קסנומקס. הקדמה
1.1 די 5G רעוואלוציע און PCB טשאַלאַנדזשיז
די גלאבאלע אויסברייטונג פון 5G ווייערלעס טעכנאָלאָגיע רעפּרעזענטירט די מערסט באַדייטנדיקע טראַנספאָרמאַציע אין טעלעקאָמוניקאַציע אינפראַסטרוקטור זינט די אויפקום פון 4G LTE. אַפּערירט איבער צוויי באַזונדערע אָפטקייט באַנדס אונטער 6 GHz פֿאַר ברייט קאַווערידזש און מילימעטער כוואַליע (mmWave) אָפטקייטן פון 24 ביז 77 GHz פֿאַר אולטראַ-הויך
גיכקייט דאַטן טראַנסמיסיע 5G נעטוואָרקס פאָדערן אומגעזעענע פּינקטלעכקייט אין געדרוקטע קרייַז ברעט (PCB) פּלאַן. ניט ווי קאַנווענשאַנאַל PCB אַפּלאַקיישאַנז, 5G סיסטעמען מוזן שעפּן סיגנאַל פרעקווענצן וווּ אפילו מיקראָסקאָפּישע פּלאַן חסרונות קענען פאַרשאַפן קאַטאַסטראָפיק פאָרשטעלונג דעגראַדאַציע.
לויט אינדוסטריע אנאליז, ווערט פראיעקטירט אז דער גלאבאלער 5G אינפראסטרוקטור מארקעט וועט איבערשטייגן $47.7 ביליאן ביז 2027, וואס וועט פירן צו א מאסיווע נאכפראגע פאר הויך-פארשטעלונג PCB לייזונגען. די וואוקס שאפט ביידע געלעגנהייטן און שוועריקייטן פאר PCB דיזיינערס וואס מוזן באהערשן די קאמפליצירטע באציאונג צווישן מאטעריאל אייגנשאפטן, שיכט קאנפיגוראציע, און סיגנאל אויפפירונג ביי ראדיא פרעקווענצן. דער איבערגאנג פון 4G צו 5G איז נישט נאר אן אינקרעמענטאלע אפגרעיד, עס פארלאנגט א פונדאמענטאלע איבערטראכטן פון PCB סטאק אפ ארכיטעקטור.
פיגור 1 – פרעקווענץ ספּעקטרום מיט אונטער-6 GHz און mmWave באַנדס ארויסגעצייכנט
1.2 קריטישע ראלע פון סטאַק-אַפּ דיזיין אין 5G פאָרשטעלונג
די פּקב שטעלט אויף די קערפֿול אָרקעסטרירטע אָרדענונג פֿון קופּער שיכטן, דיעלעקטרישע מאַטעריאַלן און קערן סאַבסטראַטן, און דינט ווי די יסוד אויף וועלכער די גאַנצע 5G סיגנאַל אינטעגריטעט איז אָפּהענגיק. ביי מילימעטער כוואַליע פֿרעקווענצן, פֿירט זיך עלעקטראָמאַגנעטישע ענערגיע לויט פּרינציפּן וואָס שיינען כּמעט קעגן-אינטואיטיוו פֿאַר דיזיינערס וואָס זענען צוגעוואוינט צו נידעריקער-פֿרעקווענץ אַפּליקאַציעס. סיגנאַל כוואַליעלענג פארקלענערט זיך צו אַ מילימעטער וואָג, מאַכנדיג...
אייגנשאפטן ווי וויאַ סטאַבס און שפּור דיסקאַנטיניואַטיז וואָס זענען געווען נישטיק ביי 1 GHz ווערן הויפּט קוואלן פון סיגנאַל רעפלעקציע און פארלוסט ביי 28 GHz.
א ריכטיק דיזיינטע 5G PCB סטאַק-אַפּ מוז גלייכצייטיג אַדרעסירן קייפל קאָנקורירנדיקע באדערפענישן: קאָנטראָלירטע ימפּידאַנס צו פאַרמייַדן סיגנאַל רעפלעקשאַנז, נידעריק ינסערשאַן אָנווער צו באַוואָרענען סיגנאַל שטאַרקייט, עפעקטיוו עלעקטראָמאַגנעטישע ינטערפיראַנס (EMI) שילדינג צו פאַרמייַדן קראָסטאָלק צווישן סערקאַץ, און ראָבאַסט טערמאַל פאַרוואַלטונג צו דיסאַפּייד היץ פון מאַכט-הונגעריק RF אַמפּליפייערז. די סטאַק-אַפּ קאָנפיגוראַציע גלייך ימפּאַקץ יעדער פון די פּאַראַמעטערס, מאכן עס די איינציקע מערסט קריטיש באַשלוס אין די גאנצע 5G PCB פּלאַן פּראָצעס.
2. פֿאַרשטיין 5G PCB רעקווייערמענץ
2.1 5G פרעקווענץ ספּעקטרום און סיגנאַל קעראַקטעריסטיקס
סוב-6 GHz באַנדס: יסוד פֿאַר ברייטע קאַווערידזש
דער אונטער-6 GHz ספּעקטרום, וואָס נעמט אַרום פרעקווענצן פון 600 MHz ביז 6 GHz, רעפּרעזענטירט 5G'ס קאַווערידזש רוקן-ביין. די נידעריקערע פרעקווענצן צושטעלן די פאַרשפּרייטונג קעראַקטעריסטיקס וואָס זענען נייטיק פֿאַר ברייט-געגנט נעץ דיפּלוימאַנט, און פאָרשלאָגן העכערע בנין דורכדרינגונג און לענגערע רייכווייט קאַמפּערד צו mmWave. פֿון אַ PCB פּלאַן פּערספּעקטיוו, אונטער-6 GHz סיגנאַלן פאָרשטעלן מיטלמעסיקע טשאַלאַנדזשיז וואָס זענען מער פאָדערנדיק ווי 4G LTE אָבער ווייניקער עקסטרעם ווי mmWave אַפּלאַקיישאַנז.
mmWave באַנדס (24-77 GHz): עקסטרעמע פּרעציזיע רעקווייערמענץ מילימעטער כוואַליע 5G, וואָס אַרבעט בפֿרט אין די 24 GHz, 28 GHz, 39 GHz, און 77 GHz באַנדס, שטופּט PCB טעכנאָלאָגיע צו אירע גרענעצן. ביי 28 GHz, מעסט די כוואַליע-לענג אין אַ טיפּישן ראָדזשערס RO4350B לאַמינאַט (Dk = 3.48) בלויז 5.7 מם. דאָס מיינט אַז אַ קוואַרטער כוואַליע-לענג שטומפּ מיט אַ קריטישער רעזאָנאַנט לענג שפּאַנט בלויז 1.4 מם. טראַדיציאָנעלע פּלייטירטע דורכ-לאָך וויאַס, וואָס לאָזן רוטינמעסיק 2-3 מם שטומפּס, ווערן באַדייטנדיקע פּאַראַזיטישע רעזאָנאַטאָרן וואָס קענען גאָר צעשטערן סיגנאַל אינטעגריטעט.
פיגור 2 – דעטאַלירטער כוואַליע-לענג פאַרגלייַך ווייַזנדיק גשמיות דימענסיעס
2.2 שליסל עלעקטרישע פאראמעטערס פאר 5G סטאַק-אַפּס
עטלעכע עלעקטרישע פאראמעטערס רעגירן 5G PCB פאָרשטעלונג, יעדער וואָס פארלאנגט קערפולע באַטראַכטונג בעת סטאַק-אַפּ פּלאַן. די דיעלעקטרישע קאָנסטאַנט (Dk אדער εr) באַשטימט סיגנאַל פּראָפּאַגיישאַן גיכקייט און קאָנטראָלירטע ימפּידאַנס ווערטן. פֿאַר 5G אַפּלאַקיישאַנז, Dk סטאַביליטעט אַריבער ביידע אָפטקייַט און טעמפּעראַטור איז וויכטיק. אַ מאַטעריאַל וועמענס Dk וועריייץ מיט 5% איבער טעמפּעראַטור וועט פאַרשאַפן ימפּידאַנס ווערייישאַנז וואָס דזשענערייט רעפלעקשאַנז און דיגרייד סיגנאַל אָרנטלעכקייט אין פּרעציזשאַן RF קרייזן.
דער דיסיפּאַציע פאַקטאָר (Df), אויך גערופן אָנווער טאַנגענט (טאַן δ), קוואַנטיפיצירט דיעלעקטרישע פארלוסטן. סטאַנדאַרט FR-4 ווייזט Df ווערטן פון 0.015-0.020 ביי 10 GHz, בשעת הויך-פאָרשטעלונג מאַטעריאַלן ווי Rogers RO3003 דערגרייכן 0.0010 ביי דער זעלביקער אָפטקייט אַ 15-20x פֿאַרבעסערונג.
אימפּעדאַנס קאָנטראָל טאָלעראַנסן ווערן דראַמאַטיש שטרענגער פֿאַר 5G אַפּליקאַציעס. כאָטש ±10% אימפּעדאַנס טאָלעראַנס קען זיין גענוג פֿאַר פילע אַפּליקאַציעס, 5G RF קרייזן דאַרפן טיפּיש ±5% אָדער שטרענגער קאָנטראָל.
| מאַטעריאַל | דיעלעקטריק קאָנסטאַנט (Dk) | Dissipation Factor (דפֿ) | בעסטער אַפּלאַקיישאַן |
| FR-4 סטאַנדאַרד | 4.2-4.5 @ 1GHz | 0.015-0.020 | דיגיטאַל, אונטער-6 גיגאַהערץ נישט-קריטיש |
| Rogers RO4350B | 3.48 @ 10GHz | 0.0037 | סוב-6 GHz RF, קאָסטן-עפעקטיוו mmWave |
| Rogers RO3003 | 3.00 @ 10GHz | 0.0010 | הויך-פאָרשטעלונג mmWave, באַזע סטאַנציעס |
| RT/דורויד 5880 | 2.20 @ 10GHz | 0.0009 | אולטרא-נידעריק פארלוסט >20 GHz, פאזירטע ערייז |
טאַבעלע 1: הויך-פרעקווענץ לאַמינאַט מאַטעריאַל פאַרגלייַך פֿאַר 5G פּקב אַפּלאַקיישאַנז
2.3 פיזישע און טערמישע באדערפענישן
5G PCBs דאַרפן טיפּיש 10-16 קופּער שיכטן צו אַקאַמאַדירן די געדיכטע רוטינג רעקווייערמענץ פון מאָדערנע RF טראַנססייווערז, באַזעבאַנד פּראַסעסערז, מאַכט פאַרוואַלטונג סערקאַץ, און פֿאַרבונדענע דיגיטאַל ינטערפייסיז. הויך-געדיכטע ינטערקאַנעקט (HDI) טעכנאָלאָגיע מיט מיקראָוויאַס אַזוי קליין ווי 0.1 מם דיאַמעטער, בלינד און באַגראָבן וויאַס, און קיין-שיכט רוטינג ווערט יקערדיק פֿאַר דערגרייכן די קאָמפּאָנענט געדיכטקייט וואָס 5G סיסטעם אינטעגראַציע פארלאנגט בשעת מיינטיינינג קאַנטראָולד ימפּידאַנס סיגנאַל פּאַטס.
טערמישע פאַרוואַלטונג שטעלט פאר באַדייטנדיקע אַרויסרופן אין 5G דיזיינז. מאַכט אַמפּליפייערז אין באַזע סטאַנציע אַפּלאַקיישאַנז קענען פאַרשפּרייטן 50-100 וואטס, דזשענערייטינג לאָקאַליזירטע האָטספּאָטס וואָס דערגרייכן 85-100°C בעשאַס אָפּעראַציע. די פּקב סאַבסטראַט מוז פאַרמאָגן גענוג טערמישע קאַנדאַקטיוויטי (≥1.5 W/m·K) צו פאַרשפּרייטן די היץ איבער די ברעט געגנט און אַריבערפירן עס צו היץ זינקען אָדער טערמישע פאַרוואַלטונג סיסטעמען. הויך-טעמפּעראַטור קעגנשטעל, געמאסטן ווי רעלאַטיוו טערמיש אינדעקס (RTI) פון ≥150°C, ינשורז מאַטעריאַל פעסטקייַט אונטער סאַסטיינד אַפּערייטינג באדינגונגען.
פאבריקאציע טאלעראנצן ווערן באדייטנד שטרענגער פאר 5G PCBs. רעגיסטראציע גענויקייט די אויסריכטונג גענויקייט צווישן קופער שיכטן מוז דערגרייכן ±75 μm (±3 mils) אדער בעסער פאר mmWave אפליקאציעס, קעגן ±150 μm פאר קאנווענציאנעלע דיזיינס.
3. מאַטעריאַל אויסוואַל פֿאַר 5G סטאַק-אַפּס
3.1 הויך-פרעקווענץ לאַמינאַט מאַטעריאַלן
ראָדזשערס מאַטעריאַלן: אינדוסטריע סטאַנדאַרט פֿאַר RF פאָרשטעלונג
ראָדזשערס קאָרפּאָראַציע'ס הויך-פרעקווענץ לאַמינאַטן זענען געוואָרן דער דע פאַקטאָ סטאַנדאַרט פֿאַר 5G פּקב אַפּליקאַציעס, און אָפֿערן קערפֿול אינזשענירטע דיעלעקטרישע אייגנשאַפֿטן וואָס בלייבן סטאַביל איבער ברייטע פרעקווענץ און טעמפּעראַטור ראַנגעס. די RO4000 סעריע, ספּעציעל RO4350B, שלאָגט אַן אויסגעצייכנטע וואָג צווישן RF פאָרשטעלונג און מאַנופֿאַקטוראַביליטי. מיט אַ דיעלעקטריש קאָנסטאַנט פֿון 3.48 ±0.05 און דיסיפּאַציע פֿאַקטאָר פֿון 0.0037 ביי 10 GHz, גיט RO4350B פֿאָרויסזאָגבארע אימפּעדאַנס קאָנטראָל בשעת זי ניצט סטאַנדאַרט FR-4 פּראַסעסינג טעקניקס, קיין ספּעציעלע דורך באַהאַנדלונגען אָדער מאָדיפֿיצירטע דרילינג פּאַראַמעטערס זענען נישט נויטיק.
פֿאַר אַפּליקאַציעס וואָס פֿאָדערן נאָך נידעריקערע פֿאַרלוסטן, גיט די RO3000 סעריע אויסערגעוויינטלעכע פאָרשטעלונג. RO3003, מיט איר קעראַמיק-געפֿילטער PTFE קאָנסטרוקציע, דערגרייכט Df פֿון 0.0010 און Dk פֿון 3.00 אייגנשאַפֿטן וואָס בלייבן באַמערקעוודיק קאָנסיסטענט פֿון 10 MHz ביז 40 GHz. דאָס מאַטעריאַל איז אויסגעצייכנט אין באַזע סטאַנציע מאַכט אַמפּליפֿיער דיזיינז און אַנדערע אַפּליקאַציעס וווּ יעדער צענטל פֿון אַ dB פֿון ינסערשאַן פֿאַרלוסט האָט אַן השפּעה אויף סיסטעם פאָרשטעלונג. דער קאָמפּראָמיס קומט אין העכערע מאַטעריאַל קאָסטן (טיפּיקלי 3-5x RO4350B) און מער פֿאָדערנדיקע פֿאַבריקאַציע רעקווייערמענץ.
פיגור 3 – קוועער-שניט בליק פון ראדזשערס RO4350B לאַמינאַט קאנסטרוקציע ווייזנדיק קופּער פויל, רעזין סיסטעם, און גלאז פארשטארקונג
3.2 FR-4 אין 5G אַפּליקאַציעס: פֿאַרשטיין די לימיטאַציעס
דער סטאַנדאַרט FR-4 בלייבט נוצלעך פֿאַר ספּעציפֿישע טיילן פֿון 5G דיזיינס, באַזונדערס דיגיטאַלע סיגנאַל פּראַסעסינג סעקשאַנז, מאַכט פאַרשפּרייטונג נעטוואָרקס, און סוב-6 GHz אַפּלאַקיישאַנז וואו RF פאָרשטעלונג רעקווירעמענץ זענען ווייניקער שטרענג. מאָדערן הויך-קוואַליטעט FR-4 פֿון מאַניאַפאַקטשערערז ווי שענגיי, פּאַנאַסאָניק, און ITEQ קענען דערגרייכן Df ווערטן פֿון 0.012-0.015 ביי 5 GHz ווען מען ניצט פּאַסיקע רעזין סיסטעמען און גלאָז ריינפאָרסמאַנץ.
פּאַסיק פֿאַר פילע אונטער-6 GHz סיגנאַל פּאַטס.
אבער, די באגרענעצונגען פון FR-4 ווערן אויסגעשפראכן ביי העכערע פרעקווענצן. די מאטעריאל'ס Dk ווערייִרט טיפּיש מיט ±10% איבער די אפערירנדיקע טעמפּעראַטור קייט (-40°C ביז +85°C), קאַמפּערד צו ±2% פֿאַר הויך-פרעקווענץ לאַמאַנייטן. די וועריאַציע איבערזעצט זיך אין ימפּידאַנס פלוקטואַציעס וואָס קענען פאַרשאַפן רעפלעקציע-ינדוסט ביט ערראָרס אין הויך-גיכקייַט דיגיטאַל ינטערפייסיז און דעגראַדירן RF סיסטעם פאָרשטעלונג. דערצו, FR-4'ס גלאז פארשטארקונג שאַפט לאָקאַליזירטע ווערייישאַנז אין עפעקטיוו Dk - דער 'פייבער וויוו ווירקונג' וואָס ווערט פּראָבלעמאַטיש פֿאַר טראַסעס וואָס לויפן אין אָבליק ווינקלען צו די גלאז פייבער מוסטער.
3.3 כייבריד סטאַק-אַפּ סטראַטעגיעס: אָפּטימיזירן פאָרשטעלונג און קאָסטן
היבריד סטעק-אפס וואס קאמבינירן הויך-פרעקווענץ לאמינאטן מיט FR-4 פאָרשלאָגן אַן אויסגעצייכנטן צוגאַנג צו באַלאַנסירן פאָרשטעלונג און קאָסטן אין קאָמפּלעקסע 5G דיזיינז. די קערן סטראַטעגיע שטעלט טייערע נידעריק-פאַרלוסט מאַטעריאַלן בלויז וואו RF סיגנאַלן רייזן, בשעת מען ניצט עקאָנאָמישע FR-4 פֿאַר אינעווייניקסטע שיכטן וואָס טראָגן דיגיטאַלע סיגנאַלן, מאַכט פאַרשפּרייטונג און מעכאַנישע שטיצע. א טיפּישער היבריד סטעק-אפ קען ניצן ראָדזשערס RO4350B פֿאַר די אויסערלעכע צוויי שיכטן (L1 און L12 אין אַ 12-שיכטיקן דיזיין) וואו RF מיקראָסטריפּ טראַנסמיסיע ליניעס געפינען זיך, מיט FR-4 קערנס וואָס מאַכן אויס די אינעווייניקסטע שיכטן.
פיגור 4 – קראָס-סעקשאַנאַל דיאַגראַם פון אַ 12-שיכטיקע כייבריד סטאַק-אַפּ וואָס ווייַזט ראָדזשערס RO4350B אויסערלעכע שיכטן פֿאַר RF סיגנאַלן
4. שיכט קאָנפיגוראַציע סטראַטעגיעס פֿאַר 5G
4.1 גרונטלעכע סטאַק-אַפּ פּרינציפּן
איידער מען גייט אריין אין ספעציפישע שיכט קאנפיגוראציעס, זענען דא עטליכע יסודות'דיגע פרינציפן וואס רעגולירן אלע פראפעסיאנעלע 5G PCB סטאק-אפ דיזיינס. סימעטריע איז די מערסט קריטישע פאבריקאציע באטראכטונג: די סטאק-אפ מוז זיין באלאנסירט ארום די ברעט'ס צענטער ליניע צו פארמיידן קראפידזש בעת לאַמינאציע און טערמישע ציקלירונג. דאס מיינט צו גלייכן קופער געוויכטן, קערן גרעב, און פּרעפּרעג ציילן אויף פארקערטע זייטן פון די צענטער פלאך. א ברעט וואס איז קופער-שווער אויף איין זייט וועט זיך בייגן ווי א קארטאפל טשיפּ נאך ריפלאָו סאלדערינג, אן אומאקצעפטירבארער רעזולטאט פאר פּרעציזיע RF אסעמבליס.
די רעפערענץ פלאך אַדזשענסי איז גלייך וויכטיג: יעדע סיגנאַל שיכט זאָל האָבן אַן אומגעשטערטן גראַונד אָדער מאַכט פלאך גלייך נעבן איר. דאָס גיט די נידעריק-אינדוקטאַנס צוריקקער וועג וואָס הויך-פרעקווענץ סיגנאַלן דאַרפן בשעת סיימאַלטייניאַסלי באַשיצן די סיגנאַל שיכט פון ינטערפיראַנס.
שיכט פּאָרינג באַשטייט פון גרופּירן סיגנאַל שיכטן לויט פונקציע און עלעקטרישע באדערפענישן. הויך-גיכקייט דיפערענציעל פּאָרן זאָלן רוטן אויף דער זעלבער שיכט, מיט לענג מאַטשינג דערגרייכט דורך סערפּענטיין רוטינג אַנשטאָט צו צעטיילן פּאָרן איבער שיכטן. RF סיגנאַל שיכטן טיפּיש נעמען אַוועק די אויסערדיקע שיכטן וואו זיי קענען ווערן ימפּלאַמענטירט ווי מיקראָסטריפּ טראַנסמיסיע ליניעס, וואָס גיט גרינגן צוטריט פֿאַר טונינג און דיבאַג.
4.2 8-שיכטיקע אויפשטעל: אריינגאנג פונקט פאר 5G דיזיינס
אן 8-שיכטיקע סטעק-אפ רעפרעזענטירט די מינימום פראקטישע שיכטן צייל פאר גרונטלעכע 5G אפליקאציעס ווי IoT דעווייסעס, קליינע צעל ראדיאס, אדער פשוטע אונטער-6 GHz RF מאדולן. כאטש באגרענעצט קאמפערד צו העכערע שיכטן ציילן, קען א גוט-דיזיינטע 8-שיכטיקע סטרוקטור עפעקטיוו שטיצן מיטל-קאמפלעקסע דיזיינס מיט פארזיכטיקע רוטינג דיסציפלין און קאמפאנענט פלאצירונג.
רעקאָמענדירטע 8-שיכטיקע קאָנפיגוראַציע:
∙ שיכט 1: RF סיגנאַל און קריטישע הויך-גיכקייט (מיקראָסטריפּ, 50Ω)
∙ שיכט 2: גראַונד פּליין (פּרימערי RF צוריקקער וועג)
∙ שיכט 3: הויך-גיכקייט דיגיטאַלע סיגנאַלן (סטריפּליין, 50Ω אָדער 100Ω דיפערענציאַל) ∙ שיכט 4: מאַכט פלאַך (+3.3V, +1.8V שפּאַלט)
∙ שיכט 5: מאַכט פלאַך (געשפּיגלט: +3.3V, +1.8V שפּאַלט)
∙ שיכט 6: הויך-גיכקייט דיגיטאַלע סיגנאַלן (סטריפּליין, אָרטאָגאָנאַל צו L3)
∙ שיכט 7: גראַונד פּליין (צווייטיק צוריקקער וועג)
∙ שיכט 8: RF סיגנאַל און קריטישע הויך-גיכקייט (מיקראָסטריפּ, 50Ω)
די קאנפיגוראציע גיט סימעטריע (L1-L2-L3-L4 שפיגלט אפ L8-L7-L6-L5), זיכערט אז יעדע סיגנאל שיכט האט אן ארומיגע רעפערענץ פלאך, און שטעלט מאכט פלאכן אין צענטער וואו זייער קאפאציטאנץ סערווירט בעסטן פארן דיקאפלען. טיפישע דיעלעקטרישע גרעבן קענען זיין: L1-L2 = 6 מיל (RO4350B פאר RF), L2-L3 = 8 מיל (הארץ), L3-L4 = 14 מיל (פרעפּרעג), L4-L5 = 20 מיל (הארץ), שפיגלט סימעטריש צו L8.
4.3 12-שיכטיקע אויפשטעל: פארגעשריטענע 5G אַפּליקאַציעס
פֿאַר סאָפיסטיקירטע 5G סיסטעמען באַזע סטאַנציע מאָדולן, מאַסיווע MIMO אַנטענע אַררייז, אָדער הויך-ענד סמאַרטפאָונז, אַ 12-שיכטיק סטאַק-אַפּ גיט די רוטינג געדיכטקייט און סיגנאַל אָרנטלעכקייט פאָרשטעלונג וואָס איז פארלאנגט פֿאַר אָפּטימאַלע רעזולטאַטן. די נאָך שיכטן ערמעגלעכן
פולשטענדיגע אפגעזונדערטקייט פון RF, דידזשיטאַל, און מאַכט סעקשאַנז בשעת פּראַוויידינג קייפל ערד פּליינז פֿאַר העכערע שילדינג.
אָפּטימיזירטע 12-שיכטיקע קאָנפיגוראַציע פֿאַר mmWave:
∙ שיכט 1: RF סיגנאַל שיכט A (מילימעטער כוואַליע אַנטענע פֿידס, מיקראָסטריפּ 50Ω) ∙ שיכט 2: גראַונד פּליין A (פּרימערי RF צוריקקער, 1 אונס קופּער)
∙ שיכט 3: RF סיגנאַל שיכט B (צווייטע RF פּאַטס, סטריפּליין 50Ω)
∙ שיכט 4: גראַונד פּלעין B (RF איזאָלאַציע און צוריקקער, 1 אונס קופּער)
∙ שיכט 5: מאַכט פלאַך A (RF מאַכט: +5V PA צושטעל, 2 אונס Cu)
∙ שיכט 6: הויך-גיכקייט דידזשיטאַל (SerDes, DDR, PCIe סטריפּליין)
∙ שיכט 7: הויך-גיכקייט דידזשיטאַל (אָרטאָגאָנאַלע רוטינג צו L6)
∙ שיכט 8: מאַכט פלאַך B (דיגיטאַל מאַכט: +3.3V, +1.8V, +1.2V שפּאַלטן, 2 אונס קופּער) ∙ שיכט 9: גראַונד פלאַך C (דיגיטאַל צוריקקער און שילדינג, 1 אונס קופּער)
∙ שיכט 10: נידעריק-גיכקייט סיגנאַלן און רוטינג (קאָנטראָל, I2C, SPI)
∙ שיכט 11: גראַונד פּליין ד (לעצטע שילדינג שיכט, 1 אונס קופּער)
∙ שיכט 12: RF סיגנאַל שיכט C (צווייטע RF, קאָמפּאָנענט פּלייסמאַנט, מיקראָסטריפּ 50Ω) די SGSGPSSPGSGS קאָנפיגוראַציע גיט אויסערגעוויינלעכע פאָרשטעלונג: פיר באַזונדערע גראַונד פּלענער שאַפֿן קייפל שילדינג באַריערן, RF פּלענער זענען גאָר אפגעזונדערט פון דיגיטאַל סוויטשינג ראַש, און סטריפּליין RF ראַוטינג אויף L3 אָפפערס ויסגעצייכנט שילדינג פֿאַר סענסיטיווע פּאַטס. די סטעק-אַפּ האַלט סימעטריע וועגן די L6-L7 צענטער פלאַך.
פיגור 5 – דעטאלירטער קוועטש-סעקציע פון א 12-שיכטיגע 5G PCB סטאַק-אַפּ וואָס ווייזט שיכט גרעב, קופּער וואָג, און סיגנאַל/פלאַך
5. גראַונדינג טעקניקס פֿאַר 5G פּקבס
5.1 גרונטלעכע יסודות פֿאַר הויך-פרעקווענץ פּלאַן
ביי הויכע פרעקווענצן, איז ערד נישט פשוט א נול-וואָולטידזש רעפערענץ פונקט, נאָר גאַנץ אַ קאָמפּלעקסע עלעקטראָמאַגנעטישע סטרוקטור וועמענס נאַטור דאָמינירט סיגנאַל אינטעגריטעט פאָרשטעלונג. דער פונדאַמענטאַלער פּרינציפּ: הויך-פרעקווענץ צוריקקער שטראָמען פליסן גלייך אונטער זייערע פֿאַרבונדענע סיגנאַל שפּורן, נאָכפֿאָלגנדיק דעם וועג פֿון מינימום אימפּעדאַנס. דער וועג איז נישט אָפּהענגיק פֿון גלייכשטראָם קעגנשטעל, נאָר פֿון אינדוקטאַנס צוריקקער שטראָמען, וואָס קאָנצענטרירן זיך נאַטירלעך אין דער געגנט פֿון מאַקסימום מאַגנעטישן פֿעלד פֿאַרבינדונג מיטן סיגנאַל קאַנדאַקטאָר.
דער הויט-עפעקט ביי mmWave פרעקווענצן מיינט אז צוריקקער-שטראמען פליסן נאר אין די אויבערשטע פאר הונדערט נאנאמעטער פון דער ערד-פלאך'ס אייבערפלאך. דאס מאכט אייבערפלאך-ענדיגונג און אקסידאציע פאטענציאל איבעראשנד וויכטיג. פארשאלטענע קופער ווייזט העכערע RF קעגנשטאנד ווי העלער קופער. צוליב דעם, ספעציפיצירן אסאך דיזיינערס ENIG (עלעקטראלעס ניקעל אימערסיע גאלד) אייבערפלאך-ענדיגונגען אויף ערד-פלאכן אין קריטישע RF געביטן, טראץ דעם קליינעם צוגעלייגטן אינדוקטאנץ וואס די ניקעל-שיכט ברענגט אריין.
5.2 סאָליד גראַונד פּליין ימפּלעמענטאַציע
א קאנטינעווערלעכע, אומגעבראכענע גראונד פלאך רעפרעזענטירט די איינציקע וויכטיגסטע אייגנשאפט פון יעדן הויך-פרעקווענץ PCB סטאק-אפ. טראכט פון דעם גראונד פלאך ווי עס צושטעלט א גאנץ גלאטן אזערע אויבערפלאך פאר צוריקקער שטראמען צו פליסן יעדע שטערונג (ליידיקקייט, שפּאַלט, אויסשניט) שאפט טורבולענץ וואס שטראלט ענערגיע און רעפלעקטירט סיגנאלן. פאר 5G אפליקאציעס, איז גראונד פלאך אינטעגריטעט נישט אונטערהאנדלבאר: יעדע גראונד פלאך זאל זיך אויסשטרעקן פון ברעג צו ברעג פון דעם ברעט מיט מינימאלע אונטערברעכונגען.
ווען גראונד פלאך ספליטס ווערן אומפארמיידלעך, אפשר צו צעטיילן אנאלאג און דידזשיטאלע סעקציעס, אדער צו שאפן טערמישע רעליעף ארום מאונטינג לעכער, ניצט נייען קאפאציטארן צו בריקן דעם שפאלט. שטעלט 0.1 μF אדער קלענערע קאפאציטארן אין 1-2 אינטש אינטערוואלן צוזאמען דעם ספליט, צושטעלנדיג אן AC קורץ ביי RF פרעקווענצן בשעת'ן אויפהאלטן DC איזאלאציע. רוטירט קיינמאל נישט הויך-גיכקייט אדער RF סיגנאלן אריבער גראונד פלאך ספליטס; אויב א טרייס מוז אריבערגיין א ספליט, רוטירט עס פערפענדיקולאר צו מינימיזירן די שלייף שטח און לייגט צו א גראונד וויא גלייך נעבן דעם קראָסינג פונקט.
5.3 דורך נייען און גראונד פענסינג טעכניקן
דורך נייען די סטראַטעגישע פּלאַצירונג פון גראַונדינג וויאַס צו פאַרבינדן גראַונד פּליינז צווישן לייַערס איז צווישן די מערסט קריטיש אָבער אָפט אָוווערלוקט אַספּעקטן פון 5G PCB פּלאַן. ביי מילימעטער כוואַליע פרעקווענצן, די אינדוקטאַנס פון אפילו אַ קורץ גראַונד קאַנעקשאַן ווערט באַטייַטיק. אַן איינציקע 10 מיל דיאַמעטער וויאַ דורך אַ 62 מיל דיקן ברעט ווייזט בעערעך 0.7 nH פון אינדוקטאַנס לכאורה מינימאַל, אָבער ביי 28 GHz דאָס רעפּרעזענטירט אַן ימפּידאַנס פון בעערעך 123 אָום, גענוג צו ערנסט דעגראַדירן הויך-פרעקווענץ גראַונד קאַנעקשאַנז.
די לייזונג ליגט אין פּאַראַלעל וויאַ אַררייז. ניצן פיר וויאַס אין פּאַראַלעל ראַדוסירט די עפעקטיווע אינדוקטאַנס מיט בערך 4x (רעכענענדיק די קעגנצייַטיקע אינדוקטאַנס עפֿעקטן), ברענגענדיק די פֿאַרבינדונג אימפּעדאַנס צו מער אַקסעפּטאַבלע לעוועלס. פֿאַר קריטישע RF קאָמפּאָנענטן, שטעלט 3-4 גראַונד וויאַס גלייך לעבן יעדן גראַונד שטיפט, פֿאַרבינדנדיק צו די נענטסטע.
האַרטע ערד־פלאַך. פּלאצירט די וויאַס אַזוי נאָענט ווי מעגלעך צום קאָמפּאָנענט. די אינדוקטאַנס פאַרגרעסערט זיך מיט דער לענג פון די וויאַס, מאַכנדיג קורצע וועגן עסענציעל.
פיגור 6 – אויבן-אויסזיכט פון PCB אויסלייג וואס ווייזט דורך די נייען מוסטער ארום
6. אימפּעדאַנס קאָנטראָל אין 5G סטאַק-אַפּס
6.1 גרונטלעכע פּרינציפּן פֿון קאָנטראָלירטער אימפּעדאַנץ
קאָנטראָלירטע אימפּעדאַנס רעפּרעזענטירט די יסוד פון הויך-גיכקייט און RF סיגנאַל אינטעגריטעט. ווען אַ סיגנאַל'ס מקור, טראַנסמיסיע דרך, און טערמינאַציע אַלע פאָרשטעלן די זעלבע כאַראַקטעריסטישע אימפּעדאַנס, ענערגיע טראַנספערס גאָר פון מקור צו לאָוד אָן קיין רעפלעקשאַנז. אימפּעדאַנס מיסמאַטשאַז פאַרשאַפן טיילן פון די סיגנאַל צו רעפלעקט צוריק צו די מקור, קריייטינג שטייענדיק כוואַליעס, רינגינג, און ינטערסימבאָל ינטערפיראַנס וואָס קאָרומפּ דיגיטאַל סיגנאַלז און דיגרייד RF סיסטעם פאָרשטעלונג.
פֿאַר 5G אַפּליקאַציעס, איז 50-אָהם איינציק-ענדיקט אימפּעדאַנס געוואָרן דער אוניווערסאַלער סטאַנדאַרט פֿאַר RF און מייקראַווייוו קרייזן. דער ווערט איז אַרויסגעקומען פֿון אָפּטימיזאַציע צווישן מאַכט האַנדלינג קייפּאַבילאַטי און אָנווער אין קאָאַקסיאַל קייבאַלז, און די גאַנצע RF עקאָסיסטעם קאַנעקטאָרס, טעסט ויסריכט, קאָמפּאָנענטן נעמען אָן 50-אָהם סיסטעמען. הויך
גיכקייט דיגיטאַלע אינטערפייסיז נוצן טיפּיש אָדער 50-אָום איין-ענדיקט (פֿאַר איין-ענדיקט סיגנאַלן ווי זייגערס) אָדער 100-אָום דיפערענציעל ימפּידאַנס (פֿאַר דיפערענציעל פּאָרן ווי MIPI, PCIe, און USB).
6.2 מיקראָסטריפּ קאָנפיגוראַציע פֿאַר RF סיגנאַלן
מיקראָסטריפּ, אַ סיגנאַל שפּור אויף דער ברעט'ס אויסערן שיכט מיט אַ גראַונד פלאַך אויף דער שכנותדיקער אינערלעכער שיכט, רעפּרעזענטירט די מערסט פּראָסט טראַנסמיסיע ליניע קאָנפיגוראַציע פֿאַר RF קרייזן.
די כאַראַקטעריסטישע אימפּעדאַנס פון אַ מיקראָסטריפּ דעפּענדס אויף טראַסע ברייט (W), הייך העכער די גראַונד פלאַך (H), קופּער גרעב (T), און די דיעלעקטריק קאָנסטאַנט פון די סאַבסטראַט מאַטעריאַל (εr). פֿאַר אַ ערשטער-אָרדענונג אַפּראָקסימאַציע, ברייטערע טראַסעס און דיקער דיעלעקטריקס פאַרגרעסערן ימפּעדאַנס, בשעת העכער דיעלעקטריק קאָנסטאַנטן פאַרקלענערן ימפּעדאַנס.
בייַשפּיל מיקראָסטריפּ קאַלקולאַציע: דערגרייכן 50Ω אויף 5-מיליל דיק ראָדזשערס RO4350B (εr = 3.48) מיט 1 אונס קופּער ריקווייערז אַרום 11מיליל טראַסע ברייט. די זעלבע ימפּידאַנס אויף 4-מיליל דיעלעקטריק ריקווייערז 8.5מיליל ברייט, וואָס דעמאַנסטרירט די סענסיטיוויטי צו דיעלעקטריק גרעב.
פיגור 7 – קראָס-סעקשאַנאַל דיאַגראַם פון מיקראָסטריפּ טראַנסמיסיע ליניע געאָמעטריע
6.4 דיפערענציעלע פּאָר אימפּעדאַנס פֿאַר הויך-גיכקייַט ינטערפייסיז
דיפערענציעלע סיגנאַלינג וואָס טראַנסמיטירט דאַטן ווי דער וואָולטאַזש חילוק צווישן צוויי קאָמפּלעמענטאַרע סיגנאַלן דאָמינירט מאָדערנע הויך-גיכקייַט דיגיטאַלע אינטערפייסיז רעכט צו העכערער ראַש ימיונאַטי און רידוסט EMI. די דיפערענציעלע ימפּידאַנס (Zdiff) דעפּענדס אויף ביידע די איין-ענדיק ימפּידאַנס פון יעדער שפּור (Z0) און די קאַפּלינג צווישן די שפּורן. פֿאַר לוסלי קאַפּאַלד שפּורן, Zdiff ≈ 2 × Z0. ווי שפּורן באַוועגן זיך נעענטער צוזאַמען, קאַפּלינג ינקריסיז, רידוסינג דיפערענציעלע ימפּידאַנס אונטער דעם 2:1 פאַרהעלטעניש.
פֿאַר 100-אָהם דיפערענציאַל אימפּעדאַנס (דער סטאַנדאַרט פֿאַר רובֿ הויך-גיכקייַט דיגיטאַל ינטערפייסיז), טיפּיש דיזיינז נוצן 50-אָהם איין-ענדיקט טראַסעס מיט קאַפּלינג וואָס ראַדוסאַז די דיפערענציאַל אימפּעדאַנס צו 100 אָהם. אין מיקראָסטריפּ מיט עדזש-קאַפּאַלד טראַסעס, דערגרייכן 100-אָהם דיפערענציאַל ריקווייערז טיפּיקלי טראַסע ספּייסינג פון 1.5-2× די טראַסע ברייט. ענגער ספּייסינג פאַרגרעסערט קאַפּלינג און ווייַטער ראַדוסאַז דיפערענציאַל אימפּעדאַנס; ברייטער ספּייסינג פאַרמינערט קאַפּלינג און הייבט דיפערענציאַל אימפּעדאַנס.
| שיכטע | פונקציע | טיפּ | קופּער וואָג | גרעב | מאַטעריאַל |
| L1 | רף סיגנאַל | מיקראָסטריפּ 50Ω | קסנומקס אָז | - | RO4350B |
| L2 | ערד | אַעראָפּלאַן | קסנומקס אָז | קסנומקס טויזנט | האַרץ |
| L3 | רף סיגנאַל | סטריפּליין 50Ω | קסנומקס אָז | קסנומקס טויזנט | פּרעפּרעג |
| L4 | ערד | אַעראָפּלאַן | קסנומקס אָז | קסנומקס טויזנט | האַרץ |
| ... | סיממעטריק | שפּיגל | ... | ... | ... |
טאַבעלע 2: בייַשפּיל 12-שיכטיקע 5G סטאַק-אַפּ קאָנפיגוראַציע (טיילווייז) ווייַזנדיק די שפּיץ שיכטן
7. סיגנאַל אינטעגריטעט באַטראַכטונגען
סיגנאַל אינטעגריטעט אין 5G פּקבס נעמט אַרום קייפל פֿאַרבונדענע דערשיינונגען וואָס קענען פֿאַרערגערן סיסטעם פאָרשטעלונג אויב זיי ווערן נישט ריכטיק געראטן. פֿאַרשטיין די מעכאַניזמען פֿון סיגנאַל פֿאַרערגערונג און די סטאַק-אַפּ פּלאַן טעקניקס וואָס פֿאַרמינדערן זיי, טיילט אָפּ פֿונקציאָנעלע פּלאַן פֿון אָפּטימאַלע.
7.1 הויך-פרעקווענץ פארלוסט מעכאניזמען
סיגנאַל פארלוסט וואַקסט דראַמאַטיש מיט דער אָפטקייט צוליב קייפל פיזישע עפֿעקטן. דיעלעקטרישער פארלוסט שטאַמט פֿון מאָלעקולאַרער פּאָלאַריזאַציע אין דעם סאַבסטראַט מאַטעריאַל ווען דער עלעקטרישער פעלד אָסצילירט ביי RF פרעקווענצן, דיפּאָלן אין דעם מאַטעריאַל פּרוּוון זיך צו פֿאַרבינדן מיטן פעלד, און פֿאַרשפּרייטן ענערגיע ווי היץ. דער פארלוסט קאָרעלירט גלייך מיטן פֿאַרשפּרייטונג פֿאַקטאָר: פֿאַרדאָפּלען Df פֿאַרדאָפּלט אַפּראָקסימאַטלי דעם פארלוסט. ביי 28 GHz אין סטאַנדאַרט FR-4 (Df ≈ 0.020), קענען דיעלעקטרישע פארלוסטן איבערשטייגן 1.5 dB פּער אינטש, בשעת Rogers RO3003 (Df ≈ 0.001) דערגרייכט פארלוסטן אונטער 0.3 dB פּער אינטש אונטער אידענטישע באַדינגונגען. קאָנדוקטאָר פארלוסט וואַקסט מיטן קוואַדראַט וואָרצל פֿון דער אָפטקייט צוליב הויט-עפֿעקט; הויך-פֿרעקווענץ שטראָמען קאָנצענטרירן זיך לעבן קאָנדוקטאָר סערפאַסעס, און פֿאַרגרעסערן די עפֿעקטיווע קעגנשטעל.
7.2 וויאַ פּלאַן פֿאַר mmWave אַפּליקאַציעס
וויאַ סטאַבס דער נישט געניצטער טייל פון אַ דורכגאַנג-לאָך וויאַ וואָס ציט זיך פאַרביי דעם שיכט וואו דער סיגנאַל קומט אַרויס שאַפט רעזאָנאַנטע סטרוקטורן וואָס רעפלעקטירן סיגנאַלן ביי ספּעציפֿישע פרעקווענצן. דער סטאַב אַקט ווי אַ קורץ-געשלאסן טראַנסמיסיע ליניע וועמענס קוואַרטער-כוואַליע-לענג רעזאָנאַנס פאַראורזאַכט מאַקסימום רעפלעקציע. ביי 28 גיגאַהערץ מיט אַ 50 מיל ברעט גרעב, קען אפילו אַ 15 מיל סטאַב שאַפֿן פּראָבלעמאַטישע רעזאָנאַנסן. לייזונגען אַרייַננעמען צוריק-דרילינג צו באַזייַטיקן סטאַבס אָדער ניצן בלינדע/באַגראָבענע וויאַס וואָס ענדיקן פּונקט ביי דער סיגנאַל שיכט.
פיגור 9 – צוריקגעבויערטע פּקב דורך
סאָף
א געלונגענע 5G PCB סטאַק-אַפּ פּלאַן דאַרף עקספּערטיז פון קייפל דיסציפּלינעס, ד״ה מאַטעריאַל וויסנשאַפֿט, עלעקטראָמאַגנעטישע טעאָריע, פאַבריקאַציע פּראָצעסן און טערמישע פאַרוואַלטונג. די גיידליינז וואָס ווערן פּרעזענטירט אין דעם אַרטיקל, פֿון מאַטעריאַל סעלעקציע דורך גראַונדינג סטראַטעגיעס ביז ימפּידאַנס קאָנטראָל, צושטעלן אַ פולשטענדיקע פריימווערק פֿאַר שאַפֿן הויך-קוואַליטעט...
פאָרשטעלונג 5G דיזיינז.
הויפּט רעזולטאַטן אַרייַננעמען:
1. מאַטעריאַל אויסוואַל טרייבט פאָרשטעלונג און קאָסטן ניצט הויך-פרעקווענץ לאַמינאַטן וואו נייטיק, FR-4 אַנדערשוואו.
2. סימעטרישע צוזאמענשטעלונגען מיט ריכטיגע רעפערענץ פּלענער זענען נישט אונטערהאנדלונגסווערט. 3. גראַונד פּלעין אינטעגריטעט און וויאַ סטיטשינג באַשטימען סיגנאַל אינטעגריטעט ביי מילימעטער כוואַליע.
4. אימפּעדאַנס קאָנטראָל ריקווייערז פּינקטלעך דיעלעקטריש גרעב קאָנטראָל און פעלד סאָלווער וועראַפאַקיישאַן.
5. א פריע מיטאַרבעט מיט אייער פּקב פאַבריקאַנט פאַרהיט טייַערע רעספּינס.
ווי 5G טעכנאָלאָגיע פאָרזעצט זיך צו אַנטוויקלען צו העכערע פרעקווענצן און גרעסערע קאָמפּלעקסיטעט, וועלן די טריט און מעטאָדן וואָס זענען דאָ אויסגעשריבן בלייבן פונדאַמענטאַל. צי איר פּלאַנירט אייער ערשטן 5G פּראָדוקט אָדער אָפּטימיזירט אַן עקזיסטירנדיקע פּלאַטפאָרמע, ינוועסטירן צייט אין סטאַק-אַפּ אָפּטימיזאַציע באַצאָלט דיווידענדן אין סיסטעם פאָרשטעלונג, מאַנופאַקטורינג ייעלד, און צייט-צו-מאַרק.
