Die HF-Einheit einer 5G-Basisstation ist für die Kernfunktionen des Sendens, Empfangens und Verstärkens von 5G-Signalen verantwortlich. Seine Arbeitsumgebung muss Herausforderungen wie Hochfrequenzsignalübertragung, Hochleistungsheizung und komplexe Außenbedingungen (wie Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitsänderungen, elektromagnetische Störungen) bewältigen. Als „Signalübertragungsträger“ und „Komponententrägerplattform“ der HF-Einheit hat die Auswahl der Leiterplatte direkten Einfluss auf die Signalintegrität, die Wärmeableitungseffizienz und die langfristige Zuverlässigkeit der HF-Einheit. Im Folgenden werden die wichtigsten Auswahlpunkte für die Leiterplatte der 5G-Basisstations-HF-Einheit anhand von fünf Kernabmessungen aufgeführt, um die Kompatibilität mit den Anforderungen praktischer Anwendungen sicherzustellen.
1, Substratauswahl: Priorisieren Sie die Sicherstellung einer Hochfrequenz-Signalübertragungsleistung
Die HF-Einheit von 5G-Basisstationen muss eine große Menge an Hochfrequenzsignalen übertragen, und die elektrischen Eigenschaften des Substrats bestimmen direkt den Verlust und die Stabilität der Signalübertragung. Bei der Auswahl sollte besonderes Augenmerk auf die Hochfrequenzanpassungsfähigkeit des Substrats gelegt werden.
Obwohl gewöhnliche FR-4-Substrate geringere Kosten verursachen, leiden sie in Hochfrequenzszenarien unter erheblichen Signalverlusten und Verzerrungen, was es schwierig macht, die Anforderungen von 5G-HF-Einheiten zu erfüllen. Der Auswahl von Substraten, die speziell für hohe Frequenzen ausgelegt sind, sollte Vorrang eingeräumt werden. Diese Substrate können den dielektrischen Verlust und die Stabilität der Dielektrizitätskonstante von Hochfrequenzsignalen wirksam reduzieren, indem sie die Harzzusammensetzung und die Glasfaserstruktur optimieren. Ein geringer dielektrischer Verlust kann den Energieverbrauch von Signalen während der Übertragung reduzieren und sicherstellen, dass die Signalstärke den Standards entspricht; Eine stabile Dielektrizitätskonstante kann Schwankungen der Signalübertragungsgeschwindigkeit vermeiden, die durch Umgebungsveränderungen (z. B. Temperaturanstieg) verursacht werden, und gewährleistet so die Synchronisierung und Genauigkeit von 5G-Signalen.
Gleichzeitig muss auch die thermische Stabilität des Substrats sorgfältig berücksichtigt werden. Beim Betrieb von 5G-HF-Geräten entsteht eine erhebliche Menge Wärme. Wenn der Wärmeausdehnungskoeffizient des Substrats zu hoch ist, verformt sich die Platine bei hohen Temperaturen leicht, was zum Ablösen der Lötstellen von Bauteilen oder zu Kurzschlüssen im Schaltkreis führen kann. Daher ist es notwendig, ein Substrat mit niedrigem Wärmeausdehnungskoeffizienten und ausgezeichneter Hochtemperaturbeständigkeit zu wählen, um sicherzustellen, dass das Substrat unter langfristigen Hochtemperaturbedingungen seine strukturelle Stabilität beibehalten kann, ohne den normalen Betrieb der HF-Einheit zu beeinträchtigen.
2, Auswahl der Kupferdicke: geeignet für doppelte Anforderungen an hohe Leistung und Signalübertragung
Die HF-Einheit von 5G-Basisstationen muss Hochfrequenzsignale übertragen und eine bestimmte Leistung übertragen (z. B. Stromübertragung von Leistungsverstärkungsmodulen). Bei der Auswahl der Kupferdicke sollte ein Gleichgewicht zwischen Signalübertragungsqualität und Strombelastbarkeit hergestellt werden, um Leistungsengpässe durch eine falsche Kupferdicke zu vermeiden.
Aus Sicht der Signalübertragung kann eine zu dicke Kupferfolie den Skin-Effekt-Verlust von Hochfrequenzsignalen erhöhen und die Effizienz der Signalübertragung beeinträchtigen. Dünne Kupferfolie kann aufgrund der instabilen Impedanz zu Signalreflexionen oder Übersprechen führen. Eine differenzierte Auswahl der Kupferdicke ist basierend auf den funktionalen Anforderungen verschiedener Bereiche innerhalb der HF-Einheit - erforderlich, beispielsweise die Auswahl einer geeigneten herkömmlichen Kupferdicke für Hochfrequenz-Signalübertragungspfade, um eine Übertragung mit geringem Signalverlust sicherzustellen; Die Kupferdicke des Strompfads des Leistungsverstärkungsmoduls muss entsprechend erhöht werden, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen und eine Überhitzung und Verbrennung der Kupferfolie aufgrund von übermäßigem Strom zu vermeiden.
Darüber hinaus muss auch auf die Haftfestigkeit der Kupferfolie geachtet werden. Die 5G-Hochfrequenzeinheit ist über einen längeren Zeitraum Vibrationen (z. B. leichte Vibrationen beim Betrieb von Basisstationsgeräten) und Temperaturwechseln ausgesetzt. Wenn die Kupferfolie nicht fest mit dem Untergrund verbunden ist, kann es leicht passieren, dass sich die Kupferfolie ablöst, was zu einem Stromkreisbruch führt. Daher ist es bei der Auswahl notwendig, die Testergebnisse zur Haftungsleistung der Kupferfolie zu bestätigen, um sicherzustellen, dass sie die Zuverlässigkeitsanforderungen für den langfristigen Betrieb von 5G-Basisstationen erfüllt.
3, Auswahl der Lötmaske: Ausgleich von Isolationsschutz und Hochfrequenzanpassung
Die Lötmaskenschicht muss nicht nur die Kupferfolie der Leiterplatte vor Oxidation und Korrosion schützen, sondern sich auch an die Hochfrequenzumgebung von 5G-HF-Geräten anpassen, um eine schlechte Leistung der Lötmaskenschicht zu vermeiden, die die Signalübertragung beeinträchtigt.
Gewöhnlicher Lötstopplack kann den Signalübertragungsverlust erhöhen und in Hochfrequenzszenarien aufgrund einer hohen Dielektrizitätskonstante oder eines übermäßigen dielektrischen Verlusts sogar Signalstörungen verursachen. Es sollte ein hochfrequenzadaptiver Lötstopplack ausgewählt werden, der höhere dielektrische Eigenschaften und Substratkompatibilität aufweist, die Auswirkungen auf Hochfrequenzsignale verringern und eine stabile Signalübertragung gewährleisten kann. Gleichzeitig muss die Temperatur- und Witterungsbeständigkeit der Lötmaskenschicht den Standards entsprechen – 5G-Basisstationen werden meist im Freien eingesetzt, und die Lötmaskenschicht muss komplexen Umgebungen wie hohen Temperaturen, niedrigen Temperaturen, Feuchtigkeit und ultravioletter Strahlung standhalten, um Risse, Abblättern und Korrosion der freigelegten Kupferfolie zu vermeiden.
Darüber hinaus ist auch die Ebenheit der Lötstopplackschicht wichtig. Präzisions-HF-Komponenten (wie Filter und Koppler) werden häufig auf HF-Einheiten aufgelötet. Wenn die Oberfläche der Lötstoppmaske uneben ist, kann dies zu einer instabilen Verlötung der Komponenten führen und die Stabilität der Signalverbindungen beeinträchtigen. Bei der Auswahl ist es notwendig, den Beschichtungsprozess und die Ebenheitsprüfstandards der Lötmaskenschicht zu bestätigen, um sicherzustellen, dass die Schweißanforderungen der Komponenten erfüllt werden.
4. Achten Sie auf die Anpassung des Wärmeableitungsdesigns: Unterstützen Sie eine effiziente Wärmeleitung
Die Leistungsdichte der HF-Einheit in 5G-Basisstationen ist im Betrieb relativ hoch, wodurch leicht große Wärmemengen entstehen können. Wenn die Wärme nicht rechtzeitig abgeführt werden kann, führt dies zu einem Anstieg der Komponententemperatur, was sich negativ auf Leistung und Lebensdauer auswirkt. Bei der Auswahl der Leiterplatte sollte die Anpassung des Wärmeableitungsdesigns vollständig berücksichtigt werden, um eine effiziente Wärmeverteilung zu ermöglichen.
Einerseits können spezielle Struktursubstrate entsprechend den Anforderungen an die Wärmeableitung ausgewählt werden, beispielsweise durch die Verwendung metallbasierter Leiterplatten (z. B. Aluminium- oder Kupfersubstrate) in Bereichen mit hoher Wärmeentwicklung (z. B. unter Leistungsverstärkungsmodulen). Diese Substrate verfügen über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und können die von Komponenten erzeugte Wärme schnell an Wärmeableitungsstrukturen (z. B. Kühlkörper und Lüfter) übertragen und so die lokalen Temperaturen senken. Werden als Ganzes konventionelle Substrate verwendet, können in stark wärmeerzeugenden Bereichen auch wärmeleitende Vias eingefügt oder lokal verdickte Kupferschichten zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eingesetzt werden.
Andererseits muss auch die Layoutanpassungsfähigkeit von Leiterplatten berücksichtigt werden. Bei der Auswahl muss überprüft werden, ob Dicke und Größe der Leiterplatte mit der Wärmeableitungsstruktur der HF-Einheit übereinstimmen, z. B. ob die Dicke der Leiterplatte die Installationsanforderungen des Kühlkörpers erfüllen kann und ob ausreichend Platz für den Wärmeableitungskanal reserviert ist, um Konflikte zwischen PCB-Design und Wärmeableitungsstruktur zu vermeiden, die sich auf die Wärmeableitungseffizienz auswirken können.
5. Betonen Sie die Zuverlässigkeitsüberprüfung: Sorgen Sie für einen langfristig stabilen Betrieb
Die Lebensdauer von 5G-Basisstationen beträgt in der Regel mehrere Jahre oder sogar mehr als zehn Jahre, und die Wartungskosten nach der Bereitstellung sind hoch. Die Leiterplatte der HF-Einheit muss über eine extrem hohe Langzeitzuverlässigkeit verfügen. Bei der Auswahl sollte auf die Standards und Ergebnisse der Zuverlässigkeitsüberprüfung der Leiterplatte geachtet werden.
Zunächst muss bestätigt werden, ob die Leiterplatte strenge Umweltzuverlässigkeitstests bestanden hat, wie z. B. Zyklentests bei hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit, Temperaturschocktests, Vibrationstests, Salzsprühtests usw.. - Mit diesen Tests kann die komplexe Umgebung des Betriebs von Basisstationen im Freien simuliert, die Leistungsstabilität der Leiterplatte unter langfristigen rauen Bedingungen überprüft und ein vorzeitiger Ausfall der Leiterplatte aufgrund von Umweltfaktoren vermieden werden.
Zweitens dürfen elektrische Zuverlässigkeitstests nicht außer Acht gelassen werden, wie z. B. Spannungsfestigkeitstests, Isolationswiderstandstests, Leitfähigkeitstests usw., um sicherzustellen, dass die elektrische Leistung der Leiterplatte den Standards entspricht und keine potenziellen Risiken wie Kurzschlüsse oder offene Stromkreise bestehen. Gleichzeitig sollte auf die Prozesszuverlässigkeit von Leiterplatten geachtet werden, wie z. B. die Festigkeit der Zwischenschichtbindung, die Zuverlässigkeit der Lötverbindungen usw., um Probleme wie Ablösen der Zwischenschichten und Ablösung der Lötverbindung aufgrund von Prozessfehlern während der Langzeitnutzung von Leiterplatten zu vermeiden.