigen Materialauswahl auch fortschrittliche Wärmeableitungssysteme, optimierte Leiterbahnen und Teile zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen. Aber was ist 5G überhaupt?

Technologie

5G (oder Technologie der fünften Generation) lässt sich am besten als Modernisierung definieren 4G Netzwerken und die neuesten Fortschritte bei drahtlosen Systemen. 5G-Netze arbeiten mit extrem hohen Frequenzen – mit Wellenlängen im mm-Bereich – und bieten die derzeit höchsten Datenübertragungsraten.

Beispielsweise können 5G-Geschwindigkeiten bis zu 20 Gbit/s erreichen, was die Geschwindigkeit von 4G-Netzwerken um das Zehn- bis Zwanzigfache übertrifft. Das bedeutet aber auch, dass spezielle Hardware erforderlich ist, um die höheren Anforderungen zu unterstützen. Dies bezieht sich vor allem auf die Notwendigkeit einer einzigartigen Art von Leiterplatte, der sogenannten 10G-Leiterplatte.

5G-Platine

Die 5G-Leiterplatte ist nach ihren Funktionen benannt, die speziell für die Unterstützung der höheren Datenraten und der extrem hohen Frequenzniveaus von 5G-Kommunikationssystemen entwickelt wurden. Dazu gehört alles von der Dicke der Platine und ihren Rohstoffen bis hin zum Design der Kupferleiterbahnen und anderen Eigenschaften.

Daher müssen in allen Phasen des Produktionsprozesses der Platine, insbesondere in der Designphase, angemessene Überlegungen angestellt werden. Im folgenden Abschnitt werden die wichtigsten Anforderungen für den 5G-Leiterplattendesignprozess untersucht.

5G-PCB-Design
5G-PCB-Design
Ressource: https://spectrum.ieee.org

5G-PCB-Design

5G-Netzwerke erfordern als anspruchsvolle Systeme spezielle Leiterplatten, um effektiv zu funktionieren. DAHER ist das 5G-PCB-Design ein kritischer Prozess, der angemessene Planung und Fachwissen erfordert. Um dies auf die Einzelheiten einzugrenzen, müssen Designer beim Erstellen einer Leiterplatte mit 5G-Anforderungen Folgendes sicherstellen.

Substrat

Das 5G-Board soll hochfrequente Signale verarbeiten. Dabei geht viel Energie in Form von Wärme verloren. Daher ist die Auswahl eines geeigneten Materials, das Wärme ableiten kann, die erste Anforderung beim Entwurf dieser Art von Leiterplatte.

Also ein Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit Ist bevorzugt. Im Idealfall bedeutet das, andere Materialien als das Standard-FR4 zu erkunden, einschließlich flexibler und nicht flexibler Substrate.

Zusätzlich zur Wärmeleitfähigkeit muss ein 5G-PCB-Substrat über Folgendes verfügen: Dielektrizitätskonstante Wert, der möglichst niedrig ist. Das liegt daran, dass die dielektrischen Verluste bei höheren Frequenzen höher sind, was sich auf die Leistung des Boards beim Einsatz in 5G-Anwendungen auswirkt.

Traces (Spuren)

Länge, Breite und Abstand der Leiterbahnen müssen beim 5G-PCB-Design sorgfältig berücksichtigt werden. Um Verluste zu minimieren, sollten die Leiterbahnen möglichst kurz gehalten werden. Ihre Breite und Abstände sollten korrekt bemessen sein, um die Impedanz konstant und die Signalverzerrung gering zu halten.

Neben der Größe und dem Abstand der Gleise müssen ihre Oberflächen glatt bleiben. Unregelmäßige oder unebene Leiteroberflächen nehmen zu Widerstandsverluste durch eine Verringerung der Phasengeschwindigkeit der Leiterplattensignale.

Dies bedeutet unter anderem eine Änderung in der Art und Weise, wie das 5G-Board hergestellt wird. Beispielsweise empfiehlt sich das subadditive Verfahren, wenn es darum geht, die Geometrie und Präzision der Kupferleiterbahnen beizubehalten Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten.

EMI

EMI bzw. elektromagnetische Störungen im weiteren Sinne sind ein ernstes Problem, wenn es um 5G-Leiterplatten geht. Das liegt daran, dass mit höheren Frequenzen ein erhöhtes Maß an elektromagnetischer Strahlung einhergeht, was die Integrität von Signalen beeinträchtigen und zu Datenverlust und anderen Auswirkungen führen kann.

Während des 5G-PCB-Designprozesses müssen Abhilfemaßnahmen ergriffen werden. Dazu gehören ordnungsgemäße EMI-Abschirmtechniken wie Abschirmdosen und Dichtungen, die Verwendung von Masseebenen und die korrekte Platzierung der Komponenten. Es können auch EMI-Filterteile eingesetzt werden.

5G PCB-Antenne
5G PCB-Antenne
Ressource: https://www.edn.com

5G PCB-Designregeln

Bei der Entwicklung und Herstellung von Leiterplatten für den Einsatz in 5G-Systemen, wie z. B. der 5G-Leiterplattenantenne, dem Leistungsverstärker usw., gelten mehrere Regeln. Zu den wichtigsten dieser Regeln, die den besonderen Anforderungen von Hochgeschwindigkeitsboards gerecht werden sollen, gehören die folgenden.

1. Achten Sie beim Entwurf einer 5G-Leiterplatte darauf, dass die Materialien nicht schnell zerfallen oder durch Delamination oder Abblätterungen beschädigt werden, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden.

2. Verwenden Sie ein Laminat, dessen Dicke ¼ bis ⅛ des beträgt Wellenlänge der höchsten Frequenz der spezifischen 5G-Leiterplatte. Dadurch sollen Signalverzerrungen vermieden werden, die auftreten können, wenn das Laminat zu dünn oder zu dick ist.

3. Für die 5G-Leiterplatte werden minimale Lötmasken empfohlen. Das liegt daran, dass Lötstoppmasken bei hoher Luftfeuchtigkeit Feuchtigkeit anziehen können.

Übermäßige Feuchtigkeit würde zu Veränderungen der angegebenen Werte für die Dielektrizitätskonstante des Substrats führen Verlustfaktor, was zu einer verminderten Leistung der Übertragungsleitungen führt.

4. Neben den genannten Überlegungen muss beim Entwurf eines 5G-Boards auch auf die späteren Phasen seines Herstellungsprozesses Wert gelegt werden.

Aufgrund ihrer besonderen Anforderungen lässt sich beispielsweise eine 5G-Platine am besten mit automatisierten Geräten wie AOI prüfen. Dies gewährleistet eine höhere Qualität und trägt dazu bei, den höheren Anforderungen von 5G-Technologieprodukten gerecht zu werden.

Zusammenfassung

Bei der 5G-Leiterplatte handelt es sich um eine spezielle Leiterplatte, die beim Entwurf oder der Herstellung besondere Überlegungen erfordert. Zusätzlich zu den besonderen Anforderungen an Hochgeschwindigkeits- und Hochfrequenzsignale muss dieser Platinentyp den Branchenvorschriften für 5G-Anwendungen entsprechen. Das bedeutet viel für Leiterplattenhersteller und diejenigen, die Leiterplatten für den Einsatz in 5G-Produkten oder -Netzwerken suchen.

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