Η μονάδα RF ενός σταθμού βάσης 5G είναι υπεύθυνη για τις βασικές λειτουργίες της μετάδοσης, λήψης και ενίσχυσης σημάτων 5G. Το περιβάλλον εργασίας του πρέπει να αντιμετωπίσει προκλήσεις όπως η μετάδοση σήματος υψηλής συχνότητας, η θέρμανση{3}με υψηλή ισχύ και οι περίπλοκες εξωτερικές συνθήκες (όπως διακυμάνσεις θερμοκρασίας, αλλαγές υγρασίας, ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές). Ως "φορέας μετάδοσης σήματος" και "πλατφόρμα φορέα εξαρτημάτων" της μονάδας RF, η επιλογή του PCB επηρεάζει άμεσα την ακεραιότητα του σήματος, την απόδοση απαγωγής θερμότητας και τη μακροπρόθεσμη αξιοπιστία της μονάδας RF. Στη συνέχεια περιγράφονται τα βασικά σημεία επιλογής για PCB μονάδας ραδιοσυχνοτήτων σταθμού βάσης 5G από πέντε βασικές διαστάσεις για να διασφαλιστεί η συμβατότητα με τις πρακτικές ανάγκες εφαρμογής.
1, Επιλογή υποστρώματος: δώστε προτεραιότητα στη διασφάλιση απόδοσης μετάδοσης σήματος υψηλής συχνότητας-
Η μονάδα ραδιοσυχνοτήτων των σταθμών βάσης 5G πρέπει να μεταδίδει μεγάλη ποσότητα σημάτων υψηλής-συχνότητας και οι ηλεκτρικές ιδιότητες του υποστρώματος καθορίζουν άμεσα την απώλεια και τη σταθερότητα μετάδοσης σήματος. Κατά την επιλογή, θα πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην προσαρμοστικότητα του υποστρώματος σε υψηλές-συχνότητες.
Αν και τα συνηθισμένα υποστρώματα FR-4 έχουν χαμηλότερο κόστος, υποφέρουν από σημαντική απώλεια σήματος και παραμόρφωση σε σενάρια υψηλής-συχνότητας, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κάλυψη των απαιτήσεων των μονάδων ραδιοσυχνοτήτων 5G. Θα πρέπει να δοθεί προτεραιότητα στην επιλογή υποστρωμάτων ειδικά σχεδιασμένων για υψηλές συχνότητες. Αυτά τα υποστρώματα μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά τη διηλεκτρική απώλεια και τη σταθερότητα της διηλεκτρικής σταθεράς των σημάτων υψηλής συχνότητας βελτιστοποιώντας τη σύνθεση της ρητίνης και τη δομή των ινών γυαλιού. Η χαμηλή διηλεκτρική απώλεια μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας των σημάτων κατά τη μετάδοση, διασφαλίζοντας ότι η ισχύς του σήματος πληροί τα πρότυπα. Η σταθερή διηλεκτρική σταθερά μπορεί να αποφύγει τις διακυμάνσεις της ταχύτητας μετάδοσης του σήματος που προκαλούνται από περιβαλλοντικές αλλαγές (όπως η αύξηση της θερμοκρασίας), διασφαλίζοντας τον συγχρονισμό και την ακρίβεια των σημάτων 5G.
Εν τω μεταξύ, η θερμική σταθερότητα του υποστρώματος πρέπει επίσης να εξεταστεί προσεκτικά. Κατά τη λειτουργία των μονάδων RF 5G, παράγεται σημαντική ποσότητα θερμότητας. Εάν ο συντελεστής θερμικής διαστολής του υποστρώματος είναι πολύ υψηλός, είναι εύκολο για την πλακέτα να παραμορφωθεί σε υψηλές θερμοκρασίες, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε πτώση των αρμών συγκόλλησης εξαρτημάτων ή βραχυκύκλωμα. Επομένως, είναι απαραίτητο να επιλέξετε ένα υπόστρωμα με χαμηλό συντελεστή θερμικής διαστολής και εξαιρετική αντοχή σε υψηλή θερμοκρασία για να διασφαλίσετε ότι το υπόστρωμα μπορεί να διατηρήσει τη δομική σταθερότητα υπό μακροπρόθεσμες συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας χωρίς να επηρεάζεται η κανονική λειτουργία της μονάδας ραδιοσυχνοτήτων.
2, Επιλογή πάχους χαλκού: κατάλληλο για διπλές απαιτήσεις μετάδοσης υψηλής ισχύος και σήματος
Η μονάδα ραδιοσυχνοτήτων των σταθμών βάσης 5G πρέπει να εκπέμπει σήματα υψηλής-συχνότητας και να μεταφέρει μια συγκεκριμένη ισχύ (όπως η τρέχουσα μετάδοση μονάδων ενίσχυσης ισχύος). Η επιλογή του πάχους του χαλκού θα πρέπει να εξισορροπεί την ποιότητα μετάδοσης του σήματος και την ικανότητα μεταφοράς ρεύματος για να αποφευχθούν τα σημεία συμφόρησης στην απόδοση που προκαλούνται από ακατάλληλο πάχος χαλκού.
Από την άποψη της μετάδοσης σήματος, το υπερβολικά παχύ φύλλο χαλκού μπορεί να αυξήσει την απώλεια δερματικού εφέ των σημάτων υψηλής-συχνότητας, επηρεάζοντας την απόδοση μετάδοσης σήματος. Το λεπτό φύλλο χαλκού μπορεί να προκαλέσει ανάκλαση σήματος ή παρεμβολή λόγω ασταθούς αντίστασης. Απαιτείται διαφοροποιημένη επιλογή πάχους χαλκού με βάση τις λειτουργικές απαιτήσεις διαφορετικών περιοχών εντός της μονάδας ραδιοσυχνοτήτων -, για παράδειγμα, επιλέγοντας ένα κατάλληλο συμβατικό πάχος χαλκού για διαδρομές μετάδοσης σήματος υψηλής-συχνότητας για να διασφαλιστεί η μετάδοση χαμηλής απώλειας σήματος. Η διαδρομή ρεύματος της μονάδας ενίσχυσης ισχύος πρέπει να αυξηθεί κατάλληλα σε πάχος χαλκού για να ενισχυθεί η ικανότητα μεταφοράς ρεύματος και να αποφευχθεί η υπερθέρμανση και η καύση του φύλλου χαλκού λόγω υπερβολικού ρεύματος.
Επιπλέον, η αντοχή πρόσφυσης του φύλλου χαλκού χρειάζεται επίσης προσοχή. Η μονάδα ραδιοσυχνοτήτων 5G εκτίθεται σε δονήσεις (όπως ελαφρούς κραδασμούς κατά τη λειτουργία του εξοπλισμού του σταθμού βάσης) και σε κύκλους θερμοκρασίας για μεγάλο χρονικό διάστημα. Εάν το φύλλο χαλκού δεν είναι σταθερά στερεωμένο στο υπόστρωμα, είναι εύκολο να ξεκολλήσει το φύλλο χαλκού, οδηγώντας σε θραύση του κυκλώματος. Επομένως, κατά την επιλογή, είναι απαραίτητο να επιβεβαιωθούν τα αποτελέσματα δοκιμής απόδοσης πρόσφυσης του φύλλου χαλκού για να διασφαλιστεί ότι πληροί τις απαιτήσεις αξιοπιστίας για μακροπρόθεσμη-λειτουργία των σταθμών βάσης 5G.
3, Επιλογή μάσκας συγκόλλησης: Εξισορροπητική προστασία μόνωσης και προσαρμογή υψηλής-συχνότητας
Το στρώμα μάσκας συγκόλλησης όχι μόνο πρέπει να προστατεύει το φύλλο χαλκού PCB από την οξείδωση και τη διάβρωση, αλλά πρέπει επίσης να προσαρμοστεί στο περιβάλλον υψηλής συχνότητας των μονάδων 5G RF για να αποφευχθεί η κακή απόδοση του στρώματος της μάσκας συγκόλλησης που επηρεάζει τη μετάδοση σήματος.
Η συνήθης αντίσταση συγκόλλησης μπορεί να αυξήσει την απώλεια μετάδοσης σήματος και ακόμη και να προκαλέσει παρεμβολές σήματος σε σενάρια υψηλής-συχνότητας λόγω υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς ή υπερβολικής διηλεκτρικής απώλειας. Θα πρέπει να επιλεγεί η προσαρμοστική αντίσταση συγκόλλησης υψηλής συχνότητας, η οποία έχει υψηλότερες διηλεκτρικές ιδιότητες και συμβατότητα υποστρώματος, μπορεί να μειώσει τον αντίκτυπο σε σήματα υψηλής-συχνότητας και να εξασφαλίσει σταθερή μετάδοση σήματος. Ταυτόχρονα, η αντίσταση στη θερμοκρασία και η αντίσταση στις καιρικές συνθήκες του στρώματος μάσκας συγκόλλησης πρέπει να πληρούν τα πρότυπα - οι σταθμοί βάσης 5G αναπτύσσονται κυρίως σε εξωτερικούς χώρους και το στρώμα μάσκας συγκόλλησης πρέπει να αντέχει σε περίπλοκα περιβάλλοντα όπως υψηλή θερμοκρασία, χαμηλή θερμοκρασία, υγρασία και υπεριώδη ακτινοβολία για να αποφευχθεί το ράγισμα, το ξεφλούδισμα και η διάβρωση της έκθεσης σε φύλλο χαλκού.
Επιπλέον, η επιπεδότητα του στρώματος της μάσκας συγκόλλησης είναι επίσης σημαντική. Τα εξαρτήματα ακριβείας RF (όπως φίλτρα και ζεύκτες) συγκολλούνται συχνά σε μονάδες RF. Εάν η επιφάνεια της μάσκας συγκόλλησης είναι ανώμαλη, μπορεί να οδηγήσει σε ασταθή συγκόλληση των εξαρτημάτων, επηρεάζοντας τη σταθερότητα των συνδέσεων σήματος. Κατά την επιλογή, είναι απαραίτητο να επιβεβαιώσετε τη διαδικασία επίστρωσης και τα πρότυπα δοκιμής επιπεδότητας του στρώματος μάσκας συγκόλλησης για να διασφαλίσετε ότι πληρούνται οι απαιτήσεις συγκόλλησης εξαρτημάτων.
4, Δώστε προσοχή στην προσαρμογή του σχεδιασμού απαγωγής θερμότητας: βοηθήστε στην αποτελεσματική αγωγή θερμότητας
Η πυκνότητα ισχύος της μονάδας ραδιοσυχνοτήτων σε σταθμούς βάσης 5G είναι σχετικά υψηλή κατά τη λειτουργία, γεγονός που μπορεί εύκολα να δημιουργήσει μεγάλη ποσότητα θερμότητας. Εάν η θέρμανση δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί έγκαιρα, θα οδηγήσει σε αύξηση της θερμοκρασίας των εξαρτημάτων, επηρεάζοντας την απόδοση και τη διάρκεια ζωής. Η επιλογή του PCB θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη πλήρως την προσαρμογή του σχεδιασμού απαγωγής θερμότητας για τη διευκόλυνση της αποτελεσματικής διάχυσης θερμότητας.
Αφενός, τα ειδικά δομικά υποστρώματα μπορούν να επιλεγούν σύμφωνα με τις απαιτήσεις απαγωγής θερμότητας, όπως η χρήση PCB με βάση το μέταλλο (όπως υποστρώματα αλουμινίου ή χαλκού) σε περιοχές υψηλής θερμότητας (όπως μονάδες ενίσχυσης ισχύος). Αυτά τα υποστρώματα έχουν εξαιρετική θερμική αγωγιμότητα και μπορούν να μεταφέρουν γρήγορα τη θερμότητα που παράγεται από τα εξαρτήματα σε δομές απαγωγής θερμότητας (όπως ψύκτρες και ανεμιστήρες), μειώνοντας τις τοπικές θερμοκρασίες. Εάν τα συμβατικά υποστρώματα χρησιμοποιούνται στο σύνολό τους, μπορούν επίσης να προστεθούν θερμικά αγώγιμα στόμια σε περιοχές που παράγουν υψηλή θερμότητα ή μπορούν να χρησιμοποιηθούν τοπικά παχύρρευστα στρώματα χαλκού για την ενίσχυση της ικανότητας αγωγιμότητας της θερμότητας.
Από την άλλη πλευρά, η προσαρμοστικότητα της διάταξης του PCB πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη. Κατά την επιλογή, είναι απαραίτητο να επιβεβαιωθεί εάν το πάχος και το μέγεθος του PCB ταιριάζουν με τη δομή απαγωγής θερμότητας της μονάδας RF, όπως εάν το πάχος PCB μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις εγκατάστασης της ψύκτρας και εάν διατηρείται επαρκής χώρος στο κανάλι απαγωγής θερμότητας για την αποφυγή συγκρούσεων μεταξύ του σχεδιασμού του PCB και της δομής απαγωγής θερμότητας, που μπορεί να επηρεάσει την απόδοση της απαγωγής θερμότητας.
5, Δώστε έμφαση στην επαλήθευση αξιοπιστίας: διασφαλίστε-μακροπρόθεσμη σταθερή λειτουργία
Η διάρκεια ζωής των σταθμών βάσης 5G είναι συνήθως αρκετά χρόνια ή και περισσότερο από δέκα χρόνια και το κόστος συντήρησης μετά την εγκατάσταση είναι υψηλό. Το PCB της μονάδας ραδιοσυχνοτήτων πρέπει να έχει εξαιρετικά υψηλή-μακροπρόθεσμη αξιοπιστία. Κατά την επιλογή, πρέπει να δοθεί προσοχή στα πρότυπα επαλήθευσης αξιοπιστίας και στα αποτελέσματα του PCB.
Πρώτον, είναι απαραίτητο να επιβεβαιωθεί εάν το PCB έχει περάσει αυστηρούς ελέγχους περιβαλλοντικής αξιοπιστίας, όπως δοκιμές κύκλου υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας, δοκιμές θερμοκρασιακών κραδασμών, δοκιμές κραδασμών, δοκιμές ψεκασμού αλατιού κ.λπ.. - αυτές οι δοκιμές μπορούν να προσομοιώσουν το περίπλοκο περιβάλλον λειτουργίας του εξωτερικού σταθμού βάσης, να επαληθεύσουν τη σταθερότητα απόδοσης του PCB} λόγω αστοχίας του PCB σε μακροχρόνιες συνθήκες{1} παράγοντες.
Δεύτερον, οι δοκιμές ηλεκτρικής αξιοπιστίας δεν μπορούν να αγνοηθούν, όπως δοκιμή τάσης αντοχής, δοκιμή αντίστασης μόνωσης, δοκιμή αγωγιμότητας κ.λπ., για να διασφαλιστεί ότι η ηλεκτρική απόδοση του PCB πληροί τα πρότυπα και ότι δεν υπάρχουν πιθανοί κίνδυνοι όπως βραχυκυκλώματα ή ανοιχτά κυκλώματα. Ταυτόχρονα, θα πρέπει να δοθεί προσοχή στην αξιοπιστία διεργασίας του PCB, όπως η ισχύς συγκόλλησης μεταξύ των στρωμάτων, η αξιοπιστία του συνδέσμου συγκόλλησης κ.λπ., για να αποφευχθούν προβλήματα όπως το ξεφλούδισμα του ενδιάμεσου στρώματος και η αποκόλληση του συνδέσμου συγκόλλησης που προκαλούνται από ελαττώματα διεργασίας κατά τη μακροχρόνια χρήση του PCB.