Mit der weltweit beschleunigten Kommerzialisierung von 5G ist die Nachfrage nach drahtloser Kommunikationsinfrastruktur – insbesondere nach Basisstationen – sprunghaft angestiegen. Hinter diesem Boom steht eine entscheidende Komponente: Gedruckte Leiterplatten (PCBs). 5G-Netze benötigen Hochleistungs-Leiterplatten für zentrale Kommunikationsgeräte wie Switches, Router und optische Übertragungssysteme. Im Gegensatz zu 4G stellt 5G beispiellose Anforderungen an Leiterplatten: höchste Zuverlässigkeit, überragende elektrische und thermische Leistung, strenge Produktqualitätskontrolle und eine Lebensdauer von über zehn Jahren. Für Leiterplattenhersteller ist die Beherrschung dieser fortschrittlichen Technologien nicht nur eine Herausforderung, sondern der Schlüssel zum über 100 Milliarden US-Dollar schweren Markt für 5G-Leiterplatten.
Die 5G-getriebene Leiterplatten-Revolution: 4 Kernanforderungen
1. Via-Technologie: Das Rückgrat hochdichter 5G-Leiterplatten
5G-Geräte vereinen mehr Funktionen auf kleinerem Raum und treiben die Leiterplattendichte auf ein neues Niveau. Dieser Trend hat dazu geführt, dass Blind- und verdeckte Durchfahrten (entscheidend für HDI-Designs, High-Density Interconnect) unverzichtbar. Während die meisten Hersteller 1- bis 3-stufige HDI-Systeme beherrschen, stellt die Entwicklung höherstufiger HDI-Systeme mit beliebigen Verbindungssequenzen weiterhin eine Lücke dar – eine Lücke, die Pioniere mit Hochdruck schließen wollen.
Noch ein Schwachpunkt? Stummelmanagement. Im Hochfrequenzbereich von 5G verschlechtert der “Kurzschluss-Effekt” die Signalqualität erheblich. Daher sind Rückbohrverfahren (zur Minimierung von Kurzschlüssen) nicht mehr optional, sondern Standard. Zudem erzeugen die Hochfrequenz- und Hochleistungsgeräte von 5G erhebliche Wärme; das Einbetten von Kupferblöcken in Leiterplatten hat sich als bewährte Lösung zur Verbesserung der Wärmeableitung und damit zur Gewährleistung langfristiger Stabilität etabliert.
2. Schaltungs- und Oberflächentechnologie: Präzision für 56-Gbit/s-Signale
Die Datenübertragungsraten von 5G sind von 25 Gbit/s auf 56 Gbit/s gestiegen, was extreme Anforderungen an die Impedanzkontrolle und die Signaldämpfung stellt. Für Leiterplattenhersteller bedeutet dies:
- Engere ToleranzenDie Impedanztoleranz hat sich von ±10% auf ±5% und die Linienbreitentoleranz von ±20% auf ±10% verringert. Selbst geringfügige Abweichungen können die Signalintegrität beeinträchtigen.
- Glattere OberflächenDer Skin-Effekt (die Ausbreitung hochfrequenter Signale entlang der Leiteroberfläche) macht die Rauheit der Kupferfolie zu einem entscheidenden Faktor. Für die inneren Lagen muss der mittlere Rauheitswert Ra < 0,5 μm betragen, um Signalverluste zu minimieren.
- Gleichmäßige ZwischenschichtenDie Gleichmäßigkeit der dielektrischen Schichtdicke (erforderlich ≤15%) hat direkten Einfluss auf die Signalübertragung. Wichtige Bereiche wie großflächige BGAs mit Kupferoberfläche und Impedanzleitungen erfordern nun spezielle Systeme zur Dickenkontrolle.
Jeder Schritt – von der Auswahl des Leiterplattenmaterials über die Konstruktion bis hin zur Fertigung – muss auf diese Präzisionsstandards abgestimmt sein.
3. Substrattechnologie: Ausgewogene Wärmeableitung, Haltbarkeit und Kompatibilität
Die Hochfrequenzbetriebsabläufe von 5G bringen Leiterplatten an ihre thermischen Grenzen. Hersteller sollten daher folgende Prioritäten setzen:
- Niedriger Verlustfaktor (Df)Mit steigenden 5G-Frequenzen ist die Minimierung von Df unabdingbar, um die Signaldämpfung zu reduzieren.
- Hervorragende HitzebeständigkeitDünne Substratmaterialien, hohe Wärmeleitfähigkeit und glatte Kupferfolien sind unerlässlich. Die Betriebstemperaturen von Leiterplatten erfordern einen höheren relativen Wärmeindex (RTI) – eine Erhöhung von 105 °C auf 150 °C – und eine bessere Wärmeleitfähigkeit (Tc). Simulationen belegen: Die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit ist effektiver als die Reduzierung des Wärmeübergangskoeffizienten (Df), um den Temperaturanstieg zu senken.
- Kontrollierte ExpansionBei großen Leiterplatten (≥1100 mm) und Chips (≥100 mm) muss die Kompatibilität mit den Gehäusematerialien einen Wärmeausdehnungskoeffizienten (CTE) der Leiterplatte in der X/Y-Achse von ≤12 ppm aufweisen.
- Hoher CTIStromversorgungsplatinen für die 5G-Infrastruktur benötigen einen hohen Comparative Tracking Index (CTI), um elektrische Ausfälle zu verhindern.
4. Zusatzmaterialien: Die “versteckten” Treiber der Signalqualität
Oftmals übersehen, können Hilfsmaterialien über den Erfolg oder Misserfolg von 5G-Leiterplatten entscheiden:
- LötstopplacktinteHerkömmliche Tinten stellen einen Engpass für äußere Hochgeschwindigkeitsschaltungen dar. Lötstopplacktinten mit extrem geringen Verlusten werden dringend benötigt, um die Signalintegrität zu erhalten – insbesondere für schwarze Lötstopplacke, die Hochfrequenzsignale erheblich beeinflussen.
- BraunbeschichtungslösungenHochfrequente, schnelle Signale reagieren empfindlich auf die Rauheit von Kupferfolien (aufgrund des Skin-Effekts). Um die Verluste in 5G-Leiterplatten zu minimieren, werden daher heute weitgehend rauhige, braune Beschichtungslösungen eingesetzt.
Nutzen Sie die Chancen im Bereich 5G-Leiterplatten: 3 umsetzbare Strategien für Hersteller
- Investieren Sie in HDI und RückbohrkapazitätenArbeiten Sie mit Ausrüstungslieferanten zusammen, um HDI-Produktionslinien der Stufe 4+ und Präzisions-Rückbohrmaschinen zu modernisieren – dies wird Ihnen helfen, die hohen Dichteanforderungen von 5G-Basisstationen und Routern zu erfüllen.
- Zusammenarbeit mit MateriallieferantenEnge Zusammenarbeit mit Substrat- und Tintenherstellern zur Entwicklung kundenspezifischer Lösungen (z. B. Substrate mit niedrigem Df-Wert, Tinten mit extrem niedrigem Farbverlust), die auf die besonderen Anforderungen von 5G zugeschnitten sind.
- Optimierung der QualitätskontrollsystemeImplementieren Sie Echtzeitüberwachung für Impedanz, dielektrische Dicke und Kupferrauheit. Zertifizierungen wie IPC-6012 (für Leiterplattenqualität) und ISO 9001 schaffen Vertrauen bei den OEMs von 5G-Ausrüstung.
