PCB-Fertigung im 5G-Zeitalter: Trends & Herausforderungen

Laut Branchenexperten werden 40 % der Weltbevölkerung bis 2024 5G-Netze nutzen. Diese steigende Nachfrage wird diverse Veränderungen für Verbraucher, Händler und Komponentendesigner verursachen, einschließlich Leiterplattenhersteller (PCBs). 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 in Low-Band-, Mid-Band- und High-Band-Varianten verfügbar. Diese aufkommende Technologie nutzt Zellen, die in separate Einheiten unterteilt sind und kodierte Daten via Funkwellen durch kabelgebundene und drahtlose Verbindungen senden.

Im Vergleich zu 4G bietet 5G:

• Hohe Geschwindigkeiten: Durch größere Kanäle ist 5G weit schneller als Vorgängernetze und reagiert auf Benutzeranfragen in unter einer Sekunde. Verglichen mit 4Gs 1 Gbit/s Spitzen-Geschwindigkeit kann 5G geschätzte 20 Gbit/s erreichen.
• Niedrigere Latenz: 5G-Netze sind derzeit Sub-6-GHz oder mmWave, was sie reaktionsschneller macht als reine 4G-Netze. Dies verbessert die Nutzererfahrung und ermöglicht die Technologie in Branchen und Anwendungen mit höherer Zuverlässigkeitsanforderung.
• Erhöhte Konnektivität: 5Gs erhöhte Geschwindigkeiten und reduzierte Latenz schaffen eine stärkere Verbindung, die 5G-fähige Technologie für mehr Cloud-Software, Machine-Learning-Tools und smarte Geräte und Sensoren öffnet.
• Bessere Reichweite: Einer der bedeutendsten Vorteile von 5G-Konnektivität ist die verbesserte Reichweite für Kommunikation und Cellular-to-WiFi-Roaming. 5G-Netze können Gebiete erreichen, die einst von digitalen Verbindungen abgeschnitten waren, und bringen kritische Technologie in lebensrettende Branchen.

Obwohl 5G sich von 4G-Technologie unterscheidet, ist es kein vollständiger Ersatz. In 5Gs aktuellem Zustand benötigen die meisten 5G-fähigen Geräte noch 4G-Abdeckung für optimale Leistung.

Warum ist 5G wichtig für PCBs?

Diese Verbindungsverbesserungen verändern die Landschaft für 5G-PCB-Design. Da 5G breiter genutzt wird, steigt die Nachfrage und hebt den Standard für anpassungsfähiges PCB-Design. Während 4G-PCBs eine Baseband Unit, Remote Radio Unit, Antenne, Kupferdraht und Glasfaser nutzen, haben 5G-PCBs zentralisierte und dezentralisierte Einheiten mit Broadband Control Units und Mobile Edge Computing. 5G-PCBs erfordern auch mehr Basisstationen, da – trotz höherer Frequenzen – mehr Abdeckung und Antennen benötigt werden.

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

• Kundenbewusstsein: Da Kunden sich stärker über 5G-Abdeckung und 5G-fähige Geräte auf dem Markt bewusst werden, müssen PCB-Hersteller Schritte unternehmen, um mit der steigenden und sich entwickelnden Nachfrage des Verbrauchermarkts Schritt zu halten. Technologien – und die Prozesse und Ausrüstungen, die sie unterstützen – müssen schnell anpassbar sein, wenn sich 5G-Netze ändern und auf mehr Bereiche und Geräte ausdehnen.
• Datenverkehr: Experten prognostizieren, dass 5G bis 2024 ein Viertel des gesamten mobilen Datenverkehrs bewältigen wird dank Geschwindigkeit, niedriger Latenz, Vielseitigkeit und Zuverlässigkeit. Diese Daten umfassen Video, Mobile Gaming, Telekommunikation und Browser- und App-Nutzung. Dieser Anstieg im Datenverkehr verlangt von PCB-Herstellern und Gerätedesignern, bestehende Prozesse zu straffen und neue zu etablieren, um zuverlässige Leistung ohne verzögerte Datenübertragung oder fleckige Konnektivität zu gewährleisten.
• Industrieanwendungen: Man hört 5G-Terminologie oft bei Smartphones und Consumer Electronics, aber diese Verbesserungen haben 5G-Abdeckung in diverse Sektoren erweitert, einschließlich Gesundheitswesen, Automobil, Fertigung, Handel, Unterhaltung und Kommunikation. Breitere Nutzung bedeutet höhere Nachfrage nach PCB-Technologie und PCB-Herstellern. Es führt auch moderne PCB-Innovationen in Branchen ein, die Technologie nicht voll ausschöpfen, wie Landwirtschaft, was den Spielraum für sowohl 5G als auch PCBs erweitert.

Wie 5G PCB-Hersteller beeinflussen wird

PCB-Hersteller können mit dieser sich rasant entwickelnden Technologie Schritt halten, indem sie Design-, Material-, Verfahrens- und Produktionsprozesse implementieren, die mit 5G-Technologie weiterwachsen. Einige Änderungen, die die PCB-Fertigung berücksichtigen sollte:

• Kleinere Designs: Consumer Electronics – Smartphones, Wearable-Fitness-Geräte, Smart Speaker – ändern sich ständig, da Hersteller mit Innovationen und mutigen Designentscheidungen konkurrieren. Betrachten Sie den aktuellen Trend zu faltbaren Smartphones. Traditionelle PCBs sind zu starr, daher müssen flexiblere 5G-PCB-Materialien in Betracht gezogen werden. Geräte werden auch leistungsstärker und kompakter, was kleinere, dünnere PCBs erfordert, die keine Leistung opfern, besonders wenn neue Features und Trends den Markt erreichen.
• Dünnere Leiterbahnen (Traces): Viele 5G-Geräte erfordern High-Density Interconnect (HDI) PCBs, da sie dünnere Spuren haben, um Signalverlust und verzögerte Übertragung zu verhindern. Traditionelle PCB-Prozesse, einschließlich subtraktiver Design, können gekreuzte Spuren auf dem PCB erzeugen, die 5G-Leistung beeinträchtigen. Hersteller können dies bekämpfen, indem sie ein modifiziertes semi-additives Fertigungsverfahren (mSAP) nutzen, um geradere, präzisere Spuren für maximale Schaltungsdichte zu erzeugen.
• AOI-Systeme: Fortgeschrittene automatisierte optische Inspektionssysteme (AOI) inspizieren PCBs während der Fertigung, um Probleme – in Design, Leistung oder Abweichung vom geplanten Design – zu erkennen, identifizieren und zu reparieren, bevor es in die Massenproduktion geht. Sie sind manueller Inspektion überlegen, da sie minimalen Zeit- und Mitarbeiteraufwand erfordern. Fertigungsstätten sollten ihre AOI-Prozesse optimieren und auf so wenige Plattformen wie möglich kondensieren, um Ressourcen und Platz zu sparen. 5G erfordert noch raffiniertere AOI-Systeme, um selbst kleine Fehlausrichtungen zu erkennen und Probleme schneller zu isolieren.

Herausforderungen und Chancen von 5G für PCBs

Da 5G ein prominenterer Teil der PCB-Fertigung wird, werden Produzenten wahrscheinlich auf mehrere Herausforderungen und Chancen stoßen.

Herausforderungen der 5G-PCB-Technologie

Zwei bedeutende Herausforderungen für 5G-PCB-Designs betreffen die Antennenbox und Thermomanagement-Materialien:

• Antennenbox: 5G-Technologie nutzt Extremely High Frequency (EHF), was mehr Basisstationen und Array-Antennen für effektiven Betrieb erfordert. PCB-Hersteller müssen eine größere aktive Antennenbox schaffen, um diese mehrfachen Antennen-Array-Einheiten (AAU) unterzubringen.
• Thermomanagement: Da 5G mehr Leistung und Geschwindigkeit bei reduzierter Latenz ausgibt, müssen Hersteller bestehende Materialien analysieren und Designänderungen vornehmen, die besseres Thermomanagement fördern. Dies umfasst wärmeableitende Strukturen und Materialien mit niedrigen Dielektrizitätskonstanten, um Signalverluste zu eliminieren und PCB-Ausfälle zu verhindern.

5G-PCB-Chancen

Für Verbraucher hat die Anpassung von PCB-Designs an 5G-Netze klare Vorteile – ein Gerät, das besser performt und mehr innovative Features ohne Performance-Probleme hat. Während Hersteller ähnliche Vorteile über verschiedene Produktionsanlagen genießen mögen, kommt der signifikanteste Vorteil aus der Verbrauchernachfrage.

Der PCB-Markt wird aufgrund der steigenden Nachfrage nach leistungsstärkeren, anpassungsfähigen Geräten und den sie antreibenden Komponenten weiter wachsen. Da mehr Verbraucher über Branchen hinweg zu 5G-Geräten migrieren, wächst der Bedarf an PCBs natürlich mit.

Zusätzlich zur Befriedigung der Verbrauchernachfrage und besseren Gewinnen werden Produktionsstätten, die Werkzeuge und Prozesse haben, um sich mit Technologie anzupassen – statt ihr hinterherzuhinken – weiter wachsen, während sich Trends ändern und Abdeckung expandiert.

Kontaktieren Sie Millennium Circuits für mehr Informationen

Obwohl 5G-Breitband noch seinen Platz in der Welt digitaler Geräte und Konnektivität sichert, werden seine schnelleren Geschwindigkeiten, verbesserte Nutzererfahrung und Zuverlässigkeit einen nachhaltigen Effekt auf die PCB-Industrie haben. Hersteller sollten bestrebt sein, Prozesse und Ressourcen zu verfeinern, um Ihr Geschäft wettbewerbsfähig und anpassungsfähig zu halten, indem sie thermisch resistentere Materialien nutzen und Designs verschieben, um bessere Signale zu erzeugen und verzögerte Performance zu reduzieren.

Entdecken Sie unsere Produkte und Services oder kontaktieren Sie Millennium Circuits, um mehr darüber zu erfahren, wie 5G Ihr Projekt beeinflussen kann.