گسترش تکنولوژی 5G محدودیت های ارتباطات بی سیم را دوباره تعریف کرده است و دستگاه ها را مجبور به کار در فرکانس های بی سابقه (کمتر از 6 گیگاهرتز تا 60 گیگاهرتز+) و سرعت داده (تا 10 گیگاهرتز در ثانیه) کرده است.در قلب این انقلاب یک عنصر مهم اما اغلب نادیده گرفته شده استبرخلاف سیستم های 4G، شبکه های 5G نیاز به زیربنایی دارند که از دست دادن سیگنال را به حداقل برساند، خواص دی الکتریک پایدار را حفظ کند،و به طور کارآمد تبعید گرما نیازمندی که PCB FR-4 سنتی به سادگی نمی تواند برآورده کند.
این راهنما نقش مواد PCB را در طراحی 5G آشکار می کند، ویژگی های کلیدی مانند ثابت دی الکتریک (Dk) و فاکتور تبعید (Df) را تجزیه می کند.و ارائه مقایسه های دقیق از زیربناهای بالا برای تقویت کننده هااین که آیا شما در حال طراحی یک ایستگاه پایه 5G، یک مودم تلفن هوشمند یا یک سنسور IoT هستید، درک این مواد به شما کمک می کند تا یکپارچگی سیگنال را بهینه سازی کنید.کاهش تاخیرما همچنین نشان خواهیم داد که چرا انتخاب مواد با استفاده از برنامه های کاربردی متفاوت است و چگونه بستر را با مورد استفاده خاص 5G شما مطابقت دهید.
چرا 5G به مواد PCB تخصصی نیاز دارد؟
سیستم های 5G از پیشگامان 4G خود به دو روش تغییر دهنده بازی متفاوت هستند: فرکانس های بالاتر (تا 60GHz برای mmWave) و تراکم داده بیشتر. این تفاوت ها اهمیت مواد PCB را تقویت می کنند.,چون حتی ناکارآمدی های کوچک می تواند باعث از دست دادن سیگنال یا عدم ثبات فاجعه بار شود.
ویژگی های کلیدی مواد برای عملکرد 5G
| مالکیت |
تعریف |
چرا در 5G اهمیت دارد؟ |
| ثابت دی الکتریک (Dk) |
توانایی یک ماده برای ذخیره انرژی الکتریکی در یک میدان الکتریکی. |
Dk پایین تر (2.03.5) تاخیر و پراکندگی سیگنال را کاهش می دهد که برای 60GHz mmWave حیاتی است. |
| فاکتور انحلال (Df) |
اندازه گیری از دست دادن انرژی به عنوان گرما در یک ماده دی الکتریک. |
Df پایین تر (<0.004) تضعیف سیگنال را در فرکانس های بالا به حداقل می رساند و یکپارچگی داده ها را حفظ می کند. |
| رسانایی حرارتی |
توانایی یک ماده برای هدایت گرما. |
رسانایی حرارتی بالاتر (> 0.5 W / m · K) از گرم شدن بیش از حد در تقویت کننده های 5G گرسنه انرژی جلوگیری می کند. |
| TCDk (معادل دمای Dk) |
تغییر Dk با دمای هوا. |
TCDk پایین (<± 50 ppm / °C) عملکرد پایدار را در محیط های بیرونی / خودرو (-40 °C تا 85 °C) تضمین می کند. |
هزینه انتخاب مواد نادرست
استفاده از مواد پایین در PCB های 5G منجر به موفقیت های قابل اندازه گیری در عملکرد می شود:
1یک بستر با Df = 0.01 در 28GHz باعث 3 برابر بیشتر از دست دادن سیگنال از یک بستر با Df = 0.003 در یک ردیاب 10 سانتی متر می شود.
2هدایت حرارتی ضعیف (به عنوان مثال، FR-4 در 0.2 W / m · K) می تواند دمای قطعات را 25 ° C افزایش دهد و طول عمر ماژول 5G را 40٪ کاهش دهد.
3مواد با TCDk بالا (به عنوان مثال، PTFE عمومی با TCDk = ± 100 ppm / °C) ممکن است باعث عدم تطابق مقاومت در نوسانات دمایی شود و قابلیت اطمینان اتصال را تا 20٪ کاهش دهد.
بهترین شیوه های طراحی PCB 5G: استراتژی های مبتنی بر مواد
انتخاب مواد مناسب تنها اولین گام است. انتخاب های طراحی باید در کنار خواص بستر کار کنند تا عملکرد 5G را به حداکثر برسانند. در اینجا استراتژی های اثبات شده وجود دارد:
1کنترل مقاومت از طریق Dk Match
سیگنال های 5G (به ویژه ام ویو) نسبت به تغییرات مقاومت بسیار حساس هستند. از زیربناهایی با تحمل Dk تنگ (± 0.05) و ردپای طراحی برای هدف 50Ω (یک طرفه) یا 100Ω (تفاوت)به عنوان مثال، یک زیربنای Rogers RO4350B (Dk = 3.48) با عرض 0.1mm در یک لایه دی الکتریک 0.2mm مقاومت 50Ω پایدار را حفظ می کند.
2طول مسیر سیگنال را به حداقل برساند
سیگنال های فرکانس بالا به سرعت در فاصله کاهش می یابند. رد های RF را در طرح های ام ام واف کمتر از 5 سانتی متر نگه دارید و از زیربناهای دارای Df پایین (به عنوان مثال Sytech Mmwave77 ، Df = 0.0036) برای کاهش از دست دادن در مسیرهای طولانی تر استفاده کنید.
3ادغام مدیریت حرارتی
اجزای 5G با قدرت بالا (به عنوان مثال تقویت کننده های 20 وات) را با زیربناهای رسانا حرارتی (به عنوان مثال Rogers 4835T، 0.6 W / m · K) جفت کنید و ویاس های حرارتی (0.3mm قطر) را برای تبعید گرما به هواپیماهای مس اضافه کنید.
4- محافظت برای کاهش EMI
PCB های 5G مستعد تداخل الکترومغناطیسی (EMI) هستند. در طرح های شلوغ از زیرپوش هایی با Dk پایین (به عنوان مثال Panasonic R5585GN، Dk = 3.95) استفاده کنید.و یکپارچه سازی محافظ مس در اطراف اجزای حساس مانند آنتن ها.
مواد PCB تقویت کننده 5G: زیربناهای برتر برای عملکرد قدرت بالا
تقویت کننده های 5G سیگنال های ضعیف را برای انتقال در مسافت های طولانی تقویت می کنند، در ایستگاه های پایه 30 ٪ 300 و در دستگاه های کاربر 1 ٪ 10W کار می کنند. آنها نیاز به زیربنایی دارند که از دست دادن کم را تعادل دهند،رسانایی حرارتی بالا، و ثبات تحت قدرت بالا.
بهترین مواد PCB تقویت کننده 5G
| برند ماده |
مدل |
محدوده ضخامت (ملی متر) |
اندازه های پنل |
منشاء |
Dk |
Df |
ترکیب |
بهترین برای |
| راجرز |
RO3003 |
0.127 ¢ 1524 |
12 × 18 × 18 × 24 |
سوژو، چین |
3.00 |
0.0012 |
PTFE + سرامیک |
تقویت کننده های ایستگاه پایه با قدرت بالا (60GHz) |
| راجرز |
RO4350B |
0.168 ¥1524 |
12 × 18 × 18 × 24 |
سوژو، چین |
3.48 |
0.0037 |
هیدروکربن + سرامیک |
تقویت کننده های قدرت متوسط (بیشتر از 6GHz) |
| پاناسونیک |
R5575 |
0.102 ۰762 |
48×36×، 48×42× |
گوانگژو، چین |
3.60 |
0.0048 |
PPO |
تقویت کننده های دستگاه های مصرفی حساس به هزینه |
| FSD |
888T |
0.508 ۰762 |
48×36 |
سوژو، چین |
3.48 |
0.0020 |
نانوسیرامیک |
تقویت کننده های سلول های کوچک mmWave |
| سايتچ |
mmwave77 |
0.127 ۰762 |
36×48 |
دونگوان، چین |
3.57 |
0.0036 |
PTFE |
تقویت کننده های تکرار کننده 5G در فضای باز |
| TUC |
تو-1300E |
0.508 1524 |
36×48×، 42×48× |
سوژو، چین |
3.06 |
0.0027 |
هیدروکربن |
تقویت کننده های 5G V2X خودرو |
تجزیه و تحلیل: انتخاب مواد تقویت کننده مناسب
a. برای ام ام ام (2860GHz): Rogers RO3003 (Df = 0.0012) برای از دست دادن کم بی نظیر است، که آن را برای تقویت کننده های ایستگاه پایه دوربرد ایده آل می کند.هسته PTFE آن همچنین بدون تخریب قدرت بالا (تا 300W) را مدیریت می کند.
ب.برای زیر 6 گیگاهرتز (3.5 گیگاهرتز): RO4350B راجرز تعادل بین عملکرد و هزینه را با رسانایی حرارتی کافی (0.65 W/m·K) برای طرح های قدرت متوسط ایجاد می کند.
c.برای دستگاه های مصرفی: پاناسونیک R5575 (PPO) عملکرد کافی (Df = 0.0048) را با هزینه 30٪ کمتر از Rogers ارائه می دهد که برای تقویت کننده های تلفن هوشمند یا IoT مناسب است.
مواد PCB آنتن 5G: زیربناهای انتقال سیگنال
آنتن های 5G (هر دو سلول کلان و کوچک) به موادی نیاز دارند که بازتاب را به حداقل برسانند، کارایی تابش را حفظ کنند و از پهنای باند گسترده (100MHz ∼2GHz) پشتیبانی کنند. بر خلاف تقویت کننده ها، آنتن های 5G به اندازه کافی با کیفیت هستند.آنتن ها اولویت Dk سازگار در فرکانس ها و دوام مکانیکی برای استفاده در فضای باز را دارند.
مواد برتر PCB آنتن 5G
| برند ماده |
مدل |
محدوده ضخامت (ملی متر) |
اندازه های پنل |
منشاء |
Dk |
Df |
ترکیب |
بهترین برای |
| پاناسونیک |
R5575 |
0.102 ۰762 |
48×36×، 48×42× |
گوانگژو، چین |
3.60 |
0.0048 |
PPO |
آنتن های سلول کوچک داخلی |
| FSD |
888T |
0.508 ۰762 |
48×36 |
سوژو، چین |
3.48 |
0.0020 |
نانوسیرامیک |
آنتن های سقف mmWave |
| سايتچ |
mmwave500 |
0.203-1524 |
36×48×، 42×48× |
دونگوان، چین |
3.00 |
0.0031 |
PPO |
آنتن های رادار 5G خودرو |
| TUC |
TU-1300N |
0.508 1524 |
36×48×، 42×48× |
تایوان، چین |
3.15 |
0.0021 |
هیدروکربن |
آنتن های ایستگاه های پایه ی کلان |
| ونتک |
VT-870 L300 |
0.508 1524 |
48×36×، 48×42× |
سوژو، چین |
3.00 |
0.0027 |
هیدروکربن |
آنتن های IoT حساس به هزینه |
| ونتک |
VT-870 H348 |
0.08 ¥1524 |
48×36×، 48×42× |
سوژو، چین |
3.48 |
0.0037 |
هیدروکربن |
آنتن های دو باند (sub-6GHz + mmWave) |
تحلیل: انتخاب مواد مناسب آنتن
a.برای ایستگاه های پایه ماکرو: TUC TU-1300N (Dk = 3.15) دارای ثبات استثنایی در Dk در طول 3.5GHz 30GHz است، که الگوهای تابش ثابت را تضمین می کند.هسته هیدروکربن آن نیز در برابر آسیب UV در محیط های بیرونی مقاومت می کند.
ب.برای آنتن های ام ام: FSD 888T (Df = 0.0020) جذب سیگنال را به حداقل می رساند و آن را برای آنتن های 28GHz روی سقف که نیاز به انتقال دوربرد دارند، ایده آل می کند.
ج.برای آنتن های خودرو: Sytech Mmwave500 (Dk = 3.00) چرخه های ارتعاش و دمای (-40°C تا 125°C) را مدیریت می کند که برای سیستم های رادار ADAS 5G حیاتی است.
د.برای طرح های حساس به هزینه: Ventec VT-870 L300 90٪ عملکرد مواد برتر را با 50٪ هزینه ارائه می دهد ، مناسب برای آنتن های IoT داخلی است.
مواد PCB ماژول 5G با سرعت بالا: زیربناهای کاربردی با اطلاعات زیاد
ماژول های 5G با سرعت بالا (به عنوان مثال، ترانسسیورها، مودم ها و واحدهای backhaul) حجم داده های عظیم را پردازش و مسیر می دهند.مواد مورد نیاز برای پشتیبانی از سیگنال های دیجیتال با سرعت بالا (تا 112Gbps PAM4) با حداقل crosstalk و تاخیر. این سبسترات ها عملکرد الکتریکی را با قابلیت تولید متعادل می کنند.
مواد PCB ماژول سرعت بالا 5G
| برند ماده |
مدل |
محدوده ضخامت (ملی متر) |
اندازه های پنل |
منشاء |
Dk |
Df |
ترکیب |
بهترین برای |
| راجرز |
4835T |
0.064 ۰101 |
12 × 18 × 18 × 24 |
سوژو، چین |
3.33 |
0.0030 |
هیدروکربن + سرامیک |
ماژول های 112Gbps backhaul |
| پاناسونیک |
R5575G |
0.05 ۰75 |
48×36×، 48×42× |
گوانگژو، چین |
3.60 |
0.0040 |
PPO |
مودم های متوسط سرعت (25 گیگابایت در ثانیه) |
| پاناسونیک |
R5585GN |
0.05 ۰75 |
48×36×، 48×42× |
گوانگژو، چین |
3.95 |
0.0020 |
PPO |
گیرنده های 50Gbps درجه شرکت |
| پاناسونیک |
R5375N |
0.05 ۰75 |
48×36×، 48×42× |
گوانگژو، چین |
3.35 |
0.0027 |
PPO |
ماژول های 5G V2X خودرو |
| FSD |
888T |
0.508 ۰762 |
48×36 |
سوژو، چین |
3.48 |
0.0020 |
نانوسیرامیک |
ماژول های محاسباتی 5G |
| سايتچ |
S6 |
0.0520 |
48×36×، 48×40× |
دونگوان، چین |
3.58 |
0.0036 |
هیدروکربن |
ماژول های صنعتی 5G IoT |
| سايتچ |
S6N |
0.0520 |
48×36×، 48×42× |
دونگوان، چین |
3.25 |
0.0024 |
هیدروکربن |
ماژول های بازی 5G با تاخیر کم |
تجزیه و تحلیل: انتخاب مواد مناسب ماژول با سرعت بالا
a.برای سرعت فوق العاده بالا (112 گیگابایت در ثانیه): Rogers 4835T (Df = 0.0030) استاندارد طلا است، با کنترل Dk دقیق (± 0.05) برای به حداقل رساندن جیتر در Backhaul و ماژول های مرکز داده.
برای استفاده در شرکت: پاناسونیک R5585GN (Df = 0.0020) سرعت و قابلیت اطمینان را متعادل می کند و آن را برای گیرنده های 50Gbps در شبکه های شرکتی ایده آل می کند.
c. برای ماژول های خودرو: Panasonic R5375N (Dk = 3.35) در برابر شرایط سخت زیر هود مقاومت می کند در حالی که از ارتباطات 25Gbps V2X پشتیبانی می کند.
d.برای IoT با هزینه موثر: Sytech S6N (Df = 0.0024) 80٪ از عملکرد Rogers را با نصف هزینه ارائه می دهد که برای سنسورهای صنعتی با تاخیر پایین مناسب است.
روند مواد PCB 5G: انتظارات تا سال 2026
همانطور که 5G به سمت 6G (با فرکانس ها تا 100GHz) تکامل می یابد، مواد PCB نوآوری بیشتری را تجربه خواهند کرد.
1زیربناهای LCP (پلیمر کریستال مایع) با ضرر کم
LCP (Dk = 2)9، Df = 0.0015) به عنوان یک راننده پیشرو برای برنامه های کاربردی 60~100GHz در حال ظهور است، با ارائه ثبات حرارتی بهتر از PTFE و ادغام آسان تر با PCB های انعطاف پذیر که برای دستگاه های 5G قابل انعطاف ضروری است.
2مخلوط مواد بهینه شده توسط هوش مصنوعی
تولیدکنندگان مانند راجرز و پاناسونیک از هوش مصنوعی برای طراحی زیربناهای ترکیبی (به عنوان مثال PTFE + سرامیک + هیدروکربن) با Dk و Df متناسب برای باند های خاص 5G استفاده می کنند، کاهش از دست دادن 15 ٪ در مقابل 20٪.مواد تک جزء.
3مواد فرکانس بالا پایدار
فشار برای کاهش زباله های الکترونیک باعث ایجاد زیربناهای فرکانس بالا بازیافت می شود.سری VT-870 Eco Ventec®، 30 درصد هیدروکربن را با مواد بازیافت شده بدون از دست دادن ثبات Dk جایگزین می کند.
4مدیریت حرارتی یکپارچه
مواد نسل بعدی 5G شامل بخاری های حرارتی مس جاسازی شده یا لایه های گرافن خواهد بود، که باعث افزایش رسانایی حرارتی به 1.0+ W/m·K® می شود که برای تقویت کننده های 300W+ mmWave در شبکه های پیشرفته 5G ضروری است.
چگونه مواد مناسب PCB 5G را انتخاب کنیم: یک چارچوب مرحله به مرحله
1. محدوده فرکانس خود را تعریف کنید
زیر 6 گیگاهرتز (3.5 گیگاهرتز): اولویت بندی هزینه و رسانایی حرارتی (به عنوان مثال، Rogers RO4350B، Ventec VT-870 H348).
ام ام ام (2860GHz): اولویت Df پایین (به عنوان مثال، Rogers RO3003، FSD 888T).
2ارزیابی نیاز به قدرت
قدرت بالا (50 ′′ 300W): PTFE یا زیربناهای تقویت شده سرامیکی (Rogers RO3003 ، FSD 888T) را انتخاب کنید.
قدرت کم (1 ′′ 10W): مواد PPO یا هیدروکربن (Panasonic R5575، TUC TU-1300E) کافی است.
3شرایط محیطی را در نظر بگیرید
در فضای باز / خودرو: مواد با مقاومت TCDk و UV پایین را انتخاب کنید (TUC TU-1300N، Sytech Mmwave500).
داخلی / مصرف کننده: تمرکز بر هزینه و قابلیت تولید (Panasonic R5575، Ventec VT-870 L300).
4ارزیابی نیاز به پهنای باند
پهن باند (100MHz) 2GHz: مواد با Dk پایدار در فرکانس ها (TUC TU-1300N، Rogers 4835T).
باند باریک: گزینه های حساس به هزینه با تغییر پذیر Dk (Panasonic R5575G).
نتیجه گیری
مواد PCB 5G یک راه حل یک اندازه مناسب برای همه نیستند، عملکرد آنها به طور چشمگیری با استفاده، فرکانس و محیط متفاوت است. تقویت کننده ها نیاز به از دست دادن کم و مدیریت قدرت بالا دارند.آنتن ها نیاز به ثبات و دوام Dk دارند.، و ماژول های با سرعت بالا نیاز به پشتیبانی از نرخ داده های فوق العاده سریع با حداقل crosstalk دارند.
با اولویت بندی خواص کلیدی مانند Dk، Df، و رسانایی حرارتی، و تطبیق دادن آنها به مورد استفاده خاص 5G شما، می توانید PCB هایی را طراحی کنید که یکپارچگی سیگنال را به حداکثر برساند، تاخیر را کاهش دهد،و عملکرد قابل اعتماد را تضمین کنیدبا تکامل 5G به 5G پیشرفته و 6G،پیشروی از نوآوری های مواد از زیربناهای LCP تا مخلوط های بهینه شده AI برای حفظ مزیت رقابتی در چشم انداز سریع در حال گسترش بی سیم ضروری است.
به یاد داشته باشید: مواد مناسب PCB 5G فقط یک جزء نیستند بلکه پایه سیستم های ارتباطی نسل بعدی با عملکرد بالا هستند.
پیام شما باید بین 20 تا 3000 کاراکتر باشد!
