L'analisi completa di FS Technology sui PCBA 5G

Panoramica: Dal 2012 i segnali 5G sono entrati nel nostro campo visivo e, con l'avvento dell'era 5G, l'industria delle comunicazioni ha subito grandi cambiamenti. Il PCBA ad alta frequenza AAU della stazione base 5G sostituisce il tradizionale isolamento a griglia e la banda di frequenza 5G si estende all'alta frequenza, aumentando la domanda globale di laminati rivestiti in rame ad alta frequenza.

Introduzione ai segnali 5G

Che cos'è il 5G

Con l'innovazione delle tecnologie di comunicazione, si parla sempre più spesso di 5G. Tuttavia, la maggior parte delle persone non conosce il vero significato del 5G, ma sa solo che è più veloce e più costoso. Per la società nel suo complesso, è la chiave per guidare il progresso tecnologico. Il 5G ha un'ampia gamma di applicazioni, tra cui la tecnologia senza conducente, la telemedicina e la tecnologia di proiezione virtuale.

5G è l'acronimo di rete di comunicazione mobile di quinta generazione. La differenza principale tra la comunicazione wireless e quella cablata (come la fibra ottica) è che il segnale viene trasmesso attraverso le onde elettriche o un mezzo. Nell'aggiornamento iterativo da 1G a 5G, essenzialmente abbiamo cambiato solo la frequenza delle onde radio. Il segnale 5G è veloce perché utilizza onde radio a frequenza più elevata. Più alta è la frequenza, più risorse si possono ottenere, consentendo di trasportare una maggiore quantità di informazioni allo stesso tempo e, in definitiva, di ottenere segnali ad alta velocità. La seguente tecnologia FS utilizzerà la tecnologia driverless per mostrare il funzionamento del segnale 5G:

La tecnologia driverless raccoglie le condizioni stradali attraverso vari sensori, trasmette i dati raccolti al centro di gestione dati e infine restituisce le istruzioni all'auto per realizzare la guida automatica. In questa serie di attività, la velocità e l'integrità della trasmissione dei dati sono le difficoltà dell'intero processo. Si dice che l'auto a guida autonoma genererà circa 1 GB di dati al secondo e la rete 4G tradizionale non può scaricare una tale quantità di informazioni in un breve periodo. Tuttavia, con l'avanzamento della tecnologia 5G PCBA, i tecnici hanno aumentato il valore teorico della velocità di trasmissione dei dati di rete a 10Gb/s, il che significa che è possibile scaricare 1,25GB di contenuti di dati al secondo. La guida senza pilota è quindi possibile.

5G PCB e guida senza pilota

La differenza tra il segnale 5G e il segnale 4G

Differenza di velocità:

Questa è la parte che ci sembra più ovvia. La velocità media del 4G è di circa 100 Mbps, mentre la rete 5G raggiunge la sorprendente velocità di 10 Gbps, ovvero 100 volte quella del 4G.

Differenza di ritardo:

Le videochiamate o la comparsa di giochi sono causate dal ritardo del segnale. Il ritardo della rete 4G è di circa 30-50 ms, mentre l'utilizzo della rete 5G riduce il ritardo a 1 ms.

Differenza di compatibilità

I telefoni cellulari 4G possono ricevere solo reti 4G, il che non ha nulla a che vedere con la rete che si utilizza, ma perché la vecchia versione di PCBA 4G è utilizzato all'interno del telefono cellulare, quindi la compatibilità di rete non è forte. Al contrario, i telefoni cellulari 5G sono più compatibili e supportano non solo le reti 5G, ma anche le reti 4G, 3G e 2G. I problemi che causano una compatibilità insufficiente sono spiegati in dettaglio qui di seguito.

Differenza di costo

Molte persone credono erroneamente che, scaricando file della stessa dimensione, il costo di utilizzo del 5G e del 4G sia lo stesso. La quantità di dati scaricati è la stessa, ma il costo del traffico unitario della rete 5G è superiore a quello della rete 4G.

Le sfide poste dai PCBA 5G

Circuito stampato 5G

Con i continui progressi della tecnologia 5G, in base ai fattori di costo, la sua applicazione nelle apparecchiature elettroniche di fascia alta è più ampia. Per le applicazioni strettamente legate alla salute umana, come la guida autonoma e la telemedicina, le persone hanno una tolleranza quasi nulla per gli errori. Tuttavia, con l'aggiunta di un maggior numero di dispositivi alla rete, le carenze delle prestazioni di sicurezza vengono gradualmente esposte e il rischio di queste applicazioni aumenta in modo esponenziale. Essendo il fulcro dell'industria manifatturiera elettronica, le aziende di assemblaggio PBCA chiavi in mano sono sempre più responsabili. In termini di continuità della comunicazione e di accuratezza della trasmissione dei dati, il 5G PCBA deve affrontare le seguenti sfide.

Integrità della trasmissione del segnale

Poiché la soglia di Applicazione 5G PCBA Gli scenari sempre più elevati comportano per i produttori di circuiti stampati una duplice sfida: una frequenza più elevata e dimensioni più ridotte. Per far fronte ai requisiti di una scheda a frequenza più elevata, abbiamo dovuto ottimizzare l'I/O con tracce più sottili all'inizio della progettazione. Alla PCBA ad alta frequenza A livello di progettazione della scheda, tracce più sottili significano che i produttori si assumono il rischio di degradazione del segnale. Quando le caratteristiche fisiche della scheda prodotta non soddisfano le aspettative del progetto originale, possono causare ritardi nella trasmissione dei segnali RF. L'incisione tradizionale non soddisfa le nostre aspettative, in quanto la sezione trasversale della traccia può essere strana quando la scheda viene fabbricata, rendendo l'impedenza anomala.

Per garantire l'integrità del segnale in uscita, possiamo migliorare il processo di lavorazione dei semilavorati, che risolve essenzialmente i problemi di cui sopra, rendendo le tracce più precise e riducendo questo rischio prevedibile.

Per garantire che la produzione di circuiti stampati 5G sia a prova di errore, indipendentemente dal metodo utilizzato, FS Technology raccomanda di istituire più punti di ispezione della qualità nel processo di produzione in Cina. Per garantire la qualità della produzione e dell'assemblaggio, FS Technology ha predisposto finestre di ispezione visiva manuale a più uscite dell'officina, mentre l'ispezione ottica automatica AOI viene eseguita dopo il completamento dell'assemblaggio SMT e l'ispezione visiva secondaria viene eseguita dopo il completamento del prodotto finito.

Problemi di compatibilità del segnale di accettazione del PCBA 5G

L'impressione più grande che molti hanno dei segnali 5G è il salto di velocità. In realtà, per migliorare la velocità delle reti wireless, i ricercatori hanno utilizzato molti metodi e, senza eccezioni, tutti hanno fallito. Ma con l'uso della tecnologia Massive MIMO, questo problema è completamente risolto. Il Massive MIMO è una tecnologia multi-antenna che aumenta il numero di antenne utilizzate dalle stazioni base e dai terminali. Tuttavia, questa tecnologia non è perfetta e, pur risolvendo i problemi, comporta una serie di problemi. Questo capitolo si concentra principalmente sui PCBA 5G, quindi vengono introdotte solo le questioni che riguardano la compatibilità dei telefoni cellulari. L'uso del Massive MIMO può risolvere il problema dell'efficienza della trasmissione e della ricezione del segnale, ma è devastante per i telefoni cellulari 4G.

Le schede dei circuiti utilizzate dai telefoni cellulari 4G per ricevere i segnali sono PCBA 4G e 3G di vecchia concezione. Anche se non influisce sul nostro utilizzo, limita le frequenze di invio e ricezione dei componenti elettronici. La gamma di frequenze di ricezione dei PCBA 4G va da 600 MHz a 5,925 GHz, la larghezza di banda del canale è di 20 MHz e il sistema IoT è di 200 kHz, il che non può soddisfare le condizioni di ricezione dei segnali ad alta frequenza 5G. I circuiti stampati dei telefoni cellulari 5G sono progettati per aumentare le frequenze di invio e ricezione dei componenti a 28GHz, 30GHz e alcuni addirittura fino a 77GHz di onde millimetriche. In termini di larghezza di banda dei canali, i sistemi informatici 5G possono gestire frequenze inferiori a 6GHz e superiori a 400MHz.

Per adattarsi ai cambiamenti nella ricezione del segnale, l'azienda di PCBA chiavi in mano deve aggiornare il materiale del substrato utilizzato, oltre al controllo dell'impedenza dei fili di rame del circuito stampato. Per i circuiti stampati ordinari, la costante dielettrica standard è solitamente compresa tra 3,5 e 5,5, ma non è sufficiente per i PCBA 5G che richiedono alta velocità e alta frequenza. Per questo motivo, le aziende produttrici di PCBA sono impegnate a trovare nuovi materiali con una costante dielettrica inferiore a 3 e sperano di ridurre la perdita di segnale e di migliorare la precisione e l'affidabilità del segnale.

Problemi di EMI (interferenze elettromagnetiche) dei PCBA 5G

Problemi di EMI dei PCB

EMI è l'abbreviazione di Electromagnetic Interference (interferenza elettromagnetica), che si riferisce alla schermatura del segnale o all'interferenza causata dalle apparecchiature elettroniche sul lavoro ad altri prodotti elettronici. Quasi tutti i governi del mondo stanno cercando di controllare le interferenze elettromagnetiche dannose prodotte dalle apparecchiature elettroniche in altri paesi, quindi il problema delle EMI è un problema che tutti i produttori di prodotti elettronici devono risolvere.

Nei moderni sistemi ad alta velocità, assemblaggio meccanico Le aziende stanno aggiornando i connettori per sopprimere le EMI condotte e irradiate. Attualmente, i connettori più utilizzati e più efficaci in Cina sono i seguenti: TE DEUTSCH, Smiths Interconnect e AVIC, serie di connettori rettangolari per filtri fotoelettrici.

Per quanto riguarda i circuiti stampati, per evitare le perdite EMI, FS Technology ritiene che sia necessario rispettare le seguenti regole di progettazione per le tracce di segnale ad alta velocità:

Regole di schermatura delle tracce: Nella progettazione tracciata del PCBA 5G ad alta velocità, per evitare perdite EMI, è necessario schermare le linee di segnale chiave ad alta velocità, come gli orologi. FS Technology raccomanda che il filo schermato sia messo a terra con fori ogni 1000mil.

Regole di instradamento ad anello chiuso e ad anello aperto: Per un circuito stampato ad alta densità come il PCBA 5G, se il segnale di clock produce un risultato ad anello chiuso o aperto nelle tracce della scheda multistrato, si genererà un'antenna ad anello, con conseguente aumento della radiazione EMI.

Regola di continuità dell'impedenza caratteristica: Per i segnali ad alta velocità, i diversi strati devono garantire la continuità dell'impedenza caratteristica durante la commutazione, ossia la larghezza dello stesso strato di cablaggio deve essere continua e l'impedenza di traccia dei diversi strati deve essere continua.

Regole di direzione del cablaggio: Per evitare la diafonia tra le linee, il cablaggio tra due strati adiacenti deve seguire il principio del cablaggio verticale, ovvero gli strati di cablaggio adiacenti devono rispettare le regole di direzione del cablaggio orizzontale e verticale.

Regola di risonanza per la lunghezza della traccia: Quando la lunghezza della traccia è un multiplo intero di 1/4 di lunghezza d'onda, la traccia avrà un effetto di risonanza che causerà l'irradiazione di onde elettromagnetiche, con conseguenti problemi di interferenza.

Regole del percorso di ritorno: Sappiamo che l'entità della radiazione è legata al percorso di trasmissione del segnale e all'area racchiusa dal percorso di ritorno. Pertanto, è anche una strategia per mantenere il percorso di ritorno dei segnali 5G senza ostacoli e ridurre il percorso di ritorno dei segnali ad alta velocità.

Le regole per il posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento sul dispositivo: Se si scopre che i condensatori di disaccoppiamento non sono efficaci, ciò potrebbe essere dovuto al loro errato posizionamento. Il principio da seguire è: vicino ai pin dell'alimentatore, e fare in modo che i condensatori L'area racchiusa dalle tracce di alimentazione e di massa sia minima.

Problemi di gestione termica dei PCBA 5G

I segnali 5G hanno requisiti di altissima velocità, quindi i circuiti stampati devono assorbire più risorse e generare più corrente. Con l'aumento del numero di correnti, si genera molto calore sulla superficie della scheda PCBA. Inoltre, per aumentare la funzionalità della stazione di base, la maggior parte dei PCBA della stazione di base sono circuiti ad alta frequenza, ad alta velocità, multistrato e ad alta densità. La struttura troppo densa dei componenti accumula calore, con il conseguente problema della difficile dissipazione del calore del circuito. Ciò può causare problemi come lo spellamento dei fili di rame, la delaminazione, la riduzione e la deformazione. L'FR-4 tradizionale non può superare questo problema. È necessario utilizzare un circuito stampato con eccellenti prestazioni di gestione termica, come ad esempio IMS PCBA. La sua conducibilità termica è da 8 a 12 volte superiore a quella dell'FR-4, che può così affrontare meglio le applicazioni ad alta temperatura.

Le opportunità offerte dal 5G PCBA all'industria dei circuiti stampati

Sappiamo che lo sviluppo del 5G si basa sulla premessa di centri di controllo dati su larga scala. Come già detto, la velocità del segnale 5G è correlata positivamente alla frequenza dell'onda radio e la velocità della luce = frequenza × lunghezza d'onda. I segnali hanno una caratteristica: il tasso di decadimento nel mezzo dipende dalla frequenza. Più bassa è la frequenza, minore è l'attenuazione e migliore è la capacità di propagazione. Questo non va bene per le stazioni base 5G ad alta frequenza, che fanno sì che il segnale si attenui rapidamente durante la propagazione. In altre parole, per risolvere completamente il problema della trasmissione del segnale 5G, è necessario aumentare il numero e la densità delle stazioni base. Nella società elettronica di oggi, tutti i prodotti elettronici sono inseparabili dai circuiti stampati. In un ambiente così vasto, la domanda di PCBA di comunicazione di fascia alta da parte degli utenti finali aumenterà all'infinito e anche i requisiti di qualità dei PCBA sono in aumento. Si tratta di una spesa enorme per l'industria delle comunicazioni, ma di un'opportunità per noi produttori di PCBA.

Le stazioni base 5G promuovono lo sviluppo di PCBA di fascia alta

Sappiamo che lo sviluppo del 5G si basa sulla premessa di centri di controllo dati su larga scala. Come già detto, la velocità del segnale 5G è correlata positivamente alla frequenza dell'onda radio, e la velocità della luce = frequenza × lunghezza d'onda. Il segnale ha una caratteristica: il tasso di attenuazione nel mezzo è correlato alla frequenza. Più bassa è la frequenza, minore è l'attenuazione e migliore è la capacità di propagazione. Questo non va bene per le stazioni base 5G ad alta frequenza, che fanno sì che il segnale si attenui rapidamente durante la propagazione. In altre parole, per risolvere completamente il problema della trasmissione del segnale 5G, è necessario aumentare il numero e la densità delle stazioni base. Nella società elettronica di oggi, tutti i prodotti elettronici sono inseparabili dai circuiti stampati. In un ambiente così vasto, la domanda di PCBA di comunicazione di fascia alta da parte degli utenti finali aumenterà all'infinito e anche i requisiti di qualità dei PCBA sono in aumento. Si tratta di una spesa enorme per l'industria delle comunicazioni, ma di un'opportunità per noi produttori di PCBA.

Utilizzo del PCB dell'antenna 5G

A causa dei requisiti estremamente severi del 5G per le bande ad alta frequenza, i circuiti stampati sono costretti a mostrare una tendenza all'alta frequenza. Attualmente, la soluzione principale per i circuiti stampati delle antenne è l'utilizzo di schede PCBA a idrocarburi, il cui prezzo è di circa 3000-6000 yuan/metro quadrato, 2-3 volte superiore a quello dei normali circuiti stampati. Secondo il rapporto sull'industria delle comunicazioni pubblicato dall'istituto di ricerca industriale, il numero di costruzioni Acer sarà doppio rispetto all'era 4G e il numero di piccole stazioni base aumenterà di oltre 10 volte rispetto alla base originale. Per migliorare la capacità di ricezione del segnale, le stazioni base hanno iniziato a utilizzare la tecnologia di antenna massiva "Massive MIMO", che è il motivo del forte aumento della domanda di antenne 5G. Se da un lato un gran numero di antenne per stazioni base 5G aumenta la quantità di PCBA ad alta frequenza, dall'altro l'aumento degli IDC e delle stazioni base di comunicazione porterà alla richiesta di PCBA ad alta velocità.

Costruzione di stazioni base

Per soddisfare le esigenze della società in termini di capacità di trasmissione del segnale, oltre a utilizzare un gran numero di circuiti stampati per costruire le stazioni base, è necessario aumentare il numero di componenti front-end RF e utilizzare substrati ad alta velocità più avanzati. Questo fa sì che il costo del PCBA di una singola stazione base sia tre volte superiore a quello dell'era 4G.

Aspetti tecnici

Il segnale trasmesso dalla stazione base non è direzionale, ma viene trasmesso intorno. In precedenza abbiamo detto che l'alta frequenza comporta l'utilizzo di più risorse, con conseguente spreco di risorse. Pertanto, è necessario utilizzare la tecnologia beamforming per raggruppare le risorse nella costruzione delle stazioni base. La tecnologia beamforming si riferisce alla posa di array di antenne 5G sulle stazioni base e all'utilizzo dei vantaggi dei PCBA RF per controllare la fase dei segnali RF. Questa tecnologia è in grado di trasmettere i segnali al bersaglio in modo più centrale e di regolarne la direzione in base al movimento del bersaglio, massimizzando la precisione della stazione base e ampliandone la capacità.

L'impatto del PCBA sui telefoni cellulari 5G

L'arrivo dell'era 5G non ha solo aumentato la costruzione di stazioni base, ma ha anche accelerato l'aggiornamento iterativo dei telefoni cellulari. Il motivo di questo fenomeno non è solo la necessità di soddisfare le esigenze del mercato, ma anche il già citato "Massive MIMO".

Anche il rapporto tra telefoni cellulari 5G e PCBA è simbiotico. Il PCBA garantisce la velocità e l'accuratezza della trasmissione del segnale 5G e si prevede che il settore della telefonia mobile porterà più di 60 miliardi di opportunità incrementali all'industria del PCBA nel 2022.

Nell'intero settore dei PCBA, i campi di applicazione dei circuiti stampati sono molto ampi, tra cui le comunicazioni 5G, l'aerospaziale, l'elettronica di consumo, le apparecchiature militari, le apparecchiature mediche, ecc. Tra tutti i terminali applicativi, le comunicazioni, i computer e l'elettronica di consumo sono il fulcro della nostra industria PCBA, con rispettivamente 27%, 27% e 14%.

L'innovazione della tecnologia PCBA e l'arrivo dell'era 5G hanno promosso un'impennata di sostituzioni a livello mondiale. Secondo le statistiche del Ministero dell'Industria e della Tecnologia dell'Informazione, dalla seconda metà del 2019, per produrre telefoni cellulari 5G più compatibili, i principali produttori hanno iniziato ad acquistare componenti PCBA ad alta frequenza e a produrre circuiti HDI multistrato su larga scala. Si prevede che le spedizioni di telefoni cellulari in Cina aumenteranno a 574 milioni nel 2022. Con la promozione del mercato 5G, FS Technology ritiene che la comunicazione sarà il punto di forza dell'industria PCBA.

L'impatto dello sviluppo del 5G sull'industria cinese dei PCBA

Con l'aumento della domanda di PCBA 5G, il mercato cinese dei PCBA ha raggiunto un livello record. Secondo i dati degli istituti di ricerca di mercato, dal 2017 la produzione cinese di PCB ha rappresentato più di 50% della produzione globale, il che significa che più della metà dei circuiti stampati viene esportata dalla Cina. Anche se abbiamo ottenuto grandi risultati nell'esportazione di laminati rivestiti in rame, se si studiano attentamente i dati, si scopre che l'ambiente del mercato cinese dei PCBA 5G non è ancora ottimista.

La catena industriale del CCL è un mercato segmentato e a monte comprende componenti elettronici come condensatori, resistenze e circuiti integrati. Il midstream è il Produzione di PCB, l'assemblaggio e le industrie di assemblaggio meccanico. Questa catena industriale globalizzata della divisione del lavoro è in qualche modo simile a quella introdotta da TSMC negli anni Novanta. All'epoca, il capo di TSMC utilizzava la tecnologia occidentale per condurre la ricerca e lo sviluppo e la produzione di TSMC a Taiwan. Con il progresso della ricerca scientifica, la produzione di TSMC si è spostata da un progetto "chiavi in mano" a due catene industriali: la masterizzazione e il confezionamento e i test. In altre parole, quasi 70% del processo produttivo di TSMC inizia nei Paesi sviluppati dell'Europa e degli Stati Uniti, per poi trasferirsi in Giappone e Corea del Sud e infine in Cina, a Taiwan. Di conseguenza, la tecnologia di base viene padroneggiata nei Paesi europei e americani, mentre Taiwan può solo eseguire lavori di assemblaggio meccanizzato. È una situazione simile a quella che si verifica attualmente a livello globale PCBA ambiente di mercato.

Sebbene le esportazioni cinesi di PCBA 5G rappresentino il 50% del totale globale, la maggior parte dei CCL esportati sono prodotti semplici e di fascia bassa. I PCBA ad alta frequenza, i PCBA DHI e altri tipi di circuiti avanzati sono ancora dominati dai Paesi europei e americani. Per questi laminati placcati in rame più avanzati, il tasso di crescita annualizzato e composto nella Cina continentale è di circa 5%, un valore piuttosto basso rispetto al tasso di crescita dell'intero settore.

Attualmente, la produzione di laminati rivestiti in rame 5G in Cina è piuttosto bassa e i prodotti di base ad alta velocità e ad alta frequenza dipendono ancora dalle importazioni dai Paesi sviluppati. Nel 2015, il volume delle importazioni e delle esportazioni cinesi di pannelli ad alta frequenza è stato di circa 20.000 tonnellate.

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