5G AAU PCB: Bewältigung der Herausforderungen hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte bei Rechenzentrumsserver-PCBs

technology10. Oktober 2025 16 Min. Lesezeit

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5G AAU PCB: Bewältigung der Herausforderungen hoher Geschwindigkeit und hoher Dichte bei Rechenzentrumsserver-Leiterplatten

An vorderster Front der 5G-Kommunikationstechnologie spielt die 5G AAU PCB (Active Antenna Unit Printed Circuit Board) eine unersetzliche Kernrolle. Sie dient nicht nur als Brücke, die die digitale Welt mit Funkwellen verbindet, sondern auch als entscheidende Hardware, die Netzwerkleistung, Kapazität und Latenz bestimmt. Interessanterweise sind die Design- und Fertigungsherausforderungen, denen sie gegenübersteht – einschließlich beispielloser Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitung, extremer Komponentendichte und strengem Wärmemanagement – denen der fortschrittlichsten Rechenzentrumsserver-Leiterplatten von heute frappierend ähnlich und in mancher Hinsicht sogar anspruchsvoller. Als führendes Unternehmen im Bereich der HF-Kommunikationshardware engagiert sich die Highleap PCB Factory (HILPCB) dafür, diese technischen Hürden zu überwinden und robuste und zuverlässige Leiterplattenlösungen für die globale 5G-Infrastruktur bereitzustellen. Die AAU (Active Antenna Unit) integriert die Funkeinheit (RU) der traditionellen Basisstation mit einem Antennenarray und ermöglicht präzises Beamforming durch Massive MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output)-Technologie, wodurch die Netzwerkeffizienz und das Benutzererlebnis erheblich verbessert werden. Die Realisierung all dieser komplexen Funktionalitäten basiert auf einer hochintegrierten, leistungsstarken 5G AAU PCB. Diese Leiterplatte trägt nicht nur digitale Basisband-Verarbeitungschips, sondern integriert auch Hunderte von Leistungsverstärkern, rauscharmen Verstärkern, Filtern und Antennenelementen, was die Komplexität herkömmlicher Kommunikationsgeräte weit übertrifft.

Was ist eine 5G AAU PCB und ihre Kernrolle im Netzwerk?

Um die revolutionäre Natur von 5G-Netzwerken zu verstehen, muss man zunächst die Kernrolle der AAU erfassen. Im Gegensatz zur Architektur der 4G-Ära, die die Funkeinheit (RRU) von passiven Antennen trennte, kombiniert die 5G AAU die beiden in einer einzigen Einheit. Dieses integrierte Design verkürzt den Signalweg erheblich, bevor er die Antenne erreicht, reduziert Signalverluste und ebnet den Weg für die Anwendung der Massive MIMO-Technologie.

Die interne Struktur einer typischen 5G AAU PCB ist extrem komplex, normalerweise ein mehrschichtiger Hybridstapel aus Starrflex- oder High-Density-Interconnect (HDI)-Leiterplatten. Ihre Hauptfunktionen umfassen:

Digitale Verarbeitung: Onboard-FPGAs oder ASICs verarbeiten digitale Signale von der Basisbandeinheit (BBU) und führen komplexe Modulations-/Demodulations- und Beamforming-Algorithmen aus.
HF-Transceiver: Integriert Hunderte unabhängiger HF-Kanäle, die jeweils Leistungsverstärker (PAs), rauscharme Verstärker (LNAs), Phasenschieber und Schalter enthalten und für Signalverstärkung, -filterung und Phasenanpassung zuständig sind.
Antennenspeisenetzwerk: Liefert verarbeitete HF-Signale präzise an jedes Antennenelement über komplexe Mikrostreifen- oder Streifenleitungsnetzwerke und bildet die Grundlage für eine genaue Strahlsteuerung.

Ob in dicht besiedelten Stadtgebieten als 5G Micro Cell PCBs oder zur Abdeckung großer Flächen als 5G Macro Cell PCBs eingesetzt, der Kern liegt in hochleistungsfähigen AAUs. Ihre Leistung bestimmt direkt die anfängliche Qualität der Daten, die vom drahtlosen Netzwerk zum Kernnetz und letztendlich zur Datenzentrumsverarbeitung übertragen werden. Daher sind die Zuverlässigkeit und Leistung von AAU-PCBs der Eckpfeiler des gesamten 5G-Diensterlebnisses.

Auswahl hochfrequenter Materialien: Die Grundlage der 5G AAU PCB-Leistung

Da sich das 5G-Spektrum auf Sub-6GHz- und Millimeterwellenbänder (mmWave) ausdehnt, steigen die Signalfrequenzen stark an, wodurch herkömmliche FR-4-Materialien den strengen Anforderungen an die Signaldämpfung nicht mehr genügen. Hochfrequente Signale reagieren während der Übertragung sehr empfindlich auf die Dielektrizitätskonstante (Dk) und den Verlustfaktor (Df), wobei selbst geringfügige Abweichungen zu schwerer Signaldämpfung und -verzerrung führen können. Daher ist die Auswahl des richtigen Substratmaterials für 5G AAU PCBs entscheidend.

Derzeit umfassen die gängigen Hochfrequenzmaterialien in der Industrie:

PTFE (Polytetrafluorethylen): Verfügt über extrem niedrige Dk- und Df-Werte, was es zur bevorzugten Wahl für mmWave-Anwendungen macht, obwohl es schwierig zu verarbeiten und kostspielig ist.
Kohlenwasserstoff: Bietet eine Leistung zwischen PTFE und Epoxidharzen, mit guten elektrischen Eigenschaften und Bearbeitbarkeit, wodurch es ideal für Sub-6GHz-Bänder ist.
Hochgeschwindigkeits-Epoxidharz: Modifizierte FR-4-Materialien mit geringeren Verlusten, geeignet für kostensensible Anwendungen, bei denen die Frequenzen nicht übermäßig hoch sind. In der Praxis wird typischerweise eine hybride Laminatstruktur verwendet, um Kosten und Leistung auszugleichen. Zum Beispiel werden teure Rogers PCB-Materialien für kritische Schichten verwendet, die HF-Signale führen, während Standard-FR-4-Materialien für Strom- und Digitalsignalschichten eingesetzt werden. Dieses Design stellt extrem hohe Anforderungen an die Laminierungs- und Ausrichtungsgenauigkeit der Leiterplattenhersteller. Mit jahrelanger Erfahrung in der Herstellung von Hochfrequenzplatinen hat HILPCB den hybriden Laminierungsprozess für verschiedene Hochfrequenzmaterialien gemeistert und stellt sicher, dass jede Leiterplatte eine herausragende elektrische Leistung liefert.

HILPCB RF PCB Fertigungskapazitäten

Wir bieten durchgängige Fertigungsunterstützung für 5G-Kommunikation, von Materialien bis zur Prüfung, um sicherzustellen, dass Ihr Design optimale Leistung erzielt.

Fähigkeitsdimension	Technische Parameter	Kundennutzen
Unterstützung für Hochfrequenzmaterialien	Rogers, Taconic, Isola, Arlon, Teflon	Gewährleistet minimalen Signalverlust und erfüllt die Anforderungen an Millimeterwellenfrequenzen.
Präzision der Impedanzkontrolle	±5% (typischerweise erreichbar ±3%)	Maximiert die Effizienz der Signalübertragung, reduziert Reflexion und Verzerrung.
Oberflächenveredelungsprozess	ENIG, ENEPIG, Immersionssilber, Immersionszinn	Optimierung des Skin-Effekts für Hochfrequenzsignale, bietet hervorragende Lötbarkeit.
HF-Leistungsprüfung	Einfügedämpfungstests, TDR-Impedanztests	Leistungsüberprüfung der Leiterplatte vor dem Versand, um die Einhaltung der Designspezifikationen zu gewährleisten.

Herausforderungen der Signalintegrität: Den "unsichtbaren Pfad" der Millimeterwellen navigieren

Im Millimeterwellen-Frequenzband sind Leiterplattenleiterbahnen nicht länger nur einfache "Drähte", sondern verwandeln sich in komplexe Wellenleiterstrukturen. Signalintegrität (SI) wird zur obersten Priorität im Design. 5G AAU PCB-Designer müssen jedes Detail akribisch kontrollieren, ähnlich wie Hochgeschwindigkeits-Leiterplatten-Ingenieure in Rechenzentren, um Signalverzerrungen zu vermeiden.

Zu den wichtigsten Herausforderungen gehören:

Einfügedämpfung: Millimeterwellensignale erleiden in Übertragungsmedien eine starke Energiedämpfung. Designlösungen erfordern breitere Leiterbahnen, glattere Kupferfolie und Materialien mit extrem geringen Verlusten.
Übersprechen: Hochdichte Leiterführung verstärkt die elektromagnetische Kopplung zwischen benachbarten Signalleitungen und erhöht das Risiko von Übersprechen. Präzise Kontrolle des Leiterbahnabstands, Masseflächenisolierung und Differentialpaarführung sind entscheidend für die Unterdrückung.
Impedanzkontrolle: Jegliche Impedanzfehlanpassungspunkte (z.B. Vias, Steckverbinder, Pads) verursachen Signalreflexionen, die die Qualität stark beeinträchtigen. Dies erfordert eine außergewöhnliche Prozesskontrolle von Leiterplattenherstellern, um die Impedanzkonsistenz von Innen- zu Außenschichten zu gewährleisten. Insbesondere für 5G Antennen-Leiterplatten-Abschnitte wirkt sich die Impedanzpräzision der Speisenetzwerke direkt auf die Strahlungseffizienz und die Muster des Antennenarrays aus.

HILPCB begegnet diesen Herausforderungen durch die Implementierung fortschrittlicher Plasma-Desmear-Prozesse und Laser-Direktbelichtungs (LDI)-Technologie, die feinere Schaltungsmuster und eine engere Toleranzkontrolle ermöglichen, um Fertigungsqualität für die Signalintegrität zu liefern.

Fertigungsherausforderungen bei Massiv-MIMO und hochdichter Integration

Die Massive-MIMO-Technologie ist der Kern der ultrahohen Kapazität von 5G und erfordert die Integration von Dutzenden oder sogar Hunderten von HF-Kanälen und Antenneneinheiten auf einer begrenzten Leiterplattenfläche. Dieses extreme Integrationsniveau stellt erhebliche Herausforderungen für die Herstellung von 5G AAU Leiterplatten dar.

Ultrahohe Lagenzahl und HDI-Technologie: Um komplexe Leiterbahnführungen zu ermöglichen, verwenden AAU-Leiterplatten typischerweise Designs mit über 20 Lagen von Mehrlagen-Leiterplatten. Gleichzeitig ist zur Herstellung von Verbindungen zwischen den Lagen ein umfassender Einsatz der HDI-Technologie (High-Density Interconnect) erforderlich, einschließlich Mikro-Blind-Vias, vergrabener Vias und POFV-Prozesse (Plated Over Filled Via).
Feine Leiterbahnen und Abstände: Hochdichte Leiterbahnführung erfordert Leiterbahnbreiten und Abstände von nur 75 Mikrometern (3 mil) oder sogar weniger. Dies stellt extreme Herausforderungen für die Präzisionskontrolle bei Prozessen wie Ätzen und Galvanisieren dar.
Ausrichtungsgenauigkeit zwischen den Lagen: Während des Laminierungsprozesses von Mehrlagenplatinen kann selbst eine geringfügige Fehlausrichtung zwischen den Lagen zu Abweichungen beim Bohren von Mikrovias führen, was zu Unterbrechungen oder Kurzschlüssen führt und die gesamte teure Leiterplatte unbrauchbar macht.

Ob es sich um die kompakte 5G Micro Cell Leiterplatte oder um großformatige Basisstationsplatinen handelt, die hochdichte Integration ist ein gängiger Trend. HILPCB gewährleistet eine außergewöhnliche Ausrichtungsgenauigkeit und Zuverlässigkeit bei der Herstellung komplexer, hochlagiger Platinen durch Investitionen in modernste automatisierte Ausrichtungs-Laminierungssysteme und hochpräzise CCD-Bohrmaschinen. Diese Fertigungskapazität ist gleichermaßen auf die aufkommende 5G ORAN Leiterplatten-Architektur anwendbar, die modulare und standardisierte Hardware mit noch höheren Konsistenzanforderungen erfordert.

Entwicklungszeitachse der Kommunikationstechnologie

4G LTE

~100 Mbit/s
~50ms Latenz

5G NR

1-10 Gbit/s
<10ms Latenz

5G-Advanced

KI/ML-Integration
Höhere Präzision

6G (Vision)

~1 Tbps
~1μs Latenz (THz)

Strenges Wärmemanagement: Das „Kühlsystem“ zur Gewährleistung eines stabilen AAU-Betriebs

Leistungsverstärker (PAs) erzeugen während des Betriebs erhebliche Wärme, und da Hunderte von PAs gleichzeitig in einer AAU arbeiten, kann der Gesamtstromverbrauch mehrere Kilowatt erreichen. Wird diese Wärme nicht umgehend abgeführt, kann dies zu erhöhten Chiptemperaturen, Leistungseinbußen oder sogar dauerhaften Schäden führen. Daher ist das Wärmemanagement-Design für 5G AAU PCBs ebenso entscheidend wie Kühllösungen für Rechenzentrumsserver.

Effektive Wärmemanagementlösungen auf PCB-Ebene umfassen:

Dickkupfer-/Schwerkuperverfahren: Die Verwendung von 4 Unzen oder dickerer Kupferfolie in Leistungs- und Masseschichten unterstützt nicht nur hohe Ströme, sondern dient auch als hervorragender Wärmeableitungspfad.
Thermische Via-Arrays: Dichtes Anordnen von thermischen Vias unter wärmeerzeugenden Komponenten, um Wärme schnell zu Kühlkörpern oder Metallgehäusen auf der Rückseite der Leiterplatte zu leiten.
Eingebettete Metallmünzen (Coin): Direktes Einbetten von hochwärmeleitfähigen Kupfer- oder Aluminiumblöcken in die Leiterplatte, in direktem Kontakt mit wärmeerzeugenden Chips, um den effizientesten vertikalen Kühlkanal bereitzustellen.
Substrate mit hoher Wärmeleitfähigkeit: In spezifischen Anwendungen werden Keramiksubstrate oder Metallkern-Leiterplatten (MCPCBs) eingesetzt, um extremen Kühlanforderungen gerecht zu werden. HILPCB verfügt über umfassende Erfahrung in der Herstellung von Dickkupfer-Leiterplatten und metallbasierten Substraten und bietet Kunden umfassende Wärmemanagementlösungen vom Design bis zur Produktion, um den stabilen Betrieb von AAUs in verschiedenen rauen Umgebungen zu gewährleisten.

Power Integrity (PI): Saubere Stromversorgung für Hunderte von Kanälen

Die Bereitstellung einer stabilen und sauberen Stromversorgung für Hunderte von empfindlichen HF- und Digitalkomponenten auf einer AAU ist eine weitere gewaltige Herausforderung. Jedes geringfügige Rauschen oder jede Spannungsschwankung im Stromversorgungsnetzwerk (PDN) kann durch die HF-Verbindung verstärkt werden, was die Kommunikationsqualität erheblich beeinträchtigt.

Das Ziel des Power Integrity (PI)-Designs ist es, ein Stromversorgungsnetzwerk mit niedriger Impedanz zu erreichen. Zu den Schlüsseltechnologien gehören:

Geschichtete Leistungsebenen: Verwendung vollständiger Strom- und Masseebenen, um die Impedanz zu reduzieren und eine hervorragende elektromagnetische Abschirmung zu bieten.
Entkopplungskondensator-Optimierung: Sorgfältiges Platzieren von Entkopplungskondensatoren unterschiedlicher Werte in der Nähe der Chip-Stromanschlüsse, um Rauschen über niedrige bis hohe Frequenzen zu filtern.
Induktivitätsarmes Design: Optimierung von Via- und Leiterbahn-Designs, um parasitäre Induktivitäten im PDN zu minimieren und eine schnelle Stromantwortfähigkeit zu gewährleisten.

In offenen Architekturen wie 5G ORAN PCB, wo Module verschiedener Anbieter integriert werden können, sind die Anforderungen an die Robustheit und Kompatibilität des Stromversorgungssystems noch höher. Ein gut gestaltetes PDN ist eine Voraussetzung für die Gewährleistung der Systeminteroperabilität und -stabilität. Dies beeinflusst auch die Qualität der Entscheidungsfindung des Netzwerkintelligenzkerns 5G RIC PCB (Radio Intelligent Controller), da dieser auf genaue, störungsfreie Daten vom AAU angewiesen ist.

Angebot für Leiterplatten einholen

Vorteile des HILPCB Hochfrequenz-Montageservices

Wir bieten Komplettservices von der Leiterplattenfertigung bis zur PCBA-Montage, mit besonderer Expertise in der Handhabung komplexer 5G-HF-Module.

Serviceleistung	Technische Fähigkeit	Wert für 5G-Module
Hochpräzise SMT-Bestückung	Unterstützt 01005-Komponenten, 0,35 mm Pitch BGA	Erfüllt die Miniaturisierungs- und Hochdichte-Layout-Anforderungen von 5G-Chips und passiven Komponenten.
HF-Abschirmungsinstallation	Automatisierte/halbautomatisierte Installation gewährleistet robustes Löten	Isoliert elektromagnetische Störungen effektiv und gewährleistet die Reinheit der HF-Signalwege.
Röntgeninspektion

Inspektion der unteren Lötstellen für BGA, QFN usw. Stellt sicher, dass hochdicht gepackte Komponenten frei von Defekten wie kalten Lötstellen oder Kurzschlüssen sind. Funktions- und HF-Tests Kundenspezifische Funktionstests basierend auf Kundenanforderungen Liefert voll funktionsfähige PCBA-Module mit konformer Leistung.

Von der Fertigung bis zur Montage: HILPCBs Komplettlösung für 5G

Eine hochleistungsfähige 5G AAU Leiterplatte ist nur die halbe Miete – eine hochwertige Montage ist ebenso unerlässlich. HF-Komponenten sind extrem empfindlich gegenüber Löttemperatur, Platzierungsgenauigkeit und Betriebsumgebung. HILPCB versteht dies gut, weshalb wir einen schlüsselfertigen Komplettservice von der Leiterplattenfertigung bis zur PCBA-Montage anbieten, der die Qualitätskontrolle über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg gewährleistet.

Unsere Montagedienstleistungen sind für 5G HF-Module optimiert:

Hochpräzise Platzierung: Unsere SMT-Fertigungslinien sind mit erstklassigen Bestückungsautomaten ausgestattet, die problemlos passive Bauteile der Größe 01005 und BGA-Chips mit 0,35 mm Pitch verarbeiten können, um die Anforderungen an die hohe Bestückungsdichte von AAUs zu erfüllen.
Installation von HF-Abschirmungen: Wir setzen spezielle Verfahren zur Installation von HF-Abschirmungen ein, um eine robuste Lötverbindung und eine hervorragende Erdung zu gewährleisten und eine optimale elektromagnetische Abschirmung für empfindliche HF-Schaltungen zu bieten.
Strenge Prozesskontrolle: Wir steuern das Reflow-Löttemperaturprofil präzise und nutzen die Vakuum-Reflow-Löttechnologie, um Hohlräume in BGA-Lötstellen zu minimieren und so eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Umfassende Inspektion: Durch automatisierte optische Inspektion (AOI) und Röntgeninspektion identifizieren und korrigieren wir potenzielle Lötfehler und garantieren, dass jede ausgelieferte PCBA den höchsten Qualitätsstandards entspricht.

Die Wahl des One-Stop-Services von HILPCB bedeutet, dass Sie sich auf das Kern-HF-Design und die Algorithmenentwicklung konzentrieren können, während Sie die komplexen Fertigungs- und Montageaufgaben unserem professionellen Team anvertrauen.

Evolution in die Zukunft: Von 5G Advanced zu 6G

Kommunikationstechnologie steht niemals still. Mit dem Aufkommen von 5G-Advanced und 6G werden die Anforderungen an die Leiterplattentechnologie noch strenger. KI/ML-Funktionalitäten werden tiefer in Netzwerke integriert, was neue Anforderungen an die Verarbeitungsleistung und Konnektivität von 5G RIC PCBs stellt. Zukünftige Kommunikationen werden sich in Richtung des Terahertz (THz)-Frequenzbandes bewegen, wo Leiterplattenmaterialien, -design und -herstellungsprozesse eine weitere disruptive Transformation erleben werden.

HILPCB ist stets an der Spitze der Technologie. Wir investieren aktiv in Forschung und Entwicklung, erforschen neue Substratmaterialien, hybride optoelektronische Leiterplattentechnologien und fortschrittlichere Herstellungsprozesse. Wir arbeiten eng mit unseren Kunden zusammen, um die sich entwickelnden Herausforderungen von 5G Antennen-Leiterplatten bis hin zu zukünftigen Terahertz-Antennenarrays zu bewältigen. Ob es darum geht, größere Antennenarrays für 5G Makrozellen-Leiterplatten zu unterstützen oder mehr Funktionalitäten in AAUs der nächsten Generation zu integrieren, HILPCB ist bestrebt, Ihr vertrauenswürdigster Partner zu sein.

Vergleich der Leistungsdimensionen von 5G AAU Leiterplatten

Eine außergewöhnliche 5G AAU Leiterplatte erfordert das Ausbalancieren und Optimieren mehrerer kritischer Leistungsdimensionen.

Leistungsdimension	Wesentliche Herausforderungen	HILPCB-Lösungen
Datenrate (Hochgeschwindigkeit)	Signalverlust, Impedanzfehlanpassung	Verlustarme Materialien, ±5% Impedanzkontrolle
Verbindungsdichte (Hohe Dichte)	Feine Leiterbahnen, HDI, Zwischenschichtausrichtung	LDI-Belichtung, Laserbohren, CCD-Ausrichtung
Energieeffizienz (Wärmemanagement)	Wärmeableitung für Hochleistungsgeräte

Dickkupferprozess, thermische Vias, eingebettete Kupferblöcke Zuverlässigkeit (Stromversorgung) Leistungsrauschen, Spannungsabfall Niederimpedantes PDN-Design, optimierte Entkopplung

PCB-Angebot einholen

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 5G AAU PCB den Höhepunkt der modernen Kommunikationstechnologie darstellt, mit Design- und Fertigungskomplexitäten, die Hochleistungs-Rechenzentrumshardware erreichen oder sogar übertreffen. Von der Beherrschung hochfrequenter Materialien für Millimeterwellen über die Erzielung einer hochdichten Integration für massives MIMO bis hin zur Bewältigung von Herausforderungen bei der Wärmeregulierung und Stromversorgungsstabilität unter Kilowatt-Leistungsaufnahme – jeder Aspekt stellt erhebliche Herausforderungen dar. Die erfolgreiche Entwicklung einer hochleistungsfähigen, hochzuverlässigen 5G AAU Leiterplatte erfordert eine nahtlose Zusammenarbeit zwischen Designingenieuren und Leiterplattenherstellern. Mit umfassender Expertise in der HF-Leiterplattenfertigung und Hochfrequenzmontage, gepaart mit scharfen Einblicken in zukünftige technologische Trends, engagiert sich HILPCB dafür, globale 5G-Ausrüstungsanbieter umfassend zu unterstützen – vom Prototyping bis zur Massenproduktion. Die Wahl von HILPCB bedeutet die Auswahl eines professionellen Partners, der in der Lage ist, Ihre komplexesten 5G-Designvisionen in die Realität umzusetzen.