Conception de PCB 5G : l'avenir des cartes de circuits imprimés à grande vitesse

Alors que le monde passe des réseaux 4G aux réseaux ultra-rapides 5G, le besoin de cartes de circuits imprimés avancées est désormais plus critique que jamais. Le PCB 5G doit faire face à des situations de fréquence plus élevée, ce qui nécessite des fonctionnalités spéciales par rapport au circuit imprimé traditionnel. Nous expliquons ici les défis auxquels est confrontée la conception des PCB 5G et les règles qui régissent son processus de production.

Qu'est-ce qu'un PCB 5G ?

Le PCB 5G est un type de carte conçue avec des fonctionnalités spéciales pour garantir le fonctionnement optimal des systèmes de communication 5G. La carte 5G a des spécifications de niveau plus élevé que la carte de circuit imprimé traditionnelle.

Ceux-ci incluent des systèmes avancés de dissipation thermique, des traces optimisées et des pièces de réduction des EMI, entre autres exigences telles qu'une sélection appropriée des matériaux. Mais qu’est-ce que la 5G en premier lieu ?

Technologie

La 5G (ou technologie de cinquième génération) se définit mieux comme une mise à niveau réseaux 4G et les dernières avancées en matière de systèmes sans fil. Les réseaux 5G fonctionnent à des fréquences extrêmement élevées (avec des longueurs d'onde de l'ordre du millimètre) et offrent les taux de transfert de données les plus élevés actuellement.

Par exemple, les vitesses de la 5G peuvent atteindre 20 Gbit/s, ce qui dépasse de 4 à 10 fois celles des réseaux 20G. Mais cela signifie également qu’un matériel spécialisé est nécessaire pour répondre aux exigences les plus élevées. Cela fait notamment référence à la nécessité d’un type unique de circuit imprimé appelé PCB 5G.

PCB 5G

Le PCB 5G doit son nom à ses fonctionnalités spécialement conçues pour prendre en charge les taux de données plus élevés et les niveaux de fréquence extrêmement élevés des systèmes de communication 5G. Celles-ci incluent tout, depuis l'épaisseur du panneau et ses matières premières jusqu'à la conception des traces de cuivre et d'autres caractéristiques.

En tant que tel, des considérations appropriées doivent être prises en compte à toutes les étapes du processus de production de la carte, en particulier lors de la phase de conception. La section ci-dessous examine les exigences les plus essentielles pour le processus de conception des circuits imprimés 5G.

Conception de circuits imprimés 5G

Les réseaux 5G, étant donné leurs systèmes exigeants, nécessitent des circuits imprimés spécialisés pour fonctionner efficacement. PAR CONSÉQUENT, la conception des PCB 5G est un processus critique qui nécessite une planification et une expertise appropriées. Pour limiter cela aux détails, les concepteurs doivent garantir les points suivants lors de la création d'un PCB répondant aux exigences de la 5G.

Substrat

La carte 5G est destinée à gérer les signaux haute fréquence. Cela signifie que beaucoup d’énergie est perdue sous forme de chaleur. Par conséquent, la sélection d’un matériau approprié capable de dissiper la chaleur est la première exigence lors de la conception de ce type de circuit imprimé.

Donc, un substrat à haute conductivité thermique est préféré. Idéalement, cela signifie explorer des matériaux différents du FR4 standard, y compris des substrats flexibles et non flexibles.

En plus de la conductivité thermique, un substrat PCB 5G doit avoir un constante diélectrique valeur la plus basse possible. En effet, les pertes diélectriques sont plus élevées à des fréquences plus élevées, affectant les performances de la carte lorsqu'elle est utilisée dans les applications 5G.

Traces

La longueur, la largeur et l'espacement des traces doivent être soigneusement pris en compte lors de la conception du PCB 5G. Les traces doivent être aussi courtes que possible pour minimiser les pertes. Leur largeur et leur espacement doivent être correctement mesurés pour maintenir une impédance constante et une faible distorsion du signal.

Outre la taille et l’espacement des voies, leurs surfaces doivent rester lisses. Les surfaces conductrices irrégulières ou inégales augmentent pertes résistives en provoquant une diminution de la vitesse de phase des signaux du circuit imprimé.

Cela signifie, entre autres, un changement dans la manière dont la carte 5G est fabriquée. Par exemple, le processus sous-additif est recommandé lorsque l’objectif est de maintenir la géométrie et la précision des traces de cuivre dans ces PCB à grande vitesse.

EMI

Les EMI, ou interférences électromagnétiques au complet, constituent une préoccupation majeure lorsqu'il s'agit de cartes de circuits imprimés 5G. En effet, les fréquences plus élevées s'accompagnent d'une augmentation des niveaux de rayonnement électromagnétique, ce qui peut affecter l'intégrité des signaux, entraînant une perte de données et d'autres effets.

Pendant le processus de conception des PCB 5G, des mesures d'atténuation doivent être prises. Celles-ci incluent des techniques de blindage EMI appropriées telles que le blindage des boîtiers et des joints, l'utilisation de plans de masse et le placement correct des composants. Des pièces de filtrage EMI peuvent également être utilisées.

Règles de conception des PCB 5G

Plusieurs règles s'appliquent lors de la conception et de la fabrication de cartes de circuits imprimés destinées à être utilisées dans les systèmes 5G, telles que l'antenne PCB 5G, l'amplificateur de puissance, etc. Les règles les plus cruciales, destinées à répondre aux besoins uniques des planches à très grande vitesse, sont les suivantes.

1. Lors de la conception d'un circuit imprimé 5G, assurez-vous que les matériaux ne se décomposeront pas rapidement ou ne seront pas endommagés par des traces de délaminage ou de pelage lorsqu'ils sont soumis à des températures élevées.

2. Utilisez un stratifié dont l'épaisseur est comprise entre ¼ et ⅛ de la Longueur des ondes de la fréquence la plus élevée du PCB 5G spécifique. Ceci permet d'éviter la distorsion du signal qui peut se produire si le stratifié est trop fin ou trop épais.

3. Des masques de soudure minimaux sont recommandés pour le PCB 5G. En effet, les masques à souder peuvent attirer l'humidité dans des conditions d'humidité élevée.

Une humidité excessive entraînerait des modifications des valeurs spécifiées pour la constante diélectrique du substrat et facteur de dissipation, entraînant une baisse des performances des lignes de transmission.

4. Outre les considérations mentionnées lors de la conception d'une carte 5G, l'importance doit être accordée aux dernières étapes de son processus de fabrication.

Par exemple, en raison de leurs exigences uniques, il est préférable d’inspecter une carte 5G à l’aide d’un équipement automatisé tel que l’AOI. Cela garantit leur qualité supérieure et contribue à répondre aux exigences plus élevées des produits technologiques 5G.

Conclusion

Le PCB 5G est un circuit imprimé spécial nécessitant des considérations spécifiques lors de sa conception ou de sa fabrication. En plus de ses exigences uniques en matière de signaux à haut débit et haute fréquence, ce type de carte doit être fabriqué dans le respect des règles industrielles pour les applications 5G. Cela signifie beaucoup pour les fabricants de PCB et ceux qui recherchent des circuits imprimés à utiliser dans les produits ou les réseaux 5G.