5G AAU PCB: Решение проблем высокой скорости и высокой плотности печатных плат серверов центров обработки данных

technology10 октября 2025 г. 17 мин чтения

5G AAU PCB5G Micro Cell PCB5G ORAN PCB5G Macro Cell PCB5G Antenna PCB5G RIC PCB

Печатные платы 5G AAU: Решение проблем высокой скорости и высокой плотности печатных плат серверов центров обработки данных

На переднем крае технологии связи 5G печатная плата 5G AAU (Active Antenna Unit Printed Circuit Board) играет незаменимую ключевую роль. Она служит не только мостом, соединяющим цифровой мир с радиоволнами, но и критически важным оборудованием, определяющим производительность, пропускную способность и задержку сети. Интересно, что проблемы проектирования и производства, с которыми она сталкивается – включая беспрецедентную высокоскоростную обработку сигналов, экстремальную плотность компонентов и строгое управление температурным режимом – поразительно похожи на проблемы самых передовых печатных плат серверов центров обработки данных сегодня, а в некоторых аспектах даже более требовательны. Будучи лидером в области аппаратного обеспечения радиочастотной связи, Highleap PCB Factory (HILPCB) стремится преодолевать эти технические барьеры, предоставляя надежные и долговечные решения для печатных плат для глобальной инфраструктуры 5G. AAU (Active Antenna Unit) объединяет радиоблок (RU) традиционной базовой станции с антенной решеткой, обеспечивая точное формирование луча с помощью технологии Massive MIMO (Massive Multiple-Input Multiple-Output), тем самым значительно повышая эффективность сети и удобство для пользователей. Реализация всех этих сложных функций опирается на высокоинтегрированную, высокопроизводительную 5G AAU PCB. Эта печатная плата не только содержит чипы цифровой обработки основной полосы частот, но также интегрирует сотни усилителей мощности, малошумящих усилителей, фильтров и антенных элементов, что значительно превосходит сложность традиционного коммуникационного оборудования.

Что такое 5G AAU PCB и ее ключевая роль в сети?

Чтобы понять революционный характер сетей 5G, необходимо сначала осознать ключевую роль AAU. В отличие от архитектуры эпохи 4G, которая разделяла радиоблок (RRU) и пассивные антенны, 5G AAU объединяет их в единый блок. Такая интегрированная конструкция значительно сокращает путь сигнала до его достижения антенны, уменьшая потери сигнала и открывая путь для применения технологии Massive MIMO.

Внутренняя структура типичной 5G AAU PCB чрезвычайно сложна, обычно это многослойный гибридный стек из жестко-гибких или высокоплотных межсоединений (HDI) плат. Ее основные функции включают:

Цифровая обработка: Встроенные FPGA или ASIC обрабатывают цифровые сигналы от базового блока (BBU), выполняя сложные алгоритмы модуляции/демодуляции и формирования луча.
Радиочастотный приемопередатчик (РЧ-приемопередатчик): Объединяет сотни независимых РЧ-каналов, каждый из которых содержит усилители мощности (УМ), малошумящие усилители (МШУ), фазовращатели и переключатели, отвечающие за усиление, фильтрацию и фазовую регулировку сигнала.
Сеть питания антенны: Точно доставляет обработанные РЧ-сигналы к каждому элементу антенны через сложные микрополосковые или полосковые сети, формируя основу для точного управления лучом.

Будь то развертывание в плотнонаселенных городских районах в качестве печатных плат 5G для микросот или покрытие обширных территорий в качестве печатных плат 5G для макросот, суть заключается в высокопроизводительных AAU. Их производительность напрямую определяет начальное качество данных, передаваемых от беспроводной сети к опорной сети и, в конечном итоге, к обработке в центре обработки данных. Таким образом, надежность и производительность печатных плат AAU являются краеугольным камнем всего опыта использования услуг 5G.

Выбор высокочастотных материалов: Основа производительности печатных плат 5G AAU

По мере расширения спектра 5G в диапазоны Sub-6 ГГц и миллиметровые (ммВ) диапазоны, частоты сигнала резко возрастают, что делает традиционные материалы FR-4 неадекватными для строгих требований к потерям сигнала. Высокочастотные сигналы очень чувствительны к диэлектрической проницаемости (Dk) и коэффициенту рассеяния (Df) во время передачи, где даже незначительные отклонения могут вызвать серьезное затухание и искажение сигнала. Поэтому выбор правильного материала подложки для печатных плат 5G AAU имеет решающее значение.

В настоящее время основные высокочастотные материалы в отрасли включают:

ПТФЭ (Политетрафторэтилен): Обладает чрезвычайно низкими значениями Dk и Df, что делает его предпочтительным выбором для приложений миллиметрового диапазона (mmWave), хотя он сложен в обработке и дорог.
Углеводород: Предлагает производительность между ПТФЭ и эпоксидными смолами, с хорошими электрическими свойствами и обрабатываемостью, что делает его идеальным для диапазонов Sub-6ГГц.
Высокоскоростная эпоксидная смола: Модифицированные материалы FR-4 с более низкими потерями, подходящие для экономичных приложений, где частоты не являются чрезмерно высокими. На практике, для баланса стоимости и производительности обычно применяется гибридная структура ламинирования. Например, дорогие материалы для печатных плат Rogers используются для критических слоев, несущих ВЧ-сигналы, в то время как стандартные материалы FR-4 применяются для слоев питания и цифровых сигналов. Такая конструкция предъявляет чрезвычайно высокие требования к точности ламинирования и выравнивания со стороны производителей печатных плат. Обладая многолетним опытом в производстве высокочастотных плат, HILPCB освоила процесс гибридного ламинирования для различных высокочастотных материалов, гарантируя, что каждая печатная плата обеспечивает выдающиеся электрические характеристики.

Демонстрация возможностей производства ВЧ печатных плат HILPCB

Мы предоставляем комплексную производственную поддержку для связи 5G, от материалов до тестирования, гарантируя, что ваш дизайн достигнет оптимальной производительности.

Измерение Возможностей	Технические Параметры	Ценность для Клиента
Поддержка Высокочастотных Материалов	Rogers, Taconic, Isola, Arlon, Teflon	Обеспечивает минимальные потери сигнала и соответствует требованиям к частотам миллиметрового диапазона.
Точность Контроля Импеданса	±5% (обычно достижимо ±3%)	Максимизирует эффективность передачи сигнала, уменьшает отражение и искажение.
Процесс финишной обработки поверхности	ENIG, ENEPIG, иммерсионное серебро, иммерсионное олово	Оптимизация скин-эффекта для высокочастотных сигналов, обеспечивающая отличную паяемость.
Тестирование ВЧ характеристик	Тестирование вносимых потерь, тестирование импеданса TDR	Предварительная проверка производительности печатной платы перед отгрузкой для обеспечения соответствия проектным спецификациям.

Проблемы целостности сигнала: Навигация по "невидимому пути" миллиметровых волн

В миллиметровом диапазоне частот трассы печатных плат перестают быть просто "проводами" и превращаются в сложные волноводные структуры. Целостность сигнала (SI) становится главным приоритетом в проектировании. Разработчики 5G AAU PCB должны тщательно контролировать каждую деталь, подобно инженерам по высокоскоростным печатным платам в центрах обработки данных, чтобы избежать искажения сигнала.

Основные проблемы включают:

Вносимые потери: Миллиметровые сигналы подвергаются сильному затуханию энергии в передающих средах. Проектные решения требуют более широких дорожек, более гладкой медной фольги и материалов со сверхнизкими потерями.
Перекрестные помехи: Трассировка высокой плотности усиливает электромагнитную связь между соседними сигнальными линиями, увеличивая риски перекрестных помех. Точный контроль расстояния между дорожками, изоляция земляных плоскостей и трассировка дифференциальных пар критически важны для подавления.
Контроль импеданса: Любые точки рассогласования импеданса (например, переходные отверстия, разъемы, контактные площадки) вызывают отражения сигнала, которые серьезно ухудшают качество. Это требует исключительного контроля процесса от производителей печатных плат для обеспечения согласованности импеданса от внутренних до внешних слоев. В частности, для секций печатных плат антенн 5G точность импеданса питающих сетей напрямую влияет на эффективность излучения и диаграммы направленности антенной решетки.

HILPCB решает эти проблемы путем внедрения передовых процессов плазменной очистки (desmear) и технологии лазерного прямого формирования изображения (LDI), что позволяет создавать более тонкие рисунки цепей и более жесткий контроль допусков для обеспечения превосходного качества производства в части целостности сигнала.

Производственные проблемы массового MIMO и высокоплотной интеграции

Технология Massive MIMO является основой сверхвысокой пропускной способности 5G, требуя интеграции десятков или даже сотен радиочастотных каналов и антенных блоков в ограниченной области печатной платы. Этот экстремальный уровень интеграции создает значительные проблемы для производства печатных плат 5G AAU.

Сверхвысокое количество слоев и технология HDI: Для обеспечения сложной трассировки печатные платы AAU обычно используют конструкции с более чем 20 слоями многослойных печатных плат. Одновременно для установления соединений между слоями требуется широкое использование технологии HDI (High-Density Interconnect), включая микро-слепые переходные отверстия, скрытые переходные отверстия и процессы POFV (Plated Over Filled Via).
Тонкие линии и зазоры: Трассировка высокой плотности требует ширины линий и зазоров всего 75 микрометров (3 мил) или даже меньше. Это создает чрезвычайные проблемы для контроля точности в таких процессах, как травление и гальванизация.
Точность межслойного выравнивания: В процессе ламинирования многослойных плат даже незначительное межслойное смещение может вызвать отклонения при сверлении микро-переходных отверстий, что приводит к обрывам или коротким замыканиям и делает всю дорогую печатную плату непригодной для использования.

Будь то компактная печатная плата 5G Micro Cell или крупномасштабные платы базовых станций, интеграция высокой плотности является общей тенденцией. HILPCB обеспечивает исключительную точность выравнивания и надежность при производстве сложных многослойных плат, инвестируя в современные автоматизированные системы ламинирования с выравниванием и высокоточные сверлильные станки с ПЗС-камерами. Эта производственная возможность в равной степени применима к развивающейся архитектуре 5G ORAN PCB, которая требует модульного и стандартизированного оборудования с еще более высокими требованиями к согласованности.

Хронология развития технологий связи

4G LTE

~100 Мбит/с
~50мс задержка

5G NR

1-10 Гбит/с
<10мс задержка

5G-Advanced

Интеграция ИИ/МО
Повышенная точность

6G (Видение)

~1 Тбит/с
~1 мкс задержка (ТГц)

Строгое управление температурным режимом: «Система охлаждения», обеспечивающая стабильную работу AAU

Усилители мощности (УМ) выделяют значительное количество тепла во время работы, и при одновременной работе сотен УМ внутри AAU общее энергопотребление может достигать нескольких киловатт. Если это тепло не рассеивается своевременно, это может привести к повышению температуры чипов, снижению производительности или даже необратимому повреждению. Поэтому проектирование системы терморегулирования для печатных плат 5G AAU так же важно, как и решения по охлаждению для серверов центров обработки данных.

Эффективные решения по терморегулированию на уровне печатных плат включают:

Процесс с использованием толстой меди/тяжелой меди: Использование медной фольги толщиной 4 унции или более в слоях питания и заземления не только поддерживает высокий ток, но и служит отличным путем рассеивания тепла.
Массивы тепловых переходных отверстий: Плотное расположение тепловых переходных отверстий под тепловыделяющими компонентами для быстрой передачи тепла к радиаторам или металлическим корпусам на обратной стороне печатной платы.
Встроенные металлические "монеты" (Coin): Прямое встраивание блоков меди или алюминия с высокой теплопроводностью в печатную плату, в непосредственном контакте с тепловыделяющими чипами, для обеспечения наиболее эффективного вертикального канала охлаждения.
Субстраты с высокой теплопроводностью: В специфических применениях используются керамические субстраты или печатные платы с металлическим сердечником (MCPCB) для решения экстремальных требований к охлаждению. HILPCB обладает обширным опытом в производстве толстомедных плат и субстратов на металлической основе, предоставляя клиентам комплексные решения по управлению тепловым режимом от проектирования до производства, обеспечивая стабильную работу AAU в различных суровых условиях.

Целостность питания (PI): Обеспечение чистого питания для сотен каналов

Обеспечение стабильного и чистого питания для сотен чувствительных ВЧ и цифровых компонентов на AAU является еще одной серьезной задачей. Любой незначительный шум или колебание напряжения в сети распределения питания (PDN) может быть усилен ВЧ-каналом, что серьезно ухудшает качество связи.

Целью проектирования целостности питания (PI) является создание сети распределения питания с низким импедансом. Ключевые технологии включают:

Многослойные плоскости питания: Использование полных плоскостей питания и заземления для снижения импеданса и обеспечения отличного электромагнитного экранирования.
Оптимизация развязывающих конденсаторов: Тщательное размещение развязывающих конденсаторов различных номиналов вблизи выводов питания микросхем для фильтрации шумов в диапазоне от низких до высоких частот.
Низкоиндуктивная конструкция: Оптимизация конструкции переходных отверстий и трасс для минимизации паразитной индуктивности в PDN, обеспечивающая способность к переходной токовой реакции.

В открытых архитектурах, таких как 5G ORAN PCB, где могут быть интегрированы модули от разных поставщиков, требования к надежности и совместимости системы питания еще выше. Хорошо спроектированный PDN является необходимым условием для обеспечения совместимости и стабильности системы. Это также влияет на качество принятия решений ядром сетевого интеллекта 5G RIC PCB (Radio Intelligent Controller), поскольку оно полагается на точные, свободные от помех данные от AAU.

Получить предложение по печатным платам

Преимущества услуг по высокочастотной сборке HILPCB

Мы предлагаем комплексные услуги от производства печатных плат до сборки PCBA, обладая особым опытом в работе со сложными ВЧ-модулями 5G.

Пункт обслуживания	Технические возможности	Ценность для модулей 5G
Высокоточная SMT-сборка	Поддерживает компоненты 01005, BGA с шагом 0,35 мм	Отвечает требованиям миниатюризации и высокой плотности компоновки 5G-чипов и пассивных компонентов.
Установка радиочастотного экрана	Автоматизированная/полуавтоматизированная установка обеспечивает надежную пайку	Эффективно изолирует электромагнитные помехи, обеспечивая чистоту радиочастотных сигнальных трактов.
Рентгеновский контроль

Проверка нижних паяных соединений для BGA, QFN и т.д. Гарантирует отсутствие дефектов, таких как холодная пайка или короткие замыкания, в компонентах с высокой плотностью упаковки. Функциональное и ВЧ-тестирование Индивидуальное функциональное тестирование на основе требований клиента Поставляет полностью функциональные модули PCBA с соответствующей производительностью.

От производства до сборки: комплексное 5G-решение HILPCB

Высокопроизводительная 5G AAU PCB — это только полдела; высококачественная сборка не менее важна. ВЧ-компоненты чрезвычайно чувствительны к температуре пайки, точности размещения и условиям эксплуатации. HILPCB это хорошо понимает, поэтому мы предлагаем комплексное решение под ключ от производства печатных плат до сборки PCBA, обеспечивая контроль качества на протяжении всего жизненного цикла продукта.

Наши услуги по сборке оптимизированы для ВЧ-модулей 5G:

Высокоточное размещение: Наши производственные линии SMT оснащены первоклассными машинами для установки компонентов, способными с легкостью обрабатывать пассивные компоненты размером 01005 и чипы BGA с шагом 0,35 мм, отвечая требованиям высокоплотной сборки AAU.
Установка ВЧ-экранов: Мы используем специализированные процессы для установки ВЧ-экранов, обеспечивая прочную пайку и отличное заземление для оптимального электромагнитного экранирования чувствительных ВЧ-цепей.
Строгий контроль процесса: Мы точно контролируем температурный профиль пайки оплавлением и используем технологию вакуумной пайки оплавлением для минимизации пустот в паяных соединениях BGA, обеспечивая долгосрочную надежность.
Комплексная инспекция: С помощью автоматизированной оптической инспекции (AOI) и рентгеновской инспекции мы выявляем и исправляем потенциальные дефекты пайки, гарантируя, что каждая отгруженная печатная плата соответствует высочайшим стандартам качества.

Выбор комплексного обслуживания HILPCB означает, что вы можете сосредоточиться на основном ВЧ-проектировании и разработке алгоритмов, доверив сложные задачи производства и сборки нашей профессиональной команде.

Эволюция в будущее: От 5G Advanced к 6G

Коммуникационные технологии никогда не стоят на месте. С появлением 5G-Advanced и 6G требования к технологии печатных плат (PCB) станут еще более строгими. Функциональные возможности AI/ML будут глубже интегрированы в сети, что предъявляет новые требования к вычислительной мощности и возможностям подключения 5G RIC PCB. Будущие коммуникации будут двигаться в сторону терагерцового (ТГц) частотного диапазона, где материалы, дизайн и производственные процессы печатных плат столкнутся с очередной прорывной трансформацией.

HILPCB всегда находится на переднем крае технологий. Мы активно инвестируем в НИОКР, исследуя новые материалы подложек, гибридные оптоэлектронные технологии печатных плат и более совершенные производственные процессы. Мы тесно сотрудничаем с нашими клиентами, чтобы решать постоянно меняющиеся задачи, от 5G Antenna PCB до будущих терагерцовых антенных решеток. Будь то поддержка крупномасштабных антенных решеток для 5G Macro Cell PCB или интеграция большего количества функций в AAU следующего поколения, HILPCB стремится быть вашим самым надежным партнером.

Сравнение параметров производительности 5G AAU PCB

Исключительная 5G AAU PCB требует балансировки и оптимизации нескольких критически важных параметров производительности.

Измерение производительности	Основные проблемы	Решения HILPCB
Скорость передачи данных (Высокая скорость)	Потеря сигнала, Несоответствие импеданса	Материалы с низкими потерями, контроль импеданса ±5%
Плотность соединений (Высокая плотность)	Тонкие линии, HDI, межслойное выравнивание	LDI-экспонирование, лазерное сверление, CCD-выравнивание
Энергоэффективность (Тепловое управление)	Рассеивание тепла для мощных устройств

Процесс толстой меди, тепловые переходные отверстия, встроенные медные блоки Надежность (Электропитание) Шум питания, Падение напряжения Низкоимпедансная конструкция PDN, оптимизированная развязка

Получить предложение по печатной плате

Заключение

В заключение, печатная плата 5G AAU представляет собой вершину современной коммуникационной технологии, с проектными и производственными сложностями, которые соперничают или даже превосходят высокопроизводительное оборудование центров обработки данных. От освоения высокочастотных материалов для миллиметровых волн до достижения высокой плотности интеграции для массивного MIMO и решения проблем теплового управления и целостности питания при потреблении мощности на уровне киловатт — каждый аспект представляет собой значительные трудности. Успешная разработка высокопроизводительной, высоконадежной 5G AAU печатной платы требует бесшовного сотрудничества между инженерами-разработчиками и производителями печатных плат. Обладая глубоким опытом в производстве ВЧ печатных плат и высокочастотной сборке, в сочетании с острым пониманием будущих технологических тенденций, HILPCB стремится предоставить всестороннюю поддержку — от прототипирования до массового производства — для глобальных поставщиков оборудования 5G. Выбор HILPCB означает выбор профессионального партнера, способного воплотить ваши самые сложные дизайнерские концепции 5G в реальность.