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阻容“小”型化如何应对5G PCB“大”挑战?

来源:PCB 日期:2020-03-13 浏览量:
    103亿,85亿,看到这个数字是不是很吓人?其实这分别是华为麒麟990 5G芯片和苹果A13 Bionic的晶体管数量,制程更高,晶体管数量更多,CPU频率更高,意味着芯片更高的性能,搭载更丰富的功能。随着5G时代的到来,以华为海思、苹果三星、高通联发科为代表的的芯片厂商都推出了自己家的旗舰芯片,就在不久前,高通公司的骁龙865平台也正式发布了。2020年,一大波搭载5G芯片的手机将会“纷至沓来”,芯片商和手机商都“接受”了5G挑战。

对于电子元器件的制造商们,如何应对这场5G挑战呢?

5G面临的挑战

PCB堆叠挑战

    以合理的规则将元器件摆放在PCB板上,叫PCB堆叠。PCB堆叠需要考虑PCB板的面积,需要考虑layout走线是否顺畅,需要考虑射频性能,需要考虑PCB散热,需要考虑结构性能,需要考虑整机重量等等,下图是一个5G旗舰手机内部的一块电路板,上面的元器件密密麻麻的。

    5G时代对速度要求高,对功能的要求更高,有线充电,无线充电,反向充电,4摄像头,屏幕指纹,大容量电池,NFC,更高刷新率的屏幕,好的体验,意味着更多的功能电路,寸土寸金的手机PCB中,如何放下这么多元器件,将会是一个严峻的挑战?

某5G手机PCB

PCB散热挑战

    4G的网络延时在40~60ms左右,5G的网络延时有望达到1ms,更低的网络延时意味着更畅快的游戏体验,5G时代玩游戏再也不会出现“460ms”。

    我们都知道玩游戏或者长时间刷剧手机都会发热,这是因为CPU在高速运转会产生热量,另外我们会发现不同的手机发热表现不一致,有的手机集中在顶部,有的手机集中在背部,这是因为不同的PCB方案,传导至手机壳的热量不均匀。5G时代,如何更好的处理发热源,如何有效添加散热材料,也会是一个严峻的挑战?

某手机红外热像对比图

PCB天线挑战

    华为Mate30系列手机内部集成21根天线,真是惊呆了小伙伴们的下巴,其中14根用于5G(其余7根用于WiFi、BT、GPS和NFC),5G标配其实是8根天线,4G标配2根天线,足足翻了3倍。更多的天线意味着更好的射频性能,天线的面积,天线的放置,天线的辐射,MIMO(多输入输出)技术的应用等,也将会是一大严峻的挑战?

应对挑战

1、国巨推出超小封装电阻

Yageo的RC0075和RC0100型电阻是目前最小封装电阻,阻容作为电子产品中使用数量最多的电子元器件,一个高端手机内部将使用800~1000个左右的多层陶瓷电容,电阻的数量比电容稍少一些,采用更小封装的阻容,将会节省更多的PCB空间,来塞进更多的“用户体验”。
Yageo电阻尺寸

    在RC0075如此小的封装下,最大工作电压可以做到10V,在众多以锂离子电池(3.8V~4.2V)供电(包括手机)的电子产品中,10V已经是足够高的电压,可以放心大胆的选用0075封装电阻。
    Yageo贴片电阻的功率、工作温度、工作电压对照表,知道这些参数,你还愁如何对电阻进行选型吗?

2、KEMET T540/T541系列钽电容极低ESR

    我们都知道手机在通话或者数据通信时,会产生较大的纹波电流,使用高ESR的钽电容,U=ESR*I(I是纹波电流,U是纹波电压)的关系,将会产生较高的纹波电压,纹波电压高会有一个风险,在电池电量不够,电池电压低的情况下,会将电池电压拉到更低,使手机关机。 

    KEMET T540/T541系列钽电容具有极低的ESR,可以允许通过更大的纹波电流,T540/T541系列的高容值也会对纹波电压起到至关重要的作用。

    T540/T541系列还有一个重大的特征,高频保持能力强,下图我们看出低于100K的频率,T541系列电容的容值几乎不变,在高频下阻抗曲线呈现近似理想电容器特性,ESR和ESL的影响很低。

3、TDK推出热温度系数小的NTC

    NTC热敏电阻是一种温度传感器,因为电路简单,最少两个器件即可,成本便宜,被广泛使用。2月份发布的小米10系列5G手机内置9个温度传感器,精密地监测PCB上每个关键点温度,然后精准控温,极大概率使用NTC作为温度传感器,使用电路器件少,将大大减少PCB的占用空间,并且减少BOM成本。

    TDK推出的热温度系数NTC热敏电阻,热温度系数指的是在零功率条件下,当温度发生突变时,热敏电阻体温度变化了始末温度差的63.2%所需的时间,通俗的说就是表示NTC热敏电阻器检测温度的灵敏度。

    TDK的NTC热敏电阻的低温度系数,可以快速监测5G PCB板温度,为5G PCB散热挑战献出了自己的力量。


NTC热敏电阻测温电路

    最基础的往往也最难以突破,但在迎面扑来的5G当前,PCB要突破瓶颈,阻容感等元器件走向“小”型化是必然趋势。