PCB 5G AAU : Relever les défis de haute vitesse et de haute densité des PCB de serveurs de centres de données

À l'avant-garde de la technologie de communication 5G, le PCB 5G AAU (Active Antenna Unit Printed Circuit Board) joue un rôle central irremplaçable. Il sert non seulement de pont reliant le monde numérique aux ondes radio, mais aussi de matériel critique déterminant les performances, la capacité et la latence du réseau. Il est intéressant de noter que les défis de conception et de fabrication auxquels il est confronté – y compris le traitement de signaux à haute vitesse sans précédent, la densité extrême des composants et la gestion thermique rigoureuse – sont étonnamment similaires à ceux des PCB de serveurs de centres de données les plus avancés d'aujourd'hui, et, à certains égards, encore plus exigeants. En tant que leader dans le domaine du matériel de communication RF, Highleap PCB Factory (HILPCB) s'engage à surmonter ces barrières techniques, en fournissant des solutions de cartes de circuits imprimés robustes et fiables pour l'infrastructure 5G mondiale. L'AAU (Active Antenna Unit) intègre l'unité radio (RU) de la station de base traditionnelle avec un réseau d'antennes, permettant un beamforming précis grâce à la technologie Massive MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output), améliorant ainsi considérablement l'efficacité du réseau et l'expérience utilisateur. La réalisation de toutes ces fonctionnalités complexes repose sur une PCB 5G AAU hautement intégrée et performante. Cette PCB ne porte pas seulement des puces de traitement de bande de base numérique, mais intègre également des centaines d'amplificateurs de puissance, d'amplificateurs à faible bruit, de filtres et d'éléments d'antenne, dépassant de loin la complexité des équipements de communication traditionnels.

Qu'est-ce qu'une PCB 5G AAU et son rôle central dans le réseau ?

Pour comprendre la nature révolutionnaire des réseaux 5G, il faut d'abord saisir le rôle central de l'AAU. Contrairement à l'architecture de l'ère 4G, qui séparait l'unité radio (RRU) des antennes passives, l'AAU 5G combine les deux en une seule unité. Cette conception intégrée raccourcit considérablement le chemin du signal avant qu'il n'atteigne l'antenne, réduisant ainsi la perte de signal et ouvrant la voie à l'application de la technologie Massive MIMO.

La structure interne d'une PCB 5G AAU typique est extrêmement complexe, généralement un empilement hybride multicouche de cartes rigides-flexibles ou à interconnexion haute densité (HDI). Ses fonctions principales incluent :

1. Traitement numérique : Les FPGA ou ASIC embarqués traitent les signaux numériques de l'unité de bande de base (BBU), exécutant des algorithmes complexes de modulation/démodulation et de formation de faisceau.
2. Transceiver RF: Intègre des centaines de canaux RF indépendants, chacun contenant des amplificateurs de puissance (PA), des amplificateurs à faible bruit (LNA), des déphaseurs et des commutateurs, responsables de l'amplification, du filtrage et de l'ajustement de phase du signal.
3. Réseau d'Alimentation d'Antenne: Fournit des signaux RF traités avec précision à chaque élément d'antenne via des réseaux microruban ou stripline complexes, formant la base d'un contrôle précis du faisceau.

Qu'ils soient déployés dans des zones urbaines denses en tant que PCB de micro-cellules 5G ou couvrant de vastes zones en tant que PCB de macro-cellules 5G, le cœur réside dans les AAU haute performance. Leurs performances déterminent directement la qualité initiale des données transmises du réseau sans fil au réseau central et, finalement, au traitement en centre de données. Ainsi, la fiabilité et les performances des PCB AAU sont la pierre angulaire de l'expérience de service 5G globale.

Sélection des Matériaux Haute Fréquence : Le Fondement des Performances des PCB AAU 5G

À mesure que le spectre 5G s'étend aux bandes Sub-6GHz et millimétriques (mmWave), les fréquences du signal augmentent fortement, rendant les matériaux FR-4 traditionnels inadéquats pour les exigences strictes en matière de perte de signal. Les signaux haute fréquence sont très sensibles à la constante diélectrique (Dk) et au facteur de dissipation (Df) pendant la transmission, où même des déviations mineures peuvent provoquer une atténuation et une distorsion sévères du signal. Par conséquent, le choix du bon matériau de substrat pour les PCB AAU 5G est crucial.

Actuellement, les matériaux haute fréquence courants dans l'industrie comprennent :

• PTFE (Polytétrafluoroéthylène): Présente des valeurs de Dk et Df extrêmement faibles, ce qui en fait le choix préféré pour les applications mmWave, bien qu'il soit difficile à traiter et coûteux.
• Hydrocarbure: Offre des performances intermédiaires entre le PTFE et les résines époxy, avec de bonnes propriétés électriques et une bonne usinabilité, ce qui le rend idéal pour les bandes Sub-6GHz.
• Résine Époxy Haute Vitesse: Matériaux FR-4 modifiés avec des pertes plus faibles, adaptés aux applications sensibles aux coûts où les fréquences ne sont pas excessivement élevées. Dans la conception pratique, une structure de stratification hybride est généralement adoptée pour équilibrer les coûts et les performances. Par exemple, des matériaux PCB Rogers coûteux sont utilisés pour les couches critiques transportant des signaux RF, tandis que des matériaux FR-4 standard sont employés pour les couches d'alimentation et de signaux numériques. Cette conception impose des exigences extrêmement élevées en matière de précision de stratification et d'alignement aux fabricants de PCB. Avec des années d'expérience dans la fabrication de cartes haute fréquence, HILPCB a maîtrisé le processus de stratification hybride pour divers matériaux haute fréquence, garantissant que chaque PCB offre des performances électriques exceptionnelles.

Défis de l'Intégrité du Signal : Naviguer sur le "Chemin Invisible" des Ondes Millimétriques

Dans la bande de fréquences des ondes millimétriques, les pistes de PCB ne sont plus de simples "fils" mais se transforment en structures de guide d'ondes complexes. L'intégrité du signal (SI) devient la priorité absolue en matière de conception. Les concepteurs de PCB 5G AAU doivent contrôler méticuleusement chaque détail, à l'instar des ingénieurs de PCB haute vitesse dans les centres de données, afin d'éviter la distorsion du signal.

Les principaux défis incluent :

• Perte d'insertion: Les signaux à ondes millimétriques subissent une atténuation énergétique sévère dans les milieux de transmission. Les solutions de conception nécessitent des pistes plus larges, une feuille de cuivre plus lisse et des matériaux à très faible perte.
• Diaphonie: Le routage haute densité intensifie le couplage électromagnétique entre les lignes de signal adjacentes, augmentant les risques de diaphonie. Un contrôle précis de l'espacement des pistes, l'isolation du plan de masse et le routage des paires différentielles sont essentiels pour la suppression.
• Contrôle d'impédance: Tout point de désadaptation d'impédance (par exemple, vias, connecteurs, pastilles) provoque des réflexions de signal qui dégradent gravement la qualité. Cela exige un contrôle de processus exceptionnel de la part des fabricants de PCB pour assurer la cohérence de l'impédance des couches internes aux couches externes. En particulier pour les sections de PCB d'antenne 5G, la précision de l'impédance des réseaux d'alimentation a un impact direct sur l'efficacité de rayonnement et les diagrammes de l'ensemble d'antennes.

HILPCB relève ces défis en mettant en œuvre des processus avancés de désencrassement plasma et la technologie d'imagerie directe laser (LDI), permettant des motifs de circuit plus fins et un contrôle de tolérance plus strict pour offrir une excellence de fabrication pour l'intégrité du signal.

Défis de fabrication pour le MIMO massif et l'intégration haute densité

La technologie MIMO massif est au cœur de la capacité ultra-élevée de la 5G, nécessitant l'intégration de dizaines, voire de centaines de canaux RF et d'unités d'antenne dans une zone de PCB limitée. Ce niveau d'intégration extrême pose des défis importants pour la fabrication de PCB AAU 5G.

1. Nombre de couches ultra-élevé et technologie HDI: Pour s'adapter au routage complexe, les PCB AAU adoptent généralement des conceptions avec plus de 20 couches de PCB multicouches. Simultanément, pour établir des connexions entre les couches, une utilisation extensive de la technologie HDI (High-Density Interconnect) est requise, y compris les micro-vias borgnes, les vias enterrés et les processus POFV (Plated Over Filled Via).
2. Lignes et espacements fins: Le routage haute densité exige des largeurs de ligne et des espacements aussi petits que 75 micromètres (3 mil) ou même moins. Cela présente des défis extrêmes pour le contrôle de précision dans des processus comme la gravure et le placage.
3. Précision d'alignement inter-couches: Pendant le processus de laminage des cartes multicouches, même un léger désalignement inter-couches peut provoquer des déviations de perçage des micro-vias, entraînant des circuits ouverts ou des courts-circuits et rendant l'ensemble du PCB coûteux inutilisable.

Qu'il s'agisse du compact PCB 5G Micro Cell ou des cartes de station de base à grande échelle, l'intégration haute densité est une tendance courante. HILPCB assure une précision d'alignement et une fiabilité exceptionnelles dans la fabrication de cartes complexes à couches multiples en investissant dans des systèmes de laminage à alignement automatisé de pointe et des machines de perçage CCD de haute précision. Cette capacité de fabrication est également applicable à l'architecture émergente 5G ORAN PCB, qui exige un matériel modulaire et standardisé avec des exigences de cohérence encore plus élevées.

5G-Advanced

Intégration IA/ML
Précision accrue