1. Муқаддима
1.1 Инқилоби 5G ва мушкилоти PCB
Ҷорӣ намудани технологияи бесими 5G дар саросари ҷаҳон аз замони пайдоиши 4G LTE муҳимтарин тағйирот дар инфрасохтори телекоммуникатсионӣ мебошад. Кор дар ду банди басомади алоҳидаи зери 6 ГГц барои фарогирии васеъ ва басомадҳои мавҷи миллиметрӣ (mmWave) аз 24 то 77 ГГц барои ултрабаланд.
суръати интиқоли маълумот Шабакаҳои 5G дар тарҳрезии тахтаи схемаи чопӣ (PCB) дақиқии бесобиқаро талаб мекунанд. Бар хилофи барномаҳои анъанавии PCB, системаҳои 5G бояд басомадҳои сигналро идора кунанд, ки дар он ҳатто камбудиҳои микроскопии тарроҳӣ метавонанд боиси пастравии фоҷиабори кор шаванд.
Тибқи таҳлили соҳа, бозори ҷаҳонии инфрасохтори 5G то соли 2027 аз 47.7 миллиард доллар зиёд хоҳад шуд, ки талаботи бузургеро ба ҳалли PCB-и баландсифат ба вуҷуд меорад. Ин афзоиш ҳам имкониятҳо ва ҳам мушкилотро барои тарроҳони PCB, ки бояд муносибати мураккаби байни хосиятҳои мавод, конфигуратсияи қабат ва рафтори сигналро дар басомадҳои радиоӣ аз худ кунанд, эҷод мекунад. Гузариш аз 4G ба 5G танҳо як навсозии тадриҷӣ нест, балки таҷдиди назари бунёдии меъмории stack-up PCB-ро талаб мекунад.
Расми 1 - спектри басомад бо бандҳои зер-6 ГГц ва ммВав нишон дода шудааст
1.2 Нақши муҳими тарроҳии Stack-Up дар иҷрои 5G
PCB аз сохтори бодиққат ташкилшудаи қабатҳои мис, маводҳои диэлектрикӣ ва субстратҳои аслӣ иборат аст, ки ҳамчун асосе хизмат мекунад, ки тамоми якпорчагии сигнали 5G аз он вобаста аст. Дар басомадҳои ммВав, энергияи электромагнитӣ мувофиқи принсипҳое рафтор мекунад, ки барои тарроҳони одаткарда ба барномаҳои басомади паст қариб ғайримантиқӣ ба назар мерасанд. Дарозии мавҷҳои сигнал то миқёси миллиметрӣ кам мешавад ва ин...
Хусусиятҳо ба монанди тавассути stubs ва нотавониҳои пайгирӣ, ки дар 1 ГГц ночиз буданд, ба манбаъҳои асосии инъикос ва талафоти сигнал дар 28 ГГц табдил меёбанд.
Маҷмӯи дуруст тарҳрезишудаи PCB-и 5G бояд ҳамзамон ба талаботи гуногуни рақобатпазир ҷавобгӯ бошад: импеданси идорашаванда барои пешгирии инъикоси сигнал, талафоти ками воридкунӣ барои нигоҳ доштани қувваи сигнал, муҳофизати муассири дахолати электромагнитӣ (EMI) барои пешгирии муқовимати байни занҷирҳо ва идоракунии қавии гармӣ барои пароканда кардани гармӣ аз тақвиятдиҳандаҳои RF, ки ба энергия ниёз доранд. Конфигуратсияи маҷмӯи маҷмӯӣ мустақиман ба ҳар яки ин параметрҳо таъсир мерасонад, ки онро ягона қарори муҳимтарин дар тамоми раванди тарроҳии PCB-и 5G мегардонад.
2. Фаҳмидани талаботи PCB-и 5G
2.1 Спектри басомади 5G ва хусусиятҳои сигнал
Диапазонҳои зер аз 6 ГГц: Асос барои фарогирии васеъ
Спектри зер-6 ГГц, ки басомадҳоро аз 600 МГц то 6 ГГц дар бар мегирад, шоҳроҳи фарогирии 5G-ро ифода мекунад. Ин басомадҳои пасттар хусусиятҳои паҳншавии заруриро барои ҷойгиркунии шабакаи васеъ фароҳам меоранд ва дар муқоиса бо mmWave, фарогирии беҳтари бино ва масофаи дарозтарро пешниҳод мекунанд. Аз нуқтаи назари тарроҳии PCB, сигналҳои зер-6 ГГц мушкилоти мӯътадилро нисбат ба барномаҳои 4G LTE талабкунандатар, вале нисбат ба барномаҳои mmWave камтар шадидтар пешниҳод мекунанд.
Диапазонҳои мавҷи мм (24-77 ГГц): Талаботи дақиқии баланд Мавҷи миллиметрии 5G, ки асосан дар диапазонҳои 24 ГГц, 28 ГГц, 39 ГГц ва 77 ГГц кор мекунад, технологияи PCB-ро ба ҳадди худ мерасонад. Дар 28 ГГц, дарозии мавҷ дар ламинати маъмулии Rogers RO4350B (Dk = 3.48) ҳамагӣ 5.7 мм аст. Ин маънои онро дорад, ки як чоряки дарозии мавҷ, ки дарозии резонанси муҳим дорад, танҳо 1.4 мм-ро ташкил медиҳад. Виа-ҳои анъанавии сӯрохиҳои пӯшонидашуда, ки мунтазам 2-3 мм дарозӣ мегузоранд, ба резонаторҳои паразитии назаррас табдил меёбанд, ки метавонанд якпорчагии сигналро пурра вайрон кунанд.
Расми 2 – Муқоисаи муфассали дарозии мавҷ бо нишон додани андозаҳои физикӣ
2.2 Параметрҳои асосии барқӣ барои 5G Stack-Up
Якчанд параметрҳои барқӣ кори PCB-и 5G-ро муайян мекунанд, ки ҳар яки онҳо ҳангоми тарҳрезии ҷамъкунӣ ба баррасии бодиққат ниёз доранд. Доимии диэлектрикӣ (Dk ё εr) суръати паҳншавии сигнал ва арзишҳои импеданси идорашавандаро муайян мекунад. Барои барномаҳои 5G, устувории Dk ҳам дар басомад ва ҳам дар ҳарорат муҳим аст. Маводе, ки Dk-и он аз ҳарорат 5% фарқ мекунад, боиси тағирёбии импеданс мегардад, ки инъикосҳоро ба вуҷуд меорад ва якпорчагии сигналро дар схемаҳои дақиқи RF паст мекунад.
Коэффисиенти парокандагӣ (Df), ки онро тангенси талафот (tan δ) низ меноманд, талафоти диэлектрикиро муайян мекунад. Стандарти FR-4 арзишҳои Df-ро дар 10 ГГц 0.015-0.020 нишон медиҳад, дар ҳоле ки маводҳои баландсифат ба монанди Rogers RO3003 дар ҳамон басомад ба 0.0010 ноил мегарданд, ки 15-20 маротиба беҳтар шудааст.
Таҳаммулпазирии назорати импеданс барои барномаҳои 5G ба таври назаррас тангтар мешавад. Дар ҳоле ки таҳаммулпазирии импеданс ±10% метавонад барои бисёр барномаҳо кофӣ бошад, схемаҳои RF 5G одатан назорати ±5% ё сахттарро талаб мекунанд.
| Маводҳо | Диэлектрикӣ Доимӣ (Dk) | омили пош (Df) | Барномаи беҳтарин |
| Стандарти FR-4 | 4.2-4.5 @ 1GHz | 0.015-0.020 | Рақамӣ, зер-6 ГГц ғайримуҳим |
| Роҷерс RO4350B | 3.48 @ 10GHz | 0.0037 | RF-и зер-6 ГГц, mmWave-и камхарҷ |
| Роҷерс RO3003 | 3.00 @ 10GHz | 0.0010 | Истгоҳҳои базавии баландсифати mmWave |
| RT/duroid 5880 | 2.20 @ 10GHz | 0.0009 | Массивҳои фазавӣ, талафоти хеле паст > 20 ГГц |
Ҷадвали 1: Муқоисаи маводи ламинатии басомади баланд барои барномаҳои PCB-и 5G
2.3 Талаботи физикӣ ва гармӣ
PCB-ҳои 5G одатан ба 10-16 қабати мисӣ ниёз доранд, то ба талаботи зичи масиркунии трансиверҳои муосири RF, протсессорҳои базавӣ, схемаҳои идоракунии қувва ва интерфейсҳои рақамии марбута ҷавобгӯ бошанд. Технологияи пайвасткунии зичии баланд (HDI), ки дорои микровиаҳое мебошад, ки диаметри онҳо то 0.1 мм хурд аст, виаҳои нобино ва дафншуда ва масиркунии ҳар қабат барои ноил шудан ба зичии ҷузъҳое, ки ҳамгироии системаи 5G талаб мекунад, дар ҳоле ки роҳҳои сигнали импеданси назоратшавандаро нигоҳ медорад, муҳим мегардад.
Идоракунии гармӣ дар тарҳҳои 5G мушкилоти назаррасеро ба бор меорад. Такмилдиҳандаҳои қувва дар барномаҳои истгоҳҳои пойгоҳӣ метавонанд 50-100 ваттро пароканда кунанд ва нуқтаҳои гарми маҳаллиро ба вуҷуд оранд, ки ҳангоми кор ба 85-100°C мерасанд. Субстрати PCB бояд қобилияти гармигузаронии кофӣ (≥1.5 Вт/м·К) дошта бошад, то ин гармиро дар саросари майдони тахта паҳн кунад ва онро ба гармкунакҳо ё системаҳои идоракунии гармӣ интиқол диҳад. Муқовимати ҳарорати баланд, ки ҳамчун Индекси Гармии Нисбӣ (RTI) ≥150°C чен карда мешавад, устувории маводро дар шароити устувори корӣ таъмин мекунад.
Таҳаммулпазирии истеҳсолӣ барои PCB-ҳои 5G ба таври назаррас тангтар мешавад. Дақиқии бақайдгирӣ - дақиқии ҳамоҳангсозии байни қабатҳои мис бояд барои барномаҳои mmWave ба ±75 μm (±3 mils) ё беҳтар бошад, дар муқоиса бо ±150 μm барои тарҳҳои анъанавӣ.
3. Интихоби мавод барои 5G Stack-Up
3.1 Маводҳои ламинатии баландбасомад
Маводҳои Роҷерс: Стандарти саноатӣ барои иҷрои RF
Ламинатҳои басомади баланди Rogers Corporation ба стандарти амалан барои барномаҳои PCB-и 5G табдил ёфтаанд ва хосиятҳои диэлектрикии бодиққат тарҳрезишударо пешниҳод мекунанд, ки дар диапазонҳои васеи басомад ва ҳарорат устувор мемонанд. Силсилаи RO4000, бахусус RO4350B, тавозуни аълоро байни иҷрои RF ва қобилияти истеҳсолот нигоҳ медорад. Бо доимии диэлектрикии 3.48 ± 0.05 ва коэффисиенти парокандагии 0.0037 дар 10 ГГц, RO4350B назорати пешгӯишавандаи импедансро таъмин мекунад ва ҳангоми истифодаи усулҳои стандартии коркарди FR-4, ки бидуни коркарди махсус ё параметрҳои пармакунии тағирёфта талаб карда мешаванд.
Барои барномаҳое, ки талафоти боз ҳам камтарро талаб мекунанд, силсилаи RO3000 иҷрои истисноиро таъмин мекунад. RO3003, бо сохтори пур аз сафолии PTFE, хосиятҳои Df-и 0.0010 ва Dk-и 3.00-ро ба даст меорад, ки аз 10 МГц то 40 ГГц ба таври назаррас устувор боқӣ мемонанд. Ин мавод дар тарҳҳои тақвиятдиҳандаи қувваи истгоҳи пойгоҳ ва дигар барномаҳое, ки дар онҳо ҳар даҳяки дБ талафоти воридшавӣ ба кори система таъсир мерасонад, бартарӣ дорад. Муқоиса бо хароҷоти баландтари мавод (одатан 3-5x RO4350B) ва талаботи истеҳсолии серталабтар ба даст меояд.
Расми 3 – Намуди буриши уфуқии сохтори ламинати Rogers RO4350B, ки фолгаи мис, системаи қатрон ва арматураи шишаро нишон медиҳад
3.2 FR-4 дар барномаҳои 5G: Дарки маҳдудиятҳо
Стандарти FR-4 барои қисмҳои мушаххаси тарҳҳои 5G, махсусан бахшҳои коркарди сигнали рақамӣ, шабакаҳои тақсимоти нерӯи барқ ва барномаҳои зер-6 ГГц, ки дар онҳо талаботи иҷрои RF камтар сахтгиранд, қобили истифода боқӣ мемонад. FR-4-и муосири баландсифат аз истеҳсолкунандагон ба монанди Shengyi, Panasonic ва ITEQ метавонад ба арзишҳои Df-и 0.012-0.015 дар басомади 5 ГГц ҳангоми истифодаи системаҳои мувофиқи қатрон ва арматураҳои шишагӣ ноил гардад.
барои бисёр роҳҳои сигнали зер аз 6 ГГц қобили қабул аст.
Аммо, маҳдудиятҳои FR-4 дар басомадҳои баландтар ба назар мерасанд. Dk-и мавод одатан дар диапазони ҳарорати корӣ (-40°C то +85°C) ±10% тағйир меёбад, дар муқоиса бо ±2% барои ламинатҳои басомади баланд. Ин тағирот ба ноустувории импеданс табдил меёбад, ки метавонад хатогиҳои битро, ки аз инъикос ба вуҷуд меоянд, дар интерфейсҳои рақамии баландсуръат ба вуҷуд орад ва кори системаи RF-ро коҳиш диҳад. Илова бар ин, тақвияти шишаи FR-4 тағйироти маҳаллиро дар Dk-и муассир эҷод мекунад - "таъсири бофтани нах" ки барои пайраҳаҳое, ки дар кунҷҳои майл ба намунаи нахи шишагӣ мегузаранд, мушкилӣ эҷод мекунад.
3.3 Стратегияҳои гибридии ҷамъоварӣ: Беҳтар кардани самаранокӣ ва хароҷот
Стек-апҳои гибридӣ, ки ламинатҳои басомади баландро бо FR-4 муттаҳид мекунанд, равиши аълоеро барои мувозинат кардани самаранокӣ ва арзиш дар тарҳҳои мураккаби 5G пешниҳод мекунанд. Стратегияи асосӣ маводҳои гаронбаҳои камталафотро танҳо дар ҷое ҷойгир мекунад, ки сигналҳои RF ҳаракат мекунанд, дар ҳоле ки FR-4-и сарфакорро барои қабатҳои дохилӣ, ки сигналҳои рақамӣ, тақсимоти қувва ва дастгирии механикӣ интиқол медиҳанд, истифода мебарад. Стек-апи маъмулии гибридӣ метавонад Rogers RO4350B-ро барои ду қабати берунӣ (L1 ва L12 дар тарҳи 12-қабатӣ), ки дар он хатҳои интиқоли микротасмаи RF ҷойгиранд, бо ядроҳои FR-4, ки қабатҳои дохилиро ташкил медиҳанд, истифода барад.
Расми 4 – Диаграммаи буриши уфуқии маҷмӯи гибридии 12-қабата, ки қабатҳои берунии Rogers RO4350B-ро барои сигналҳои RF нишон медиҳад
4. Стратегияҳои конфигуратсияи қабатҳо барои 5G
4.1 Принсипҳои асосии ҷамъоварӣ
Пеш аз он ки ба конфигуратсияҳои қабатҳои мушаххас ғӯтавар шавем, якчанд принсипҳои асосӣ ҳама тарҳҳои касбии стека-апи PCB 5G-ро идора мекунанд. Симметрия яке аз муҳимтарин нуктаҳои истеҳсолӣ ба ҳисоб меравад: стека-ап бояд дар атрофи хати марказии тахта мувозинат карда шавад, то ҳангоми ламинатсия ва даври гармӣ каҷшавӣ пешгирӣ карда шавад. Ин маънои мувофиқати вазнҳои мис, ғафсии аслӣ ва ҳисобҳои пешакӣ дар тарафҳои муқобили сатҳи марказӣ дорад. Тахтае, ки аз як тараф мис вазнин аст, пас аз кафшери дубора мисли пораҳои картошка хам мешавад, ки ин натиҷаи номатлуб барои васлкуниҳои дақиқи RF мебошад.
Ҳамсоягии сатҳи истинодӣ низ ба ҳамин андоза муҳим аст: ҳар як қабати сигнал бояд сатҳи заминӣ ё барқии бефосила дошта бошад, ки бевосита дар паҳлӯи он воқеъ аст. Ин роҳи бозгашти индуктивии пастро таъмин мекунад, ки сигналҳои басомади баланд талаб мекунанд ва ҳамзамон қабати сигналро аз халалдоршавӣ муҳофизат мекунанд.
Ҷуфтшавии қабатҳо гурӯҳбандии қабатҳои сигналро аз рӯи вазифа ва талаботи барқӣ дар бар мегирад. Ҷуфтҳои дифференсиалии баландсуръат бояд дар як қабат ҳаракат кунанд ва мувофиқати дарозӣ тавассути масири серпантин ба даст оварда шавад, на ба тақсим кардани ҷуфтҳо дар байни қабатҳо. Қабатҳои сигнали RF одатан қабатҳои беруниро ишғол мекунанд, ки дар он ҷо онҳоро ҳамчун хатҳои интиқоли микротасма амалӣ кардан мумкин аст ва дастрасии осонро барои танзим ва ислоҳи хатогиҳо таъмин мекунад.
4.2 Ҷамъоварии 8-қабатӣ: Нуқтаи вуруд барои тарҳҳои 5G
Як маҷмӯи 8-қабатӣ ҳадди ақали амалии шумораи қабатҳоро барои барномаҳои асосии 5G, ба монанди дастгоҳҳои IoT, радиоҳои хурди мобилӣ ё модулҳои оддии RF бо басомади зер-6 ГГц, ифода мекунад. Гарчанде ки дар муқоиса бо шумораи қабатҳои баландтар маҳдуд аст, сохтори 8-қабатаи хуб тарҳрезишуда метавонад тарҳҳои нисбатан мураккабро бо интизоми бодиққати масир ва ҷойгиркунии ҷузъҳо самаранок дастгирӣ кунад.
Танзимоти 8-қабатаи тавсияшуда:
∙ Қабати 1: Сигнали RF ва суръати баланди муҳим (микротасма, 50Ω)
∙ Қабати 2: Ҳамвори заминӣ (роҳи асосии бозгашти мавҷи RF)
∙ Қабати 3: Сигналҳои рақамии баландсуръат (хати рахдор, дифференсиалии 50Ω ё 100Ω) ∙ Қабати 4: Сатҳи барқ (+3.3V, +1.8V тақсимшуда)
∙ Қабати 5: Қувваи барқ (оинавӣ: +3.3V, +1.8V тақсимшуда)
∙ Қабати 6: Сигналҳои рақамии баландсуръат (хати рахдор, ортогоналӣ ба L3)
∙ Қабати 7: Ҳамвори заминӣ (роҳи бозгашти дуюмдараҷа)
∙ Қабати 8: Сигнали RF ва суръати баланди муҳим (микротасма, 50Ω)
Ин конфигуратсия симметрияро таъмин мекунад (L1-L2-L3-L4 инъикоси L8-L7-L6-L5-ро медиҳад), кафолат медиҳад, ки ҳар як қабати сигнал дорои сатҳи истинодии ҳамшафат аст ва сатҳҳои қудратро дар марказе ҷойгир мекунад, ки иқтидори онҳо барои ҷудошавӣ беҳтарин хизмат мекунад. Ғафсии диэлектрикии маъмулӣ метавонад чунин бошад: L1-L2 = 6 мил (RO4350B барои RF), L2-L3 = 8 мил (аслӣ), L3-L4 = 14 мил (пеш аз омодагӣ), L4-L5 = 20 мил (аслӣ), ба таври симметрӣ ба L8 инъикос карда шудааст.
4.3 Ҷамъоварии 12-қабатӣ: Барномаҳои пешрафтаи 5G
Барои модулҳои истгоҳи пойгоҳи системаҳои мураккаби 5G, массивҳои антеннаи бузурги MIMO ё смартфонҳои баландсифат, маҷмӯи 12-қабатӣ зичии роҳнамоӣ ва иҷрои якпорчагии сигналро, ки барои натиҷаҳои беҳтарин зарур аст, таъмин мекунад. Қабатҳои иловагӣ имкон медиҳанд
ҷудокунии пурраи қисмҳои RF, рақамӣ ва барқӣ ҳангоми таъмини якчанд сатҳҳои заминӣ барои муҳофизати аъло.
Танзимоти 12-қабатии оптимизатсияшуда барои mmWave:
∙ Қабати 1: Сигнали RF Қабати A (фишурдани антеннаи ммВав, микротасма 50Ω) ∙ Қабати 2: Ҳамвори заминӣ A (бозгашти асосии RF, 1 oz Cu)
∙ Қабати 3: Қабати сигнали RF B (роҳҳои дуюмдараҷаи RF, хати тасма 50Ω)
∙ Қабати 4: Сатҳи заминии B (ҷудокунӣ ва бозгашти RF, 1 oz Cu)
∙ Қабати 5: Сатҳи барқи А (қувваи RF: манбаи PA +5V, 2 oz Cu)
∙ Қабати 6: Рақамии баландсуръат (SerDes, DDR, PCIe stripline)
∙ Қабати 7: Рақамии баландсуръат (роутинги ортогоналӣ ба L6)
∙ Қабати 8: Сатҳи барқии B (Қувваи рақамӣ: +3.3V, +1.8V, тақсимоти +1.2V, 2 oz Cu) ∙ Қабати 9: Сатҳи заминии C (баргардонидани рақамӣ ва муҳофизат, 1 oz Cu)
∙ Қабати 10: Сигналҳои пастсуръат ва роҳнамоӣ (идоракунӣ, I2C, SPI)
∙ Қабати 11: Ҳамвории заминӣ D (қабати ниҳоии муҳофизатӣ, 1 oz Cu)
∙ Қабати 12: Қабати сигнали RF C (RF-и дуюмдараҷа, ҷойгиркунии ҷузъҳо, микрорах 50Ω) Ин конфигуратсияи SGSGPSSPGSGS иҷрои истисноиро таъмин мекунад: чор сатҳи алоҳидаи заминӣ монеаҳои сершумори муҳофизатиро эҷод мекунанд, қабатҳои RF аз садои гузариши рақамӣ комилан ҷудо карда шудаанд ва масири хатҳои RF дар L3 муҳофизати аълоро барои роҳҳои ҳассос пешниҳод мекунад. Ҷамъкунӣ симметрияро дар сатҳи марказии L6-L7 нигоҳ медорад.
Расми 5 – Буриши муфассали маҷмӯи 12-қабатаи PCB 5G, ки ғафсии қабатҳо, вазнҳои мис ва сигнал/ҳамвориро нишон медиҳад
5. Усулҳои заминсозӣ барои PCB-ҳои 5G
5.1 Асосҳои заминсозӣ барои тарҳрезии басомади баланд
Дар басомадҳои баланд, замин на танҳо нуқтаи истинодии сифрӣ, балки сохтори мураккаби электромагнитӣ аст, ки рафтори он ба иҷрои якпорчагии сигнал бартарӣ дорад. Принсипи асосӣ: ҷараёнҳои бозгашти басомади баланд мустақиман дар зери нишонаҳои сигнали алоқаманди худ ҷараён мегиранд ва роҳи импеданси ҳадди ақалро пайгирӣ мекунанд. Ин роҳ на аз муқовимати DC, балки аз ҷараёнҳои бозгашти индуктивӣ вобаста аст, ки табиатан дар минтақаи пайвастшавии майдони магнитии максималӣ бо ноқили сигнал ҷамъ мешаванд.
Таъсири пӯст дар басомадҳои ммВав маънои онро дорад, ки ҷараёнҳои бозгашт танҳо дар чандсад нанометри болоии сатҳи сатҳи заминӣ ҷараён мегиранд. Ин коркарди сатҳ ва потенсиали оксидшавиро ба таври ҳайратангез муҳим мегардонад, ки миси хирашуда муқовимати RF-и баландтарро нисбат ба миси дурахшон нишон медиҳад. Аз ин сабаб, бисёре аз тарроҳон коркарди сатҳҳои ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold)-ро дар сатҳи заминӣ дар минтақаҳои муҳими RF муайян мекунанд, сарфи назар аз индуктивияти ночизи иловагии қабати никел.
5.2 Татбиқи сатҳи заминии сахт
Ҳамвории заминии пайваста ва бефосила муҳимтарин хусусияти ҳама гуна маҷмӯи PCB-и баландбасомадро ифода мекунад. Ҳамвории заминиро ҳамчун сатҳи комилан ҳамвор барои ҷараёни ҷараёнҳои бозгашт тасаввур кунед. Ҳар гуна монеа (холӣ, сӯрох, буриш) турбулентӣ эҷод мекунад, ки энергияро паҳн мекунад ва сигналҳоро инъикос мекунад. Барои барномаҳои 5G, якпорчагии ҳамвории заминӣ қобили музокира нест: ҳар як ҳамвории заминӣ бояд аз канор то канори тахта бо ҳадди ақали халалдоршавӣ дароз шавад.
Вақте ки ҷудошавии сатҳи замин ногузир мегардад, эҳтимол дорад, ки қисмҳои аналогӣ ва рақамиро ҷудо кунед ё барои эҷоди релефи гармӣ дар атрофи сӯрохиҳои васлкунӣ конденсаторҳои дӯзандагиро барои пур кардани фосила истифода баред. Конденсаторҳои 0.1 мкФ ё хурдтарро дар фосилаи 1-2 дюйм дар баробари ҷудокунӣ ҷойгир кунед, ки дар басомадҳои RF кӯтоҳи AC фароҳам меорад ва ҳамзамон изолятсияи DC-ро нигоҳ медорад. Ҳеҷ гоҳ сигналҳои баландсуръат ё RF-ро тавассути ҷудошавии сатҳи заминӣ интиқол надиҳед; агар пайраҳа бояд аз ҷудошавӣ гузарад, онро амудӣ ҷойгир кунед, то минтақаи ҳалқаро кам кунед ва заминро тавассути нуқтаи убур илова кунед.
5.3 Тавассути усулҳои дӯзандагӣ ва деворбандии замин
Тавассути дӯхтани ҷойгиркунии стратегии виаҳои заминӣ барои пайваст кардани сатҳҳои заминӣ байни қабатҳо, яке аз ҷанбаҳои муҳимтарин, вале аксар вақт нодида гирифташудаи тарҳрезии PCB-и 5G мебошад. Дар басомадҳои ммВав, индуктивияти ҳатто пайвасти кӯтоҳи заминӣ назаррас мегардад. Як тахтаи диаметри 10 милӣ тавассути ғафсии 62 милӣ тақрибан 0.7 нҲ индуктивиятро нишон медиҳад, ки ба назар ночиз менамояд, аммо дар 28 ГГц ин импеданси тақрибан 123 омро нишон медиҳад, ки барои вайрон кардани пайвастҳои заминии басомади баланд кофӣ аст.
Ҳалли масъала тавассути массивҳо ба таври мувозӣ ҷойгир аст. Истифодаи чор гузаргоҳи мувозӣ индуктивияти муассирро тақрибан 4 маротиба кам мекунад (бо назардошти таъсири индуктивии мутақобила) ва импеданси пайвастшавиро ба сатҳҳои қобили қабултар мерасонад. Барои ҷузъҳои муҳими RF, 3-4 гузаргоҳи заминиро мустақиман дар паҳлӯи ҳар як мехи заминӣ ҷойгир кунед, ки ба наздиктарин гузаргоҳҳо пайваст мешаванд.
ҳамвории заминии мустаҳкам. Ин виаҳоро то ҳадди имкон ба ҷузъ наздик ҷойгир кунед. Индуктивият бо дарозии виа зиёд мешавад, ки ин роҳҳои кӯтоҳро муҳим мегардонад.
Расми 6 - Намуди болоӣ, ки тавассути намунаи дӯзандагӣ дар атрофи он нишон дода шудааст
6. Назорати импеданс дар 5G Stack-Up
6.1 Асосҳои импеданси идорашаванда
Импеданси идорашаванда асоси якпорчагии сигнали баландсуръат ва RF-ро ифода мекунад. Вақте ки манбаи сигнал, роҳи интиқол ва қатъи он ҳама як импеданси хоси якхела доранд, энергия пурра аз манбаъ ба бор бе инъикос интиқол дода мешавад. Номувофиқатии импеданс боиси инъикоси қисматҳои сигнал ба самти манбаъ мегардад ва мавҷҳои истода, занг ва халалҳои байнирамзӣ эҷод мекунад, ки сигналҳои рақамиро вайрон мекунанд ва кори системаи RF-ро паст мекунанд.
Барои барномаҳои 5G, импеданси яктарафа бо 50-ом ба стандарти универсалӣ барои схемаҳои RF ва микроволновка табдил ёфтааст. Ин арзиш аз беҳсозии байни қобилияти коркарди қувва ва талафот дар кабелҳои коаксиалӣ ба вуҷуд омадааст ва тамоми пайвасткунакҳои экосистемаи RF, таҷҳизоти озмоишӣ ва ҷузъҳо системаҳои 50-омро дар назар доранд. Баланд
Интерфейсҳои рақамии суръатнок одатан аз импеданси яктарафа бо 50-ом (барои сигналҳои яктарафа ба монанди соатҳо) ё импеданси дифференсиалии 100-ом (барои ҷуфтҳои дифференсиалӣ ба монанди MIPI, PCIe ва USB) истифода мебаранд.
6.2 Танзимоти микросхема барои сигналҳои RF
Микротасма, ки пайи сигналро дар қабати берунии тахта бо ҳамвории заминӣ дар қабати дарунии ҳамшафат нишон медиҳад, маъмултарин конфигуратсияи хатти интиқолро барои схемаҳои RF нишон медиҳад.
Импеданси хоси микротасма аз паҳнои пай (W), баландии он аз сатҳи замин (H), ғафсии мис (T) ва доимии диэлектрикии маводи субстрат (εr) вобаста аст. Барои тақриби тартиби аввал, пайҳои васеътар ва диэлектрикҳои ғафс импедансро зиёд мекунанд, дар ҳоле ки доимии диэлектрикии баландтар импедансро кам мекунанд.
Намунаи ҳисобкунии микрорах: ба даст овардани 50Ω дар Rogers RO4350B бо ғафсии 5 мил (εr = 3.48) бо 1 унс мис тақрибан 11 мил паҳнои пайро талаб мекунад. Ҳамон импеданс дар диэлектрики 4 мил паҳнои 8.5 милро талаб мекунад, ки ҳассосиятро ба ғафсии диэлектрик нишон медиҳад.
Расми 7 – Диаграммаи буриши уфуқии геометрияи хатти интиқоли микросхема
6.4 Импеданси ҷуфтҳои дифференсиалӣ барои интерфейсҳои баландсуръат
Сигнализатсияи дифференсиалӣ, ки маълумотро ҳамчун фарқияти шиддат байни ду сигнали мукаммал интиқол медиҳад, дар интерфейсҳои рақамии муосири баландсуръат бартарӣ дорад, ки ин ба масунияти баланди садо ва коҳиши EMI вобаста аст. Импеданси дифференсиалӣ (Z) ҳам аз импеданси яктарафа барои ҳар як пай (Z0) ва ҳам аз пайвастшавии байни пайҳо вобаста аст. Барои пайҳои суст пайвастшуда, Zdiff ≈ 2 × Z0 аст. Ҳангоми наздик шудани пайҳо, пайвастшавӣ меафзояд ва импеданси дифференсиалӣ аз ин таносуби 2:1 камтар мешавад.
Барои импеданси дифференсиалии 100-ом (стандарт барои аксари интерфейсҳои рақамии баландсуръат), тарҳҳои маъмулӣ аз пайгирии яктарафа бо пайвасткунии 50-ом истифода мебаранд, ки импеданси дифференсиалиро то 100 ом кам мекунад. Дар микротасма бо пайгирии канорӣ, ба даст овардани дифференсиалии 100-ом одатан фосилаи пайгирии 1.5-2 × паҳнои пайгириро талаб мекунад. Фосилаи тангтар пайвасткуниро зиёд мекунад ва импеданси дифференсиалиро минбаъд кам мекунад; фосилаи васеътар пайвасткуниро кам мекунад ва импеданси дифференсиалиро зиёд мекунад.
| қабати | функсия | Намуди | Вазни кубӣ | цафсӣ | Маводҳо |
| L1 | Сигнали RF | Микротасма 50Ω | 0.5 oz | - | RO4350B |
| L2 | замин | ҳавопаймо | 1 oz | 5 ҳазор | Core |
| L3 | Сигнали RF | Хати рахдор 50Ω | 0.5 oz | 6 ҳазор | Тайёр кардан |
| L4 | замин | ҳавопаймо | 1 oz | 8 ҳазор | Core |
| ... | Симметрикӣ | оина | ... | ... | ... |
Ҷадвали 2: Намунаи конфигуратсияи 12-қабатаи 5G (қисман), ки қабатҳои болоиро нишон медиҳад
7. Мулоҳизаҳои якпорчагии сигнал
Якпорчагии сигнал дар PCB-ҳои 5G падидаҳои сершумори ба ҳам алоқамандро дар бар мегирад, ки агар дуруст идора карда нашаванд, метавонанд кори системаро коҳиш диҳанд. Фаҳмидани механизмҳои вайроншавии сигнал ва усулҳои тарроҳии стек-ап, ки онҳоро коҳиш медиҳанд, тарҳҳои функсионалиро аз тарҳҳои оптималӣ ҷудо мекунад.
7.1 Механизмҳои талафоти басомади баланд
Талафоти сигнал бо басомад аз сабаби таъсири зиёди физикӣ ба таври назаррас меафзояд. Талафоти диэлектрикӣ аз поляризатсияи молекулавӣ дар маводи субстратӣ ба вуҷуд меояд, зеро майдони электрикӣ дар басомадҳои RF ларзиш мекунад, диполҳо дар мавод кӯшиш мекунанд, ки бо майдон мувофиқат кунанд ва энергияро ҳамчун гармӣ пароканда кунанд. Ин талафот мустақиман бо омили парокандагӣ алоқаманд аст: ду баробар шудани Df тақрибан талафотро ду баробар мекунад. Дар 28 ГГц дар FR-4 стандартӣ (Df ≈ 0.020), талафоти диэлектрикӣ метавонад аз 1.5 дБ дар як дюйм зиёд бошад, дар ҳоле ки Rogers RO3003 (Df ≈ 0.001) дар шароити якхела талафоти камтар аз 0.3 дБ дар як дюймро ба даст меорад. Талафоти ноқил бо решаи квадратии басомад аз сабаби таъсири пӯст афзоиш меёбад - ҷараёнҳои басомади баланд дар наздикии сатҳҳои ноқил ҷамъ мешаванд ва муқовимати муассирро афзоиш медиҳанд.
7.2 Тавассути тарроҳӣ барои барномаҳои mmWave
Қисми истифоданашудаи сӯрохи гузарандаро, ки аз қабате, ки аз он ҷо сигнал мебарояд, мегузарад, аз сӯрохи гузаранда, ки сохторҳои резонансӣ эҷод мекунанд, ки сигналҳоро дар басомадҳои мушаххас инъикос мекунанд. Сӯзан ҳамчун хати интиқоли кӯтоҳмуддат амал мекунад, ки резонанси чоряки мавҷи он инъикоси ҳадди аксарро ба вуҷуд меорад. Дар 28 ГГц бо ғафсии тахтаи 50 мил, ҳатто сӯзани 15 мил метавонад резонансҳои мушкил эҷод кунад. Ҳалли масъалаҳо иборат аст аз пармакунии қафо барои тоза кардани сӯзанҳо ё истифодаи сӯзанҳои нобино/дафншуда, ки маҳз дар қабати сигнал ба охир мерасанд.
Расми 9 – PCB-и пармашудаи қафо тавассути
хулоса
Тарроҳии муваффақонаи маҷмӯи PCB-и 5G ба таҷрибаи фанҳои гуногун, аз қабили илми маводшиносӣ, назарияи электромагнитӣ, равандҳои истеҳсолӣ ва идоракунии гармӣ ниёз дорад. Дастурҳои дар ин мақола пешниҳодшуда, аз интихоби мавод то стратегияҳои заминсозӣ то назорати импеданс, чаҳорчӯбаи ҳамаҷонибаро барои эҷоди баланд фароҳам меоранд.
тарҳҳои иҷрои 5G.
Натиҷаҳои асосӣ инҳоянд:
1. Интихоби мавод самаранокӣ ва арзиши истифодаи ламинатҳои басомади баландро дар ҷойҳои зарурӣ ва дар ҷойҳои дигар FR-4-ро баланд мебардорад.
2. Қабатбандии симметрӣ бо сатҳҳои дурусти истинодӣ қобили музокира нест. 3. Якпорчагии сатҳҳои заминӣ ва тавассути дӯзандагӣ якпорчагии сигналро дар ммВав муайян мекунанд.
4. Назорати импеданс назорати дақиқи ғафсии диэлектрикӣ ва санҷиши ҳалли майдонро талаб мекунад.
5. Ҳамкории барвақт бо истеҳсолкунандаи PCB-и шумо аз такроран истифода бурдани чархҳои гаронбаҳо пешгирӣ мекунад.
Ҳангоме ки технологияи 5G ба самти басомадҳои баландтар ва мураккабии бештар таҳаввул меёбад, қадамҳо ва усулҳои дар ин ҷо зикршуда асосӣ боқӣ хоҳанд монд. Новобаста аз он ки шумо аввалин маҳсулоти 5G-и худро тарроҳӣ мекунед ё платформаи мавҷударо беҳбуд мебахшед, сарф кардани вақт барои беҳсозии стак-ап дар кори система, ҳосилнокии истеҳсолот ва вақти ба бозор баровардан фоида меорад.
