Leiterplattenfertigung für 5G

Branchenexperten zufolge werden bis 2024 40 % der Weltbevölkerung 5G-Netze nutzen. Diese erhöhte Nachfrage wird zahlreiche Änderungen für Verbraucher, Einzelhändler und Komponentendesigner, einschließlich der Hersteller von Leiterplatten (PCB), mit sich bringen. Erfahren Sie mehr über 5G und seine Auswirkungen auf PCB-Materialien und -Produktion.

Was ist 5G?

5G ist die fünfte Generation der mobilen Breitbandtechnologie und ist in Low-Band-, Mid-Band- und High-Band-Varianten verfügbar. Diese aufstrebende Technologie verwendet Mobilfunkstandorte, die in separate Einheiten unterteilt sind, die verschlüsselte Daten über Funkwellen über kabelgebundene und drahtlose Verbindungen senden.

Im Vergleich zu 4G bietet 5G:

• Hohe Geschwindigkeiten: Aufgrund seiner größeren Kanäle ist 5G viel schneller als frühere Netzwerke und reagiert auf Benutzeranfragen in weniger als einer Sekunde. Verglichen mit der Spitzengeschwindigkeit von 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) von 4G kann 5G am schnellsten schätzungsweise 20 Gbit/s erreichen.
• Geringere Latenz: 5G-Netzwerke sind derzeit Sub-6 GHz oder mmWave, wodurch sie reaktionsschneller sind als ein reines 4G-Netzwerk. Dies verbessert die Benutzererfahrung und ermöglicht es der Technologie, in Branchen und Anwendungen mit stärkeren Anforderungen an Zuverlässigkeit zu arbeiten.
• Erhöhte Konnektivität: Die höheren Geschwindigkeiten und reduzierten Latenzzeiten von 5G schaffen eine stärkere Verbindung, die 5G-fähige Technologie für mehr Cloud-Software, Tools für maschinelles Lernen und intelligente Geräte und Sensoren öffnet.
• Bessere Reichweite: Einer der bedeutendsten Vorteile der 5G-Konnektivität ist die verbesserte Reichweite für die Kommunikation und das Mobilfunk-zu-WiFi-Roaming. 5G-Netze können auf Bereiche zugreifen, die einst von digitalen Verbindungen abgeschnitten waren, und wichtige Technologien in lebensrettende Industrien bringen.

Obwohl es sich von der 4G-Technologie unterscheidet, ist 5G kein vollständiger Ersatz dafür. Beim derzeitigen Stand von 5G benötigen die meisten aktivierten Geräte immer noch 4G-Abdeckung für eine optimale Leistung.

Warum ist 5G wichtig für PCBs?

Diese Verbindungsverbesserungen verändern die Landschaft für das 5G-PCB-Design. Mit zunehmender Verbreitung von 5G steigt die Nachfrage und erhöht den Standard für anpassungsfähiges PCB-Design. Während 4G-Leiterplatten eine Basisbandeinheit, eine entfernte Funkeinheit, eine Antenne, Kupferdraht und Glasfaser verwenden, verfügen 5G-Leiterplatten über zentrale und dezentrale Einheiten mit Breitband-Steuereinheiten und mobilem Edge-Computing. 5G-Leiterplatten erfordern auch mehr Basisstationen, da – trotz höherer Frequenzen – mehr Abdeckung und Antennen benötigt werden.

PCB-Designer, Hersteller und andere Industrieingenieure können es sich nicht leisten, 5G zu ignorieren, da es bald jeden Bereich des Produktionsprozesses beeinflussen wird:

• Kundenbewusstsein: Da sich die Kunden immer mehr der 5G-Abdeckung bewusst werden und 5G-fähige Geräte immer leichter auf dem Markt erhältlich sind, müssen Leiterplattenhersteller Maßnahmen ergreifen, um mit den gestiegenen und sich entwickelnden Anforderungen des Verbrauchermarkts Schritt zu halten. Technologien – und die Prozesse und Geräte, die zu ihrer Unterstützung verwendet werden – müssen schnell anpassbar sein, wenn sich 5G-Netzwerke ändern und auf mehr Bereiche und Geräte ausgeweitet werden.
• Datenverkehr: Experten sagen voraus, dass 5G dank seiner Geschwindigkeit, geringen Latenz, Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit bis 2024 ein Viertel des gesamten mobilen Datenverkehrs bewältigen wird. Diese Daten umfassen Video, mobile Spiele, Telekommunikation sowie Browser- und Anwendungsnutzung. Diese Spitze des Datenverkehrs erfordert von PCB-Herstellern und Gerätedesignern, bestehende Prozesse zu rationalisieren und neue einzurichten, um eine zuverlässige Leistung ohne Verzögerungen bei der Datenübertragung oder lückenhafte Konnektivität aufrechtzuerhalten.
• Branchenanwendungen: Sie hören oft die 5G-Terminologie, die verwendet wird, wenn es um Smartphones und andere Benutzerelektronik geht, aber diese Verbesserungen haben die 5G-Abdeckung auf mehrere Sektoren ausgeweitet, darunter das Gesundheitswesen, die Automobil-, Fertigungs-, Einzelhandels-, Unterhaltungs- und Kommunikationsbranche. Eine breitere Nutzung entspricht einer höheren Nachfrage nach PCB-Technologie und PCB-Herstellern im weiteren Sinne. Es führt auch moderne PCB-Innovationen in Branchen ein, die Technologie derzeit nicht in vollem Umfang nutzen, wie z. B. die Landwirtschaft, und erweitert den Anwendungsbereich sowohl für 5G als auch für PCBs.

Wie sich 5G auf Leiterplattenhersteller auswirken wird

Leiterplattenhersteller können mit dieser sich schnell entwickelnden Technologie Schritt halten, indem sie Design-, Material-, Verfahrens- und Produktionsprozesse implementieren, die mit der 5G-Technologie weiter wachsen werden. Zu den Änderungen, die bei der PCB-Fertigung berücksichtigt werden sollten, gehören:

• Kleinere Designs: Unterhaltungselektronik, einschließlich Smartphones, tragbare Fitnessgeräte und intelligente Lautsprecher, ändert sich ständig, da die Hersteller mit verschiedenen Innovationen und mutigen Designentscheidungen konkurrieren. Betrachten Sie den neuesten Trend faltbarer Smartphones. Herkömmliche PCBs sind zu starr, daher müssen flexiblere 5G-PCB-Materialien in Betracht gezogen werden. Die Geräte werden auch immer leistungsfähiger und kompakter und erfordern kleinere, dünnere PCBs, die die Leistung nicht beeinträchtigen, insbesondere wenn neue Funktionen und Trends auf den Markt kommen.
• Dünnere Spuren: Viele 5G-Geräte erfordern HDI-Leiterplatten (High Density Interconnect), da sie dünnere Leiterbahnen haben, um Signalverluste und verzögerte Übertragungen zu verhindern. Herkömmliche PCB-Prozesse, einschließlich subtraktivem Design, können sich überkreuzende Leiterbahnen auf der PCB erzeugen, die die 5G-Leistung beeinträchtigen. Hersteller können dem entgegenwirken, indem sie einen semi-additiven Fertigungsprozess (mSAP) verwenden, um geradere, präzisere Leiterbahnen für eine maximale Schaltungsdichte zu erstellen.
• AOI-Systeme: Fortschrittliche automatisierte optische Inspektionssysteme (AOIs) inspizieren Leiterplatten während des Herstellungsprozesses, um Probleme zu erkennen, zu identifizieren und zu beheben – entweder im Design, in der Leistung oder im Vergleich zum beabsichtigten Design – bevor sie zur Massenproduktion übergehen. Sie sind der manuellen Inspektion überlegen, da sie nur minimale Zeit und Mitarbeiterbeteiligung erfordern. Fertigungsstätten sollten ihre AOI-Prozesse optimieren und auf möglichst wenige Plattformen verdichten, um weiterhin Ressourcen und Stellfläche zu sparen. 5G erfordert noch ausgefeiltere AOI-Systeme, um selbst kleine Fehlausrichtungen zu erkennen und zu korrigieren, um Probleme schneller zu isolieren.

Die Herausforderungen und Chancen von 5G für PCBs

Da 5G zu einem immer wichtigeren Bestandteil der Leiterplattenherstellung wird, werden Hersteller wahrscheinlich mit mehreren Herausforderungen und Chancen konfrontiert.

Herausforderungen der 5G-PCB-Technologie

Zwei wesentliche Herausforderungen für 5G-PCB-Designs betreffen die Antennenbox und die Materialien für das Wärmemanagement:

• Antennenbox: Die 5G-Technologie nutzt extrem hohe Frequenzen (EHF), die für einen effektiven Betrieb mehr Basisstationen und Array-Antennen erfordern. PCB-Hersteller müssen eine größere aktive Antennenbox schaffen, um diese Multiple Antenna Array Units (AAU) unterzubringen.
• Wärmemanagement: Da 5G mehr Leistung und Geschwindigkeit bei geringerer Latenz ausgibt, müssen Hersteller vorhandene Materialien analysieren und Designänderungen vornehmen, die ein besseres Wärmemanagement fördern. Dazu gehören wärmeableitende Strukturen und Materialien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten, um verlorene Signale zu eliminieren und einen Zusammenbruch der Leiterplatte zu verhindern.

5G-PCB-Möglichkeiten

Für Verbraucher hat die Anpassung von PCB-Designs an 5G-Netzwerke klare Vorteile – ein Gerät mit besserer Leistung und innovativeren Funktionen, ohne dass Leistungsprobleme das System verlangsamen. Während Hersteller ähnliche Vorteile bei verschiedenen Produktionsanlagen genießen können, ergibt sich der bedeutendste Vorteil aus der Verbrauchernachfrage.

Der Leiterplattenmarkt wird aufgrund der steigenden Nachfrage nach leistungsfähigeren, anpassungsfähigen Geräten und den Komponenten, die sie antreiben, weiter wachsen. Da immer mehr Verbraucher in allen Branchen auf 5G-Geräte umsteigen, wird der Bedarf an PCBs natürlich damit wachsen.

Neben der Erfüllung der Verbrauchernachfrage und der Erzielung besserer Gewinne werden Produktionsstätten, die über die Tools und Prozesse verfügen, um sich an die Technologie anzupassen – anstatt hinterherzuhinken – weiter wachsen, wenn sich Trends ändern und die Abdeckung erweitert wird.

Kontaktieren Sie Millennium Circuits, um mehr zu erfahren

Obwohl sich 5G-Breitband immer noch seinen Platz in der Welt der digitalen Geräte und Konnektivität sichert, werden seine höheren Geschwindigkeiten, die verbesserte Benutzererfahrung und Zuverlässigkeit einen nachhaltigen Einfluss auf die Leiterplattenindustrie haben. Hersteller sollten sich bemühen, Prozesse und Ressourcen zu verfeinern, um Ihr Unternehmen wettbewerbsfähig und anpassungsfähig zu halten, indem sie wärmebeständigere Materialien verwenden und Designs ändern, um bessere Signale zu erzeugen und Leistungsverzögerungen zu reduzieren.

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