5G DU PCB

PCB y la Unidad Distribuida (DU) 5G: qué cubre este manual (y para quién es)

Este manual está diseñado para ingenieros de hardware, gerentes de programas técnicos y líderes de adquisiciones encargados de la búsqueda de PCB DU 5G (Placas de Circuito Impreso de Unidad Distribuida) de alto rendimiento. La arquitectura 5G divide la unidad de banda base tradicional en la Unidad Centralizada (CU) y la Unidad Distribuida (DU). La DU maneja el procesamiento en tiempo real de la Capa 1 y la Capa 2, lo que exige un rendimiento de grado de servidor, un control de impedancia preciso y una gestión térmica excepcional.

En esta guía, vamos más allá de las definiciones básicas para centrarnos en la ejecución de una construcción exitosa. Encontrará requisitos técnicos específicos para incluir en sus planos de fabricación, un desglose de los riesgos de fabricación ocultos que causan fallas en el campo y un plan de validación riguroso. También proporcionamos una lista de verificación lista para el comprador para auditar a los proveedores potenciales, asegurando que tengan la capacidad de manejar diseños digitales de alta velocidad y con un gran número de capas.

En APTPCB (Fábrica de PCB APTPCB), entendemos que la transición del prototipo a la producción en masa para la infraestructura 5G requiere más que solo capacidades de fabricación estándar; requiere una asociación basada en la transparencia y el soporte de ingeniería. Esta guía tiene como objetivo equiparlo con el conocimiento para evaluar las cotizaciones con precisión y mitigar los riesgos antes de que afecten su cronograma de implementación.

CUDU 5G es el enfoque correcto (y cuándo no lo es)

Comprender dónde encaja la Unidad Distribuida (DU) en la Red de Acceso por Radio (RAN) es fundamental para definir las especificaciones correctas de la PCB. La PCB de la DU 5G es la sala de máquinas del emplazamiento celular, situada entre la PCB de la AAU 5G (Unidad de Antena Activa) y la Unidad Centralizada (CU).

Este enfoque es adecuado cuando:

El procesamiento en tiempo real es crítico: Su sistema requiere un procesamiento de señales de banda base de latencia ultrabaja. La DU maneja funciones críticas en el tiempo como la Transformada Rápida de Fourier (FFT) y los cálculos de peso de conformación de haces (beamforming).
Se utilizan interfaces de alta velocidad: Está utilizando protocolos eCPRI (enhanced Common Public Radio Interface) que exigen velocidades de datos de 25 Gbps o superiores. Esto requiere materiales avanzados y perforación trasera (backdrilling) para minimizar la reflexión de la señal.
La densidad térmica es alta: La placa debe soportar FPGAs o ASICs de alto rendimiento que generan un calor significativo, lo que requiere soluciones de enfriamiento avanzadas como la incrustación de monedas (coin embedding) o cobre pesado.
Se requiere escalabilidad: Está implementando una arquitectura vRAN (RAN virtualizada) u O-RAN (Open RAN) donde el hardware de la DU debe estar estandarizado pero ser lo suficientemente flexible para manejar actualizaciones de software.

Este enfoque podría no ser adecuado cuando:

Arquitectura heredada: Si está manteniendo una red 4G LTE tradicional donde las funciones de la PCB de la BBU 5G se combinan en una única carcasa, una placa DU especializada podría estar sobredimensionada.
Celdas Pequeñas de Baja Potencia: Para femtoceldas o picoceldas interiores, la potencia de procesamiento de una DU macro completa es innecesaria. Una placa altamente integrada basada en SoC suele ser más rentable.
Aplicaciones de RF Puras: Si su necesidad principal es estrictamente el acondicionamiento de señales de RF (por ejemplo, una PCB Atenuadora 5G o una PCB Balun 5G independiente), una placa digital compleja de múltiples capas no es el factor de forma correcto.

Requisitos que debe definir antes de solicitar un presupuesto

Para obtener un presupuesto preciso y una placa fabricable, debe definir parámetros específicos. Solicitudes vagas como "material de alta velocidad" provocan retrasos y variaciones de costos.

Material Base y Valores de Dk/Df: Especifique la serie de laminado exacta o su equivalente. Para DU 5G, materiales como Panasonic Megtron 6/7 o Isola Tachyon son estándar. Defina la Constante Dieléctrica (Dk) y el Factor de Disipación (Df) a 10GHz (por ejemplo, Df < 0.004).
Apilamiento de Capas e Impedancia: Defina claramente el número de capas (a menudo 12-24 capas para DU). Enumere los requisitos de impedancia para pares de un solo extremo (50Ω) y diferenciales (85Ω o 100Ω) con una tolerancia de ±5% o ±7%.
Peso del Cobre y Chapado: Especifique los pesos de cobre de las capas internas y externas (por ejemplo, 1oz interna, 0.5oz + chapado externo). Defina el espesor del chapado para las vías, típicamente requisitos de Clase 3 (promedio de 25µm) para asegurar la fiabilidad bajo ciclos térmicos.
Especificaciones de perforación posterior (Backdrilling): Identifique los talones de vía de alta velocidad que deben eliminarse. Especifique la tolerancia de profundidad de la perforación posterior (generalmente ±0.15mm) y la distancia "que no debe cortarse" a la capa objetivo para preservar la integridad de la señal.
Acabado superficial: El Níquel Químico de Inmersión en Oro (ENIG) o la Plata de Inmersión son preferibles para la planitud en BGAs de paso fino. Evite el HASL para aplicaciones de alta frecuencia debido a las superficies irregulares.
Tipos de vías y relación de aspecto: Defina las vías ciegas, enterradas y pasantes. Asegúrese de que la relación de aspecto (grosor de la placa frente al diámetro de la perforación) se mantenga dentro de los límites de fabricación (por ejemplo, 10:1 para estándar, mayor para avanzado).
Gestión térmica: Si la DU procesa cargas elevadas, especifique los requisitos para vías térmicas, monedas de cobre o accesorios de núcleo metálico. Defina la conductividad térmica requerida para el dieléctrico si la disipación de calor es una preocupación principal.
Tolerancias dimensionales: Las PCBs de DU 5G a menudo encajan en chasis compactos. Defina estrictamente las tolerancias de contorno (±0.10mm) y las ubicaciones de los orificios de montaje.
Limpieza y contaminación iónica: Especifique la contaminación iónica máxima permitida (por ejemplo, < 1.56 µg/cm² equivalente de NaCl) para prevenir la migración electroquímica, que es un riesgo en gabinetes de telecomunicaciones exteriores.
Máscara de soldadura y leyenda: Utilice máscara de soldadura LDI (Laser Direct Imaging) de alta resolución para componentes de paso fino (BGAs de paso de 0.4mm). Asegúrese de que el tamaño del dique entre las almohadillas sea suficiente para evitar puentes de soldadura.
Clase IPC: Indique explícitamente la Clase 2 o Clase 3 de IPC-6012. Para la infraestructura de telecomunicaciones, la Clase 3 a menudo se recomienda para mayor durabilidad y servicio ininterrumpido.
Formatos de Datos: Requerir ODB++ o IPC-2581 para la transferencia de datos. Estos formatos contienen datos inteligentes sobre el apilamiento y las netlists, reduciendo los errores de interpretación en comparación con los Gerbers estándar.

Los riesgos ocultos que impiden la escalabilidad

Pasar de un prototipo a la producción en volumen introduce riesgos que no siempre son evidentes en la fase de diseño. Identificarlos a tiempo previene costosas retiradas del mercado.

Crecimiento de CAF (Filamento Anódico Conductivo):
- Por qué: Los altos gradientes de voltaje entre vías muy espaciadas en ambientes húmedos provocan el crecimiento de filamentos de cobre a lo largo de las fibras de vidrio, creando cortocircuitos.
- Detección: Pruebas de Temperatura-Humedad-Polarización (THB).
- Prevención: Utilice materiales resistentes a CAF (vidrio extendido) y asegure un espaciado suficiente de pared a pared.
Discontinuidad de Impedancia en Transiciones de Capa:
- Por qué: Un diseño de vía inadecuado o la falta de vías de conexión a tierra cuando las señales cambian de capa provoca reflexiones.
- Detección: Pruebas TDR (Reflectometría en el Dominio del Tiempo) en cupones y placas reales.
- Prevención: Simulación rigurosa de las transiciones de vía y especificación de la perforación posterior (backdrilling).
Craterización de Pads:
- Por qué: Los materiales laminados quebradizos se fracturan debajo de los pads BGA durante el estrés mecánico o el choque térmico.
Detección: Pruebas de tinte y palanca o análisis de sección transversal después de pruebas de caída.
Prevención: Utilice laminados reforzados con resina y evite colocar vías directamente en las almohadillas BGA a menos que estén rellenas y tapadas.
Vacíos de Chapado en Vías de Alta Relación de Aspecto:
- Por qué: La solución de chapado no circula eficazmente en orificios profundos y estrechos, lo que provoca circuitos abiertos.
- Detección: Análisis de microsección y pruebas de continuidad eléctrica.
- Prevención: Adhiérase a las pautas de relación de aspecto y utilice tecnología de chapado por pulsos.
Deformación Durante el Reflujo:
- Por qué: La distribución asimétrica del cobre o las configuraciones de apilamiento desequilibradas hacen que la placa se doble durante el ensamblaje, lo que provoca uniones BGA abiertas.
- Detección: Medición de Moiré de sombra durante el perfilado térmico.
- Prevención: Equilibre la cobertura de cobre en capas opuestas y utilice materiales de alta Tg (Temperatura de Transición Vítrea).
Sesgo de Señal en Pares Diferenciales:
- Por qué: El efecto de tejido de fibra (haces de vidrio frente a huecos de resina) hace que una pata de un par diferencial viaje más rápido que la otra.
- Detección: Análisis de diagrama de ojo y pruebas de pérdida de inserción.
- Prevención: Utilice enrutamiento en "zig-zag" (rotación de 10 grados) o tejidos de vidrio extendidos.
Falta de Resina:
- Por qué: El alto peso de cobre en las capas internas requiere más resina para llenar los huecos; un preimpregnado insuficiente provoca vacíos (delaminación).
- Detección: Escaneo ultrasónico (C-SAM) o seccionamiento transversal.
Prevención: Calcule cuidadosamente el contenido de resina y elija preimpregnados de alto flujo para capas de cobre pesadas.
Errores de Registro de Máscara de Soldadura:
- Por qué: El movimiento del material durante la laminación causa desalineación, exponiendo el cobre que debería estar cubierto o cubriendo las almohadillas.
- Detección: Inspección visual y AOI (Inspección Óptica Automatizada).
- Prevención: Utilice LDI (Imágenes Directas por Láser) y factores de escala basados en datos de movimiento del material.
Absorción de Humedad:
- Por qué: Algunos materiales de alta velocidad absorben humedad, alterando Dk/Df y causando delaminación durante el reflujo ("popcorning").
- Detección: Medición del aumento de peso después de la exposición a la humedad.
- Prevención: Hornee las placas antes del ensamblaje y almacénelas en bolsas selladas al vacío con desecante.
Desajuste en la Cadena de Suministro de Componentes:
- Por qué: Diseñar para una huella o conector específico de 5G ADC PCB que se vuelve obsoleto o tiene largos plazos de entrega.
- Detección: Depuración de la BOM (Lista de Materiales) y análisis del ciclo de vida.
- Prevención: Valide la disponibilidad de los componentes antes de finalizar el diseño de la PCB.

Plan de validación (qué probar, cuándo y qué significa "aprobado")

Plan de validación (qué probar, cuándo y qué significa

Un plan de validación robusto asegura que la PCB 5G DU cumpla con los estándares de rendimiento y confiabilidad antes de su implementación.

Verificación de Impedancia (TDR):
- Objetivo: Confirmar que la impedancia de la traza coincide con el diseño (50Ω/85Ω/100Ω).
Método: Reflectometría en el Dominio del Tiempo en cupones de prueba y redes seleccionadas en circuito.
- Criterios: Dentro de ±5% o ±10% del valor objetivo.
Integridad de la Señal (Pérdida por Inserción):
- Objetivo: Verificar que la pérdida de señal por pulgada esté dentro de las especificaciones del material.
- Método: Medición con VNA (Analizador de Redes Vectorial) hasta 25GHz+.
- Criterios: Pérdida < X dB/pulgada a la frecuencia de Nyquist (específico del diseño).
Estrés Térmico (Flotación en Soldadura):
- Objetivo: Probar la resistencia a la delaminación durante la soldadura.
- Método: Flotar la muestra en un baño de soldadura a 288°C durante 10 segundos (IPC-TM-650).
- Criterios: Sin ampollas, delaminación o almohadillas levantadas.
Prueba de Estrés de Interconexión (IST):
- Objetivo: Evaluar la fiabilidad de las vías bajo ciclos térmicos.
- Método: Ciclar cupones entre temperatura ambiente y 150°C durante más de 500 ciclos.
- Criterios: Cambio de resistencia < 10%.
Prueba de Contaminación Iónica:
- Objetivo: Asegurar la limpieza de la placa.
- Método: Prueba ROSE (Resistividad del Extracto de Solvente).
- Criterios: < 1.56 µg/cm² equivalente de NaCl.
Análisis de Sección Transversal (Microsección):
- Objetivo: Verificar el espesor del chapado, la alineación de las capas y el espesor dieléctrico.
- Método: Cortar, pulir y observar bajo microscopio.
- Criterios: Cumple con las especificaciones IPC-6012 Clase 3 (ej., chapado envolvente mínimo de 20µm).
Prueba de Soldabilidad:
- Objetivo: Asegurar que las almohadillas acepten la soldadura correctamente.
Método: Prueba de inmersión y observación o prueba de equilibrio de humectación.
- Criterios: > 95% de cobertura de la superficie.
Prueba de Resistencia al Pelado:
- Objetivo: Verificar la adhesión del cobre al laminado.
- Método: Tirar de la tira de cobre a 90 grados.
- Criterios: > 0.8 N/mm (o según la especificación del material).
Tensión Dieléctrica Soportada (Hi-Pot):
- Objetivo: Comprobar la ruptura del aislamiento entre redes.
- Método: Aplicar alto voltaje (p. ej., 1000VDC) entre redes aisladas.
- Criterios: Corriente de fuga no superior al límite especificado (p. ej., 1mA).
Verificación Dimensional:
- Objetivo: Confirmar el tamaño físico y la ubicación de los orificios.
- Método: CMM (Máquina de Medición por Coordenadas).
- Criterios: Todas las dimensiones dentro de la tolerancia (típicamente ±0.1mm).

Lista de verificación del proveedor (RFQ + preguntas de auditoría)

Utilice esta lista de verificación para evaluar a los proveedores. Un "sí" no es suficiente; solicite datos o ejemplos.

Entradas de RFQ (Lo que usted proporciona)

Archivos Gerber completos (RS-274X) u ODB++.
Plano de fabricación con apilamiento, tabla de perforación y notas.
Netlist (IPC-356) para comparación de pruebas eléctricas.
Especificaciones de materiales (marca, serie, Tg, Dk, Df).
Requisitos de impedancia y capas dieléctricas controladas.
Requisitos de acabado superficial y espesor de chapado.
Requisitos de panelización (dibujo de matriz).
Proyecciones de volumen (EAU) y tamaños de lote.
Requisitos especiales (perforación posterior, vía en pad, chapado de bordes).
Estándar de calidad (IPC Clase 2 o 3).

Prueba de Capacidad (Lo que deben demostrar)

Experiencia con materiales de alta velocidad (Megtron, Rogers).
Capacidad para taladrado posterior (backdrilling) con control de profundidad < ±0.15mm.
Capacidad máxima de número de capas (debe superar su diseño).
Capacidad de relación de aspecto para el chapado (p. ej., 12:1 o superior).
Capacidad LDI (Imágenes Láser Directas) para líneas/espacios finos.
Inspección óptica automatizada (AOI) para capas internas.
Precisión del control de impedancia (datos Cpk probados).
Manejo de apilamientos de materiales mixtos (construcciones híbridas).

Sistema de Calidad y Trazabilidad

Certificación ISO 9001 y preferiblemente TL 9000 (telecomunicaciones).
Certificación UL para la combinación específica de apilamiento/material.
Sistema de trazabilidad de materiales (seguimiento por código de lote).
Laboratorio interno para microsecciones y pruebas de fiabilidad.
Registros de calibración para equipos TDR y VNA.
Proceso para el manejo de material no conforme (MRB).
Formato de informe de Inspección del Primer Artículo (FAI).
Implementación de SPC (Control Estadístico de Procesos) en procesos clave.

Control de Cambios y Entrega

Política de PCN (Notificación de Cambio de Proceso) – ¿notifican antes de cambiar materiales?
Proceso de revisión DFM (Diseño para Fabricación) y ciclo de retroalimentación.
Planificación de capacidad – ¿pueden manejar su aumento de producción?
Estándares de embalaje (sellado al vacío, tarjetas indicadoras de humedad).
Plan de recuperación ante desastres (capacidad multisitio).
Historial de consistencia del tiempo de entrega.

Guía de decisiones (compromisos que realmente puedes elegir)

Cada decisión de ingeniería implica un compromiso. Aquí te explicamos cómo manejar los más comunes para las PCB de DU 5G.

Costo del material vs. Integridad de la señal:
- Compromiso: Los materiales de ultra baja pérdida (p. ej., Megtron 7) son caros.
- Orientación: Si las longitudes de tus trazas son cortas (< 5 pulgadas) y las velocidades son moderadas (< 10Gbps), el FR4 estándar de alta Tg o un material de pérdida media podría ser suficiente. Para tiradas largas y 25Gbps+, prioriza el material avanzado para evitar la degradación de la señal.
Taladrado posterior (Backdrilling) vs. Vías ciegas/enterradas:
- Compromiso: El taladrado posterior es más barato que la laminación secuencial (HDI) pero deja un pequeño talón.
- Orientación: Si puedes tolerar un pequeño talón (0.2mm), elige el taladrado posterior para ahorrar costos. Si la densidad es extrema y los talones deben ser cero, elige HDI con vías ciegas/enterradas.
Acabado superficial: ENIG vs. Plata de inmersión:
- Compromiso: El ENIG es robusto pero puede presentar problemas de "black pad"; la Plata de inmersión es excelente para RF pero se empaña fácilmente.
- Orientación: Para placas DU digitales generales, el ENIG es más seguro para la vida útil. Para placas con secciones analógicas de RF significativas o integración de PCB de Balun 5G, la Plata de inmersión ofrece un mejor rendimiento del efecto piel.
Rugosidad del cobre: Estándar vs. HVLP (Perfil Hiper Muy Bajo):
Compromiso: El cobre más liso reduce la pérdida del conductor pero tiene menor resistencia al pelado (adhesión).
Guía: Priorice el cobre HVLP para capas de alta frecuencia (> 10GHz). Use un perfil estándar para planos de potencia/tierra para asegurar la fiabilidad mecánica.
Apilamiento: Simétrico vs. Asimétrico:
- Compromiso: Los apilamientos asimétricos pueden resolver necesidades específicas de impedancia pero se deforman fácilmente.
- Guía: Siempre priorice la simetría para evitar la deformación durante el reflujo. Resuelva los problemas de impedancia ajustando el ancho de la traza o el grosor dieléctrico en su lugar.
Vía en la Almohadilla vs. Salida en Hueso de Perro:
- Compromiso: La vía en la almohadilla ahorra espacio pero requiere tapado (POFV), lo que añade coste.
- Guía: Si se utilizan BGAs con paso de 0.5mm o más ajustado, la Vía en la Almohadilla es obligatoria. Para paso de 0.8mm, la salida en hueso de perro es más barata y fiable.

Preguntas Frecuentes

P: ¿Cuál es la diferencia entre una PCB DU 5G y una PCB CU 5G? R: La DU (Unidad Distribuida) maneja el procesamiento en tiempo real y sensible a la latencia, y se encuentra más cerca de la antena. La CU (Unidad Centralizada) maneja protocolos de capa superior no en tiempo real y puede ubicarse más lejos en un centro de datos.

P: ¿Puedo usar FR4 estándar para PCBs DU 5G? R: Generalmente, no. El FR4 estándar tiene demasiada pérdida de señal para las interfaces de alta velocidad (eCPRI) utilizadas en 5G. Necesita materiales "High-Tg, Low-Loss" o "Ultra-Low-Loss".

P: ¿Por qué el taladrado posterior es crítico para las placas DU 5G? A: El backdrilling (perforación posterior) elimina la porción no utilizada de un orificio pasante chapado (stub de vía). A frecuencias 5G, estos stubs actúan como antenas, causando reflexiones de señal y resonancia que corrompen los datos.

P: ¿Cómo gestiono el calor en una PCB de DU de alta densidad? R: Utilice planos de cobre pesados (2oz+), matrices de vías térmicas debajo de los componentes calientes y, potencialmente, monedas de cobre incrustadas. Elegir un laminado con alta conductividad térmica también ayuda.

P: ¿Cuál es el número típico de capas para una PCB de DU? R: La mayoría de las placas DU 5G tienen entre 12 y 24 capas. Esto permite el enrutamiento complejo de pares diferenciales de alta velocidad y múltiples dominios de potencia.

P: ¿Cómo afecta el "efecto de tejido de fibra" a las PCB 5G? R: El tejido de vidrio en el material de la PCB puede causar desviaciones de tiempo (timing skews) si una traza de un par diferencial pasa sobre vidrio y la otra sobre resina. El uso de "vidrio extendido" (spread glass) o la rotación del diseño ayuda a mitigar esto.

P: ¿Necesito probar cada placa individualmente para la impedancia? R: Normalmente no. La impedancia se verifica típicamente en cupones de prueba añadidos al panel de producción. Sin embargo, para tiradas críticas, puede solicitar pruebas TDR en un porcentaje de placas reales.

P: ¿Cuál es el riesgo de usar apilamientos "híbridos" (mezclando materiales)? R: El riesgo principal es la deformación y la delaminación debido a los diferentes coeficientes de expansión térmica (CTE). Los proveedores deben tener experiencia con la combinación de materiales específica para gestionar el ciclo de laminación.

Páginas y herramientas relacionadas

Fabricación de PCB de Alta Velocidad – Comprenda las técnicas de fabricación específicas requeridas para la integridad de la señal en placas DU.
Materiales de PCB Megtron – Explore las propiedades de Panasonic Megtron, el estándar de la industria para la infraestructura 5G.
Diseño de Apilamiento de PCB – Aprenda a equilibrar el número de capas y la selección de materiales para un control óptimo de la impedancia.
PCB para Servidores y Centros de Datos – Dado que las DU son esencialmente servidores especializados, estos estándares y capacidades se aplican directamente.
Capacidades de PCB HDI – Revise las tecnologías de microvías e interconexión de alta densidad necesarias para los fanouts BGA complejos.

Solicitar una cotización

¿Listo para validar su diseño? En APTPCB, ofrecemos una revisión DFM exhaustiva junto con su cotización para detectar problemas de apilamiento e impedancia antes de que se conviertan en defectos de fabricación.

Para obtener una cotización precisa y DFM, por favor proporcione:

Archivos Gerber: Formato RS-274X o ODB++.
Dibujo de Fabricación: Incluyendo apilamiento, tabla de perforación y especificaciones de materiales.
Cantidad: Volúmenes de prototipo y producción estimada.
Requisitos Especiales: Anote cualquier perforación posterior (backdrilling), control de impedancia o requisitos específicos de clase IPC.

Haga clic aquí para enviar sus archivos para una revisión y cotización seguras.

Conclusión

La adquisición de una PCB de DU 5G es un acto de equilibrio entre el rendimiento eléctrico de alta velocidad, la gestión térmica y la fabricabilidad. Al definir requisitos claros para los materiales y las configuraciones de apilamiento, comprender los riesgos ocultos de la integridad de la señal y la fiabilidad, y validar rigurosamente las capacidades de su proveedor, puede garantizar una implementación sin problemas. Esta guía sirve como su hoja de ruta para navegar estas complejidades, asegurando que su infraestructura cumpla con los exigentes estándares de las redes 5G modernas.