Bộ phận RF của trạm gốc 5G chịu trách nhiệm về các chức năng cốt lõi là truyền, nhận và khuếch đại tín hiệu 5G. Môi trường làm việc của nó cần phải đối phó với những thách thức như truyền tín hiệu tần số cao, sưởi ấm công suất- cao và các điều kiện ngoài trời phức tạp (chẳng hạn như biến động nhiệt độ, thay đổi độ ẩm, nhiễu điện từ). Với tư cách là "sóng mang tín hiệu" và "nền tảng sóng mang thành phần" của thiết bị RF, việc lựa chọn PCB ảnh hưởng trực tiếp đến tính toàn vẹn tín hiệu, hiệu suất tản nhiệt và độ tin cậy lâu dài của thiết bị RF. Phần sau đây phác thảo các điểm lựa chọn chính cho PCB đơn vị RF trạm gốc 5G từ năm kích thước cốt lõi để đảm bảo khả năng tương thích với nhu cầu ứng dụng thực tế.
1, Lựa chọn chất nền: ưu tiên đảm bảo hiệu suất truyền tín hiệu tần số cao-
Bộ RF của trạm gốc 5G cần truyền một lượng lớn tín hiệu tần số cao{1}} và đặc tính điện của chất nền sẽ trực tiếp xác định độ ổn định và suy hao truyền tín hiệu. Khi lựa chọn, cần đặc biệt chú ý đến khả năng thích ứng-tần số cao của chất nền.
Mặc dù chất nền FR-4 thông thường có chi phí thấp hơn nhưng chúng bị mất tín hiệu và méo tín hiệu đáng kể trong các trường hợp tần số-cao, khiến việc đáp ứng yêu cầu của các đơn vị 5G RF trở nên khó khăn. Cần ưu tiên lựa chọn chất nền được thiết kế đặc biệt cho tần số cao. Những chất nền này có thể làm giảm hiệu quả tổn thất điện môi và độ ổn định hằng số điện môi của tín hiệu tần số cao bằng cách tối ưu hóa thành phần nhựa và cấu trúc sợi thủy tinh. Mất điện môi thấp có thể làm giảm mức tiêu thụ năng lượng của tín hiệu trong quá trình truyền, đảm bảo cường độ tín hiệu đáp ứng tiêu chuẩn; Hằng số điện môi ổn định có thể tránh được sự biến động tốc độ truyền tín hiệu do thay đổi môi trường (chẳng hạn như tăng nhiệt độ), đảm bảo tính đồng bộ và chính xác của tín hiệu 5G.
Trong khi đó, độ ổn định nhiệt của chất nền cũng cần được xem xét cẩn thận. Trong quá trình hoạt động của các thiết bị 5G RF, một lượng nhiệt đáng kể sẽ được tạo ra. Nếu hệ số giãn nở nhiệt của đế quá cao, bo mạch dễ bị biến dạng ở nhiệt độ cao, dẫn đến các mối hàn linh kiện bị bong ra hoặc gây đoản mạch. Do đó, cần phải chọn chất nền có hệ số giãn nở nhiệt thấp và khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời để đảm bảo rằng chất nền có thể duy trì độ ổn định cấu trúc trong điều kiện nhiệt độ cao-lâu dài mà không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của thiết bị RF.
2, Lựa chọn độ dày đồng: phù hợp với yêu cầu kép về công suất cao và truyền tín hiệu
Bộ RF của trạm gốc 5G cần truyền tín hiệu tần số cao{1}} và mang một công suất nhất định (chẳng hạn như truyền dòng điện của mô-đun khuếch đại công suất). Việc lựa chọn độ dày đồng phải cân bằng giữa chất lượng truyền tín hiệu và khả năng mang dòng điện để tránh tắc nghẽn hiệu suất do độ dày đồng không phù hợp.
Từ góc độ truyền tín hiệu, lá đồng quá dày có thể làm tăng hiện tượng mất hiệu ứng bề ngoài của tín hiệu tần số cao{0}}, ảnh hưởng đến hiệu suất truyền tín hiệu; Lá đồng mỏng có thể gây phản xạ tín hiệu hoặc nhiễu xuyên âm do trở kháng không ổn định. Cần phải lựa chọn độ dày đồng khác nhau dựa trên yêu cầu chức năng của các khu vực khác nhau trong đơn vị RF -, chẳng hạn như chọn độ dày đồng thông thường phù hợp cho các đường truyền tín hiệu tần số cao- để đảm bảo việc truyền tín hiệu bị mất ở mức thấp; Đường dẫn dòng điện của mô-đun khuếch đại công suất cần được tăng độ dày đồng một cách thích hợp để nâng cao khả năng mang dòng điện và tránh lá đồng quá nóng và cháy do dòng điện quá mức.
Ngoài ra, độ bền bám dính của lá đồng cũng cần được chú ý. Đơn vị tần số vô tuyến 5G phải chịu rung động (chẳng hạn như rung nhẹ trong quá trình vận hành thiết bị trạm gốc) và chu kỳ nhiệt độ trong thời gian dài. Nếu lá đồng không được gắn chắc chắn vào đế, lá đồng rất dễ bị bong ra dẫn đến đứt mạch. Do đó, khi lựa chọn, cần xác nhận kết quả kiểm tra hiệu suất bám dính của lá đồng để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu về độ tin cậy cho hoạt động-lâu dài của trạm gốc 5G.
3, Lựa chọn mặt nạ hàn: Cân bằng giữa bảo vệ cách điện và thích ứng tần số-cao
Lớp mặt nạ hàn không chỉ cần bảo vệ lá đồng PCB khỏi quá trình oxy hóa và ăn mòn mà còn cần thích ứng với môi trường tần số-cao của các thiết bị 5G RF để tránh hiệu suất kém của lớp mặt nạ hàn ảnh hưởng đến việc truyền tín hiệu.
Điện trở hàn thông thường có thể làm tăng suy hao truyền tín hiệu và thậm chí gây nhiễu tín hiệu trong các trường hợp-tần số cao do hằng số điện môi cao hoặc tổn thất điện môi quá mức. Nên chọn điện trở hàn thích ứng tần số cao, có đặc tính điện môi và khả năng tương thích nền cao hơn, có thể giảm tác động lên tín hiệu tần số cao- và đảm bảo truyền tín hiệu ổn định. Đồng thời, khả năng chịu nhiệt độ và khả năng chống chịu thời tiết của lớp mặt nạ hàn cần phải đáp ứng các tiêu chuẩn -trạm gốc 5G hầu hết được triển khai ngoài trời và lớp mặt nạ hàn cần chịu được các môi trường phức tạp như nhiệt độ cao, nhiệt độ thấp, độ ẩm và bức xạ tia cực tím để tránh nứt, bong tróc và ăn mòn khi tiếp xúc với lá đồng.
Ngoài ra, độ phẳng của lớp mặt nạ hàn cũng rất quan trọng. Các thành phần RF chính xác (chẳng hạn như bộ lọc và bộ ghép nối) thường được hàn vào các bộ phận RF. Nếu bề mặt của mặt nạ hàn không bằng phẳng có thể dẫn đến việc hàn các bộ phận không ổn định, ảnh hưởng đến độ ổn định của các kết nối tín hiệu. Khi lựa chọn cần xác nhận quy trình phủ và tiêu chuẩn kiểm tra độ phẳng của lớp mặt nạ hàn để đảm bảo đáp ứng yêu cầu hàn linh kiện.
4, Chú ý đến việc điều chỉnh thiết kế tản nhiệt: hỗ trợ dẫn nhiệt hiệu quả
Mật độ năng lượng của bộ RF trong các trạm gốc 5G tương đối cao trong quá trình hoạt động, điều này có thể dễ dàng tạo ra một lượng nhiệt lớn. Nếu nhiệt lượng không được thoát ra ngoài kịp thời sẽ dẫn đến nhiệt độ linh kiện tăng cao, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ. Việc lựa chọn PCB cần xem xét đầy đủ đến việc thích ứng với thiết kế tản nhiệt để tạo điều kiện khuếch tán nhiệt hiệu quả.
Một mặt, các chất nền có cấu trúc đặc biệt có thể được lựa chọn theo yêu cầu tản nhiệt, chẳng hạn như sử dụng PCB gốc kim loại (như chất nền nhôm hoặc đồng) trong các khu vực sinh nhiệt cao (chẳng hạn như dưới các mô-đun khuếch đại công suất). Những chất nền này có khả năng dẫn nhiệt tuyệt vời và có thể nhanh chóng truyền nhiệt do các bộ phận tạo ra sang các cấu trúc tản nhiệt (như tản nhiệt và quạt), làm giảm nhiệt độ cục bộ. Nếu sử dụng toàn bộ các chất nền thông thường, các via dẫn nhiệt cũng có thể được thêm vào ở những khu vực sinh nhiệt cao hoặc có thể sử dụng các lớp đồng dày cục bộ để tăng cường khả năng dẫn nhiệt.
Mặt khác, khả năng thích ứng bố cục của PCB cũng cần được xem xét. Khi lựa chọn, cần xác nhận xem độ dày và kích thước của PCB có phù hợp với cấu trúc tản nhiệt của bộ RF hay không, chẳng hạn như độ dày PCB có đáp ứng yêu cầu lắp đặt của tản nhiệt hay không và liệu có đủ không gian kênh tản nhiệt để tránh xung đột giữa thiết kế PCB và cấu trúc tản nhiệt, có thể ảnh hưởng đến hiệu quả tản nhiệt hay không.
5, Nhấn mạnh việc xác minh độ tin cậy: đảm bảo-hoạt động ổn định lâu dài
Tuổi thọ sử dụng của trạm gốc 5G thường là vài năm, thậm chí hơn 10 năm và chi phí bảo trì sau khi triển khai cao. PCB của thiết bị RF cần có độ tin cậy lâu dài-cực kỳ cao. Khi lựa chọn, cần chú ý đến các tiêu chuẩn và kết quả xác minh độ tin cậy của PCB.
Trước tiên, cần xác nhận xem PCB có vượt qua các bài kiểm tra độ tin cậy môi trường nghiêm ngặt hay không, chẳng hạn như kiểm tra chu kỳ nhiệt độ và độ ẩm cao, kiểm tra sốc nhiệt độ, kiểm tra độ rung, kiểm tra phun muối, v.v.. - những kiểm tra này có thể mô phỏng môi trường phức tạp khi vận hành trạm gốc ngoài trời, xác minh độ ổn định hiệu suất của PCB trong các điều kiện khắc nghiệt-lâu dài và tránh hỏng hóc sớm của PCB do các yếu tố môi trường.
Thứ hai, không thể bỏ qua kiểm tra độ tin cậy về điện, chẳng hạn như kiểm tra điện áp chịu được, kiểm tra điện trở cách điện, kiểm tra độ dẫn điện, v.v., để đảm bảo hiệu suất điện của PCB đáp ứng các tiêu chuẩn và không có rủi ro tiềm ẩn như đoản mạch hoặc hở mạch. Đồng thời, cần chú ý đến độ tin cậy của quy trình PCB, chẳng hạn như độ bền liên kết giữa các lớp, độ tin cậy của mối hàn, v.v., để tránh các vấn đề như bong tróc giữa các lớp và bong tróc mối hàn do lỗi quy trình trong quá trình sử dụng PCB- lâu dài.