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PCB/覆铜板在 5G 时代的新机遇

时间:2020-5-19  来源:节选自长江证券、未来智库  编辑:
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5G 产业链可分为上游零部件、中游主设备、下游运营商、5G 终端、5G应用等环节。具体来看,5G 基础设施建设主要分为无线侧和有线侧,无线侧的建设项目主要是无线基站、小基站;有线侧主要涉及光传输设备的建设。

 

无线基站和光传输设备的上游,主要由光模块、天线阵子、射频器件、PCB、备用电源、空调等配套设备等零部件构成。

 

 

 

PCB/覆铜板在 5G 时代的新机遇

 

PCB 是电子元器件电气连接的载体,在通信领域 PCB 主要用于无线网、传输网、数据通信网及固网宽带等环节。由于工作频率相较 4G 显著提升,5G 宏基站对高频高速 PCB 的需求相较 4G 也将大幅提升。在工作频率越来越高的情况下,产品对基材的要求也越来越高。

 

 

    5G 有源天线带来高频高速PCB增量需求

 

4G 时代,PCB主要用在基站BBU(背板、单板)及天线下挂的 RRU 中,RRU 由于体积较小,PCB 需求量相对较小。5G 时代,基站天线从无源向有源演进,RRU 与天线合并成为支持大规模天线的有源天线单元(AAU),包含天线振子、滤波器、T/R 模块、 控制模块、电源模块。其中,PCB 主要应用于密集辐射阵(天线振子)、功分网络板(馈电网络)、耦合校准网络板及收发单元中。

 

 

 

Ø 密集辐射阵&功分网络:高频高速 PCB

 

5G 高频段,对尺寸、重量、性能提出新要求,推动无线射频各子领域出现技术颠覆变 革。5G 天线密集辐射阵中辐射单元在结构形式上需要小型化设计以适合密集组阵列;轻型化设计以减轻天线整机重量;辐射单元的馈电和安装也需与功分网络充分匹配以方便安装;还需要辐射体(天线振子)与馈电网络一体化设计以提高生产效率。辐射阵列的载体以及功分网络将提高对高频高速 PCB 的需求量。

 

Ø 耦合校准网络:高频 PCB

 

由于耦合校准网络需实现对收发单元输入到射频通道的信号检测和校准,其自身幅相的一致性需要首先保持平稳。此外,为避免外来信号干扰以及做好与上下级电路之间的信号屏蔽,校准电路设计一般为多层(2~4 层)板结构的带状线传输线结构。这对耦合校准网络的 PCB 设计加工,包括压板精度、线宽线隙、蚀刻因子等提出了非常高的要求。为保证信号完整性,以及自身的一致性,耦合校准网络板通常采用特殊的高频材料(如聚四氟乙烯、碳氢等)进行加工制造而成的印制电路板,一般采用双面板或 4 层板。

 

Ø 收发单元:高频高速 PCB

 

5G AAU 集成了天线与 RRU 的功能,其中收发单元包含 PA、LNA、DSP、Filter、 ADC/DAC 等元件,实现 4G RRU 的功能。5G AAU 每个数字接口通过收发单元独立控制每个射频通道的信号输入,通过耦合校准网络对每个射频通道的信号检测和校准来判断信号强度和相位信息,最终通过系统数字赋型算法调节收发单元激励到每个射频通道的幅相权值配置实现大规模天线的精准波束赋形。大量的收发单元硬件需要置于 PCB 板上,提升了对高频高速 PCB 板的需求。

 

Ø 基站 BBU:高速多层 PCB

 

5G 基站 BBU 将重构为 CU(Centralized Unit,集中式单元)和 DU(Distributed Unit, 分布式单元)两个功能实体。其中 CU 处理无线高层协议栈功能(RRC、PDCP 层),甚至也能支持部分核心网功能下沉,DU 处理物理层功能及部分时延敏感型业务。随着 5G BBU 电子元器件元件集成度的提高及其 I/O 数量的增加,信号传输向高频化和高速数字化发展,背板的层数、厚度和孔数不断增加,可靠性要求亦越来越高。

 

5G 传输设备升级带来高速 PCB 需求提升

 

面对 5G 新需求,传输网容量将提升 10 倍、时延降低 10 倍、单比特成本降低 10 倍, 并对芯片在交换容量、时延、MAC 数量、交换方式、标签层数和功耗等方面提出了更高要求。5G 传输设备光电互联的复杂度快速提升,支撑通信技术发展的 PCB 也将向 高速大容量的方向发展,在频率速率、层数、尺寸以及光电集成上提出更新的要求,从目前领先的 25Gbps 总线速度向更高的 56Gbps 发展。