Análise abrangente da Tecnologia FS de PCBA 5G

Visão geral: Desde 2012, os sinais 5G entraram no nosso campo de visão, e com o advento da era 5G, a indústria das comunicações sofreu grandes mudanças. A estação base 5G AAU de alta frequência PCBA substitui o tradicional isolamento da rede, e a banda de frequência 5G estende-se a alta frequência, aumentando a procura global de laminados revestidos de cobre de alta frequência.

Introdução aos Sinais 5G

O que é 5G

Com a inovação da tecnologia da comunicação, estamos a falar cada vez mais de 5G. No entanto, a maioria das pessoas, não sabe o verdadeiro significado de 5G, apenas sabe que 5G é mais rápido e mais caro. Para a sociedade como um todo, é a chave para impulsionar o progresso tecnológico. 5G tem uma vasta gama de aplicações, incluindo tecnologia sem condutor, tecnologia de telemedicina, e tecnologia de projecção virtual.

5G é um acrónimo para a quinta geração da rede de comunicações móveis. A maior diferença entre comunicação sem fios e comunicação com fios (como a fibra óptica) é se o sinal é transmitido através de ondas eléctricas ou de um meio. Na actualização iterativa de 1G para 5G, essencialmente só alterámos a frequência das ondas aéreas. O sinal de 5G é rápido porque utiliza ondas aéreas de frequência mais elevada. Quanto maior for a frequência, mais recursos podem ser obtidos, permitindo-lhe transportar uma maior quantidade de informação ao mesmo tempo, e finalmente obter sinais de alta velocidade. A tecnologia FS seguinte irá utilizar tecnologia sem condutor para lhe mostrar como funciona o sinal 5G:

A tecnologia sem condutor recolhe as condições da estrada através de vários sensores, transmite os dados recolhidos ao centro de gestão de dados, e finalmente devolve as instruções ao carro para realizar a condução automática. Nesta série de actividades, a velocidade e a integridade da transmissão de dados são as dificuldades de todo o processo. Diz-se que o automóvel auto-conduzido irá gerar cerca de 1GB de dados por segundo, e a rede tradicional 4G não pode descarregar uma quantidade tão grande de informação num curto período de tempo. Contudo, com o avanço da tecnologia PCBA 5G, os técnicos aumentaram o valor teórico da velocidade de transmissão de dados da rede para 10Gb/s, o que significa que 1,25GB de conteúdo de dados podem ser descarregados por segundo. A condução não tripulada é assim possível.

PCB 5G e condução não tripulada

A diferença entre o sinal 5G e o sinal 4G

Diferença de velocidade:

Esta é a parte em que nos sentimos mais óbvios. A velocidade média de 4G é de cerca de 100Mbps, enquanto a rede de 5G atinge uns espantosos 10Gbps, o que é 100 vezes superior à de 4G.

Diferença de atraso:

As videochamadas ou jogos que aparecem nos jogos são causados por atrasos de sinal. O atraso da rede 4G é de cerca de 30-50ms enquanto se utiliza a rede 5G irá encurtar o atraso para 1ms.

Diferença de compatibilidade

Os telemóveis 4G só podem receber redes 4G, o que não tem nada a ver com a rede que utiliza, mas porque a versão antiga de 4G PCBA é utilizado dentro do telemóvel, pelo que a compatibilidade da rede não é forte. Em contraste, os telemóveis 5G são mais compatíveis, não só suportando redes 5G, mas também redes 4G, 3G, e 2G. Os problemas que causam compatibilidade insuficiente são explicados em detalhe a seguir.

Diferença no custo

Muitas pessoas acreditam erradamente que o descarregamento de ficheiros do mesmo tamanho, o custo de utilizar 5G e 4G é o mesmo. A quantidade de dados descarregados é a mesma, mas o custo de tráfego unitário da rede 5G é superior ao de 4G.

Desafios colocados pelos PCBAs 5G

placa de circuito impresso 5G

Com o avanço contínuo da tecnologia 5G, baseada em factores de custo, a sua aplicação em equipamento electrónico de alta gama é maior. Para aplicações estreitamente relacionadas com a saúde humana, como a condução autónoma e a telemedicina, as pessoas têm uma tolerância quase nula a erros. Contudo, à medida que mais dispositivos são adicionados à rede, as deficiências de desempenho da segurança são gradualmente expostas, e o risco destas aplicações aumenta exponencialmente. Como o núcleo da indústria de fabrico de electrónica, as empresas de montagem de PBCA chave na mão são cada vez mais responsáveis. Em termos de continuidade da comunicação e precisão da transmissão de dados, o PCBA 5G enfrenta os seguintes desafios.

Integridade da Transmissão de Sinal

Como limiar de Aplicação PCBA 5G cenários está cada vez mais alto, traz um duplo desafio no fabrico aos fabricantes de placas de circuitos - maior frequência e menor dimensão. Para fazer face aos requisitos das placas de maior frequência, tivemos de optimizar a E/S com traços mais finos no início do desenho. Na PCBA de alta frequência nível de concepção da placa, traços mais finos significam que os fabricantes assumem o risco de degradação do sinal. Quando as características físicas da placa de circuito fabricado não correspondem às expectativas originais do design, pode causar atrasos na transmissão dos sinais de RF. Os detalhes tradicionais da gravura não satisfazem as nossas expectativas, uma vez que a secção transversal do traço pode ser estranha quando a placa é fabricada, tornando-a anormalmente impedida.

Para assegurar a integridade da saída do sinal, podemos melhorar o processo de processamento do produto semi-acabado, que resolve essencialmente os problemas acima referidos, tornando os traços mais precisos e reduzindo este risco previsível.

Para assegurar que o fabrico da placa de circuito impresso 5G é infalível, independentemente do método utilizado, a FS Technology recomenda o estabelecimento de múltiplas ligações de inspecção de qualidade no processo de fabrico na China. Para assegurar a qualidade da produção e montagem, a FS Technology criou janelas de inspecção visual manual em múltiplas saídas da oficina, e a inspecção óptica automática AOI é realizada após a conclusão da montagem SMT, e a inspecção visual secundária é realizada após a conclusão do produto acabado.

Questões de compatibilidade de aceitação de sinal de PCBA 5G

O maior sentimento de muitas pessoas sobre os sinais 5G é o salto de velocidade. De facto, para melhorar a velocidade das redes sem fios, os investigadores utilizaram muitos métodos, e sem excepção, todos eles falharam. Mas com a utilização da tecnologia Massive MIMO, este problema está completamente resolvido. O MIMO Massivo é uma tecnologia multiantena que aumenta o número de antenas utilizadas pelas estações base e terminais. Mas esta tecnologia não é perfeita, também traz uma série de problemas ao mesmo tempo que resolve problemas. Este capítulo centra-se principalmente nos PCBAs 5G, pelo que apenas os problemas que afectam a compatibilidade dos telemóveis são aqui introduzidos. A utilização do Massive MIMO pode resolver o problema da eficiência da transmissão e recepção de sinais, mas é devastador para os telemóveis 4G.

As placas de circuito utilizadas pelos telemóveis 4G para receber sinais são placas PCBAs 4G e 3G antiquadas. Embora não afecte a nossa utilização, limita as frequências de envio e recepção de componentes electrónicos. A gama de frequências de recepção de 4G PCBA é de 600 MHz a 5,925 GHz, o canal de largura de banda é de 20 MHz, e o sistema IoT é de 200 kHz, que não pode satisfazer as condições de recepção de sinais de alta frequência de 5G. As placas de circuitos dos telemóveis 5G são concebidas para aumentar as frequências de envio e recepção de componentes para 28GHz, 30GHz, e algumas até mesmo até 77GHz de frequências de ondas milimétricas. Em termos de canais de largura de banda, os sistemas de informação 5G podem tratar frequências inferiores a 6GHz e superiores a 400MHz.

Para se adaptar às mudanças na recepção do sinal, a empresa PCBA chave na mão necessita de actualizar o material de substrato utilizado para além do controlo da impedância dos fios de cobre da placa de circuito impresso. Para placas de circuito impresso normais, a sua constante dieléctrica padrão é normalmente de 3,5 a 5,5, o que está longe de ser suficiente para PCBAs 5G que requerem alta velocidade e alta frequência. Portanto, as empresas de PCBA estão empenhadas em encontrar novos materiais com uma constante dieléctrica tão baixa quanto 3 e esperam reduzir a perda de sinal e melhorar a precisão e fiabilidade do sinal desta forma.

Questões EMI (Interferência Electromagnética) de PCBAs 5G

Problemas de EMI de PCB

EMI é a abreviatura de Interferência Electromagnética, que se refere à blindagem do sinal ou à interferência causada por equipamento electrónico no trabalho a outros produtos electrónicos. Quase todos os governos do mundo estão a tentar controlar a IME prejudicial produzida por equipamentos electrónicos noutros países, pelo que o problema da IME é que todos os fabricantes de produtos electrónicos precisam de gastar tempo a resolver.

Em sistemas modernos de alta velocidade, montagem mecânica as empresas estão a actualizar os conectores para suprimir a IME conduzida e irradiada. Actualmente, os conectores mais utilizados e mais eficazes na China incluem o seguinte: conectores de filtro TE DEUTSCH, conectores de filtro Smiths Interconnect, e séries de ligações de filtro rectangulares fotoeléctricas AVIC.

Em termos de placas de circuito impresso, para evitar fugas de EMI, a FS Technology acredita que é necessário cumprir as seguintes regras de concepção para traços de sinal de alta velocidade:

Rastrear regras de blindagem: No desenho traçado de PCBA de alta velocidade 5G, a fim de evitar fugas de EMI, precisamos de proteger as linhas de sinal chave de alta velocidade, tais como relógios. A Tecnologia FS recomenda que o fio blindado seja ligado à terra com orifícios por 1000mil.

Routing closed-loop e open-loop rules: Para uma placa de circuito de alta densidade como a PCBA 5G, quer o sinal do relógio produza um circuito fechado ou um circuito aberto resulte nos traços da placa multicamadas, será gerada uma antena de laço, resultando numa radiação EMI melhorada.

Regra da continuidade da impedância característica: Para sinais de alta velocidade, as diferentes camadas devem assegurar a continuidade da impedância característica ao comutar, ou seja, a largura da mesma camada de cablagem deve ser contínua, e a impedância de traço das diferentes camadas deve ser contínua.

Regras de direcção da cablagem: Para evitar o cruzamento entre linhas, a cablagem entre duas camadas adjacentes deve seguir o princípio da cablagem vertical, ou seja, as camadas adjacentes da cablagem devem cumprir as regras de direcção da cablagem horizontal e vertical.

Regra de ressonância para o comprimento do traço: Quando o comprimento do traço é um múltiplo inteiro de 1/4 de comprimento de onda, o traço terá um efeito de ressonância, provocando a irradiação de ondas electromagnéticas, resultando em problemas de interferência.

Regras do caminho de retorno: Sabemos que a magnitude da radiação está relacionada com o caminho de transmissão do sinal e a área delimitada pelo caminho de retorno. Por conseguinte, é também uma estratégia para manter a trajectória de retorno dos sinais 5G desobstruída e reduzir a trajectória de retorno dos sinais de alta velocidade.

As regras de colocação de condensadores de desacoplamento no dispositivo: Se verificar que os condensadores de desacoplamento não são eficazes, pode ser devido à colocação errada dos condensadores de desacoplamento. O princípio que temos de seguir é: perto dos pinos da fonte de alimentação, e fazer os condensadores A área delimitada por traços de potência e de terra é mínima.

Problemas de gestão térmica de PCBA 5G

Os sinais 5G têm requisitos de extrema velocidade, pelo que as placas de circuito impresso precisam de absorver mais recursos e gerar mais corrente. À medida que o número de correntes aumenta, será gerado muito calor na superfície da placa PCBA. Além disso, para aumentar a função da estação base, a maioria dos PCBAs da estação base são placas de circuito de alta frequência, de alta velocidade, multicamadas e de alta densidade. A estrutura demasiado densa dos componentes irá acumular calor, resultando no problema de difícil dissipação de calor da placa de circuito. Isto pode causar problemas como o descasque do fio de cobre, delaminação, redução e empenamento. O FR-4 tradicional não consegue ultrapassar este problema. É necessário utilizar uma placa de circuito com excelente desempenho de gestão térmica, tais como IMS PCBA. A sua condutividade térmica é 8 a 12 vezes superior à do FR-4, que pode lidar melhor com aplicações a altas temperaturas.

Oportunidades trazidas pelo PCBA 5G para a indústria de placas de circuitos

Sabemos que o desenvolvimento do 5G se baseia na premissa de centros de controlo de dados de grande escala. Como mencionado anteriormente, a velocidade do sinal de 5G está positivamente relacionada com a frequência da onda de rádio, e a velocidade da luz = frequência × comprimento de onda. Os sinais têm uma característica: a taxa de decaimento no meio é dependente da frequência. Quanto menor a frequência, menor a atenuação, e melhor a capacidade de propagação. Isto não é bom para estações base de alta frequência 5G, que fazem o sinal atenuar-se rapidamente durante a propagação. Ou seja, para resolver completamente o problema da transmissão do sinal 5G, é necessário aumentar o número e a densidade das estações de base. Na sociedade electrónica de hoje, todos os produtos electrónicos são inseparáveis das placas de circuito impresso. Com base num ambiente tão grande, a procura de PCBA de comunicação de alta qualidade por parte dos utilizadores finais será infinitamente aumentada, e os requisitos de qualidade dos PCBA estão também a aumentar. Esta é uma enorme despesa para a indústria das comunicações, mas uma oportunidade para nós, fabricantes de PCBA.

As estações de base 5G promovem o desenvolvimento de PCBAs topo de gama

Sabemos que o desenvolvimento do 5G se baseia na premissa de centros de controlo de dados de grande escala. Como mencionado anteriormente, a velocidade do sinal de 5G está positivamente relacionada com a frequência da onda de rádio, e a velocidade da luz = frequência × comprimento de onda. O sinal tem uma característica: a taxa de atenuação no meio está relacionada com a frequência. Quanto menor a frequência, menor a atenuação, e melhor a capacidade de propagação. Isto não é bom para estações de base de alta frequência 5G, que fazem o sinal atenuar rapidamente durante a propagação. Ou seja, para resolver completamente o problema da transmissão do sinal 5G, é necessário aumentar o número e a densidade das estações de base. Na sociedade electrónica de hoje, todos os produtos electrónicos são inseparáveis das placas de circuito impresso. Com base num ambiente tão grande, a procura de PCBA de comunicação de alta qualidade por parte dos utilizadores finais será infinitamente aumentada, e os requisitos de qualidade dos PCBA estão também a aumentar. Esta é uma enorme despesa para a indústria das comunicações, mas uma oportunidade para nós, fabricantes de PCBA.

Utilização de antena 5G PCB

Devido aos requisitos extremamente rigorosos de 5G para bandas de alta frequência, as placas de circuito são forçadas a mostrar uma tendência de alta frequência. Actualmente, a solução principal da antena PCBA é utilizar placas PCBA de hidrocarbonetos, e o preço é de cerca de 3000-6000 yuan/metro quadrado, o que é 2-3 vezes o das placas de circuito impresso normais. De acordo com o relatório da indústria da comunicação divulgado pelo instituto de investigação, o número de construções Acer será o dobro do da era 4G, e o número de pequenas estações base aumentará mais de 10 vezes em relação à base original. Para melhorar a capacidade de recepção de sinal, as estações de base começaram a utilizar a tecnologia de antenas massivas "Massive MIMO", que é a razão do forte aumento da procura de antenas 5G. Enquanto um grande número de antenas de estações base 5G aumenta a quantidade de PCBAs de alta frequência, o aumento de IDCs e estações base de comunicação também irá provocar a procura de PCBAs de alta velocidade.

Construção de estações de base

Para satisfazer as necessidades da sociedade em termos de capacidades de transmissão de sinais, para além de utilizar um grande número de placas de circuito para construir estações base, é também necessário aumentar o número de componentes front-end RF e utilizar substratos de alta velocidade mais avançados. Isto faz com que o custo do PCBA de uma única estação base seja três vezes superior ao da era 4G.

Aspectos técnicos

O sinal transmitido pela estação base não é direccional, mas sim transmitido em redor. Mencionámos anteriormente que a alta frequência significa utilizar mais recursos, o que também causa um grande desperdício de recursos. Por conseguinte, é necessário utilizar tecnologia de formação de feixes para agrupar recursos quando se constroem estações-base. A tecnologia de formação de feixe refere-se à colocação de conjuntos de antenas 5G em estações de base e à utilização das vantagens dos PCBAs RF para controlar a fase dos sinais RF. Esta tecnologia pode transmitir sinais para o alvo de forma mais central, e ajustar a direcção com o movimento do alvo, maximizando a precisão da estação de base e expandindo a sua capacidade da estação de base.

O impacto do PCBA nos telemóveis 5G

A chegada da era 5G não só aumentou a construção de estações base como também acelerou a actualização iterativa dos telemóveis. A razão para este fenómeno não é apenas para satisfazer as necessidades do mercado, mas também o "Massivo MIMO" acima mencionado.

A relação entre os telemóveis 5G e os PCBAs é também simbiótica. PCBA garante a velocidade e precisão da transmissão do sinal 5G, e espera-se que a indústria de telemóveis traga mais de 60 biliões de oportunidades incrementais à indústria de PCBA em 2022.

Em toda a indústria de PCBA, os campos de aplicação das placas de circuitos são muito vastos, incluindo comunicação 5G, aeroespacial, electrónica de consumo, equipamento militar, equipamento médico, etc. Entre todos os terminais de aplicação, comunicações, computadores e electrónica de consumo são o foco da nossa indústria de PCBA, representando 27%, 27%, e 14% respectivamente.

A inovação da tecnologia PCBA e a chegada da era 5G promoveram um recrudescimento mundial em substituição. De acordo com as estatísticas do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, desde a segunda metade de 2019, para fabricar mais telemóveis 5G compatíveis, os principais fabricantes começaram a adquirir componentes PCBA de alta frequência e a fabricar placas de circuito HDI multicamadas em grande escala. Espera-se que as remessas de telemóveis da China aumentem para 574 milhões em 2022. Com a promoção do mercado 5G, a FS Technology acredita que a comunicação será o ponto alto da indústria de PCBA.

O impacto do desenvolvimento de 5G na indústria de PCBA da China

Desde que a procura de PCBA 5G aumentou, o mercado de PCBA da China atingiu um nível recorde. A partir dos dados das instituições de pesquisa de mercado, desde 2017, a produção de PCB da China representou mais de 50% da produção global, o que significa que mais de metade das placas de circuito são exportadas da China. Embora tenhamos feito grandes feitos na exportação de laminados revestidos a cobre, se estudarmos cuidadosamente os dados, descobriremos que o ambiente de mercado de PCBA 5G da China ainda não é optimista.

A cadeia industrial do CCL é um mercado segmentado, e o seu montante inclui componentes electrónicos tais como condensadores, resistências, e circuitos integrados. O fluxo médio é o fabrico de PCB, montagem, e indústrias de montagem mecânica. Esta cadeia industrial globalizada da divisão do trabalho é algo semelhante à da TSMC introduzida nos anos 90. Nessa altura, o chefe da TSMC utilizava tecnologia ocidental para conduzir a I&D e o fabrico da TSMC em torno de Taiwan. Com o progresso da investigação científica, a fabricação da TSMC passou de um projecto chave na mão para duas cadeias industriais - queima e embalagem, e testes. Ou seja, quase 70% do processo de produção da TSMC começa nos países desenvolvidos da Europa e dos Estados Unidos, depois transfere-se para o Japão e Coreia do Sul, e finalmente para Taiwan China. Como resultado, a tecnologia principal é dominada em países europeus e americanos, enquanto Taiwan só pode realizar trabalhos de montagem mecanizada. Isto é semelhante ao nosso actual trabalho global de PCBA ambiente de mercado.

Embora as exportações de PCBA 5G da China representem 50% do total global, a maioria dos CCLs exportados são produtos simples e de gama baixa. PCBA de alta frequência, DHI PCBA, e outros tipos de placas de circuitos avançados, ainda são dominados por países europeus e americanos. Para estes laminados de cobre mais avançados, a taxa de crescimento anual e a taxa de crescimento de compostos na China continental é de cerca de 5%, o que é bastante baixo em termos da taxa de crescimento de toda a indústria.

Actualmente, a produção de laminados de cobre 5G revestidos na China é bastante baixa, e os seus produtos básicos de alta velocidade e alta frequência ainda dependem de importações de países desenvolvidos. Em 2015, o volume de importação e exportação de placas de alta frequência da China foi de cerca de 20.000 toneladas.

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