5G無線技術(shù)的特點是速度快、接入范圍廣和延時短。與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G可以提供10-20倍的傳輸速率、約100倍的數(shù)據(jù)容量以及小于1毫秒的延時。頻譜延伸到了毫米波段(mmWave)，而這種極高的頻率是PCB制造行業(yè)面臨的最嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。

  因此，5G影響了包括PCB組裝在內(nèi)的設(shè)計和制造的許多方面。設(shè)計出能夠發(fā)揮5G設(shè)備優(yōu)勢的PCB存在多個挑戰(zhàn)。裝配車間也需要新的工藝方法以及先進(jìn)的測試和檢驗設(shè)施。

與5G相關(guān)的PCB設(shè)計挑戰(zhàn)

  以下是工程師在為5G應(yīng)用設(shè)計和制造PCB時面臨的一些主要問題。

  隨著設(shè)計復(fù)雜性的提高，5G設(shè)備可能會使用走線更細(xì)、連接焊盤密度更高的高密度互連(HDI)PCB。而這些更細(xì)的走線在傳輸高速信號時經(jīng)常會導(dǎo)致信號完整性問題。

  由于走線尺寸、寬度和橫截面等各種因素，HDI PCB上會出現(xiàn)阻抗不規(guī)則現(xiàn)象。如果使用傳統(tǒng)的負(fù)蝕刻工藝形成走線橫截面，那么很容易發(fā)生因阻抗異常而導(dǎo)致信號損失的問題。

  為了集成多個天線陣列單元(AAU)，PCB制造商必須處理更加復(fù)雜的技術(shù)，如多輸入多輸出(MIMO)。此外，5G設(shè)計將需要更多的基站和天線陣列才能在非常高的工作頻率下有效運行。因此，電磁干擾、串?dāng)_和寄生電容成為5G射頻PCB設(shè)計的關(guān)鍵問題也就不足為奇了。

  熱管理也是5G 線路板設(shè)計中的一個關(guān)鍵工作。由于高速信號會產(chǎn)生大量熱量，因此所選的基板和介電常數(shù)應(yīng)足夠處理散熱問題。否則，銅線剝落、分層和電路板翹曲等問題會降低PCB性能。

  上述這些與5G相關(guān)的挑戰(zhàn)，極大地影響PCB組裝過程，并突破了傳統(tǒng)PCB制造方法的極限。

5GPCB設(shè)計中的先進(jìn)技術(shù)

  用于5G應(yīng)用的PCB設(shè)計領(lǐng)域不斷有新技術(shù)出現(xiàn)；以下是PCB設(shè)計人員為滿足新興的5G技術(shù)需求而采用的兩種技術(shù)。

  改進(jìn)的半加成工藝(MSAP)：為了實現(xiàn)高的電路密度和最小的信號衰減，PCB制造商會使用MSAP工藝，而不是通常的負(fù)蝕刻方法。這種工藝會在沒有光刻膠的層壓板上涂上一層薄的銅層。存在于導(dǎo)體之間的銅被進(jìn)一步蝕刻掉。這里的光刻技術(shù)用于確保高精度的蝕刻，從而實現(xiàn)最小的信號損失。

  自動光學(xué)檢測(AOI)：針對5G設(shè)計，制造商會在PCB制造過程中使用先進(jìn)的AOI系統(tǒng)，并通過測量通孔或貼片裝配中的頂層和底層信號線導(dǎo)通情況來識別潛在故障，從而提高AOI故障檢測的精度，減少誤報并縮短生產(chǎn)線延時。使用人工智能(AI)的新方法則專注于那些可以使用自動光學(xué)整形(AOS)系統(tǒng)修復(fù)的實際錯誤。整合后的AOI系統(tǒng)可以提供分析生產(chǎn)線效率所需的數(shù)據(jù)。

  5G應(yīng)用中的信號頻率很高，因此其混合信號PCB設(shè)計相當(dāng)復(fù)雜。除了使用上面討論的新技術(shù)進(jìn)行制造和測試外，還有一些最佳實操方法可用于高效的5G PCB設(shè)計。以下是5G PCB實現(xiàn)的最佳實操方法簡介。

5GPCB設(shè)計指南

  選擇介電常數(shù)(Dk)盡可能低的基板材料，因為Dk損耗會隨著頻率的升高而成比例地增加。

  大多數(shù)阻焊層的吸濕性都很高，如果大量使用可能會吸收水分。因此，建議少使用阻焊層，以避免因潮濕引起的任何故障。

  走線的趨膚效應(yīng)會隨頻率增加而增加，它會阻礙電流流動。因此，強烈建議在支持5G的PCB中正確設(shè)計具有均勻銅表面的走線。即使是銅平面也應(yīng)該確保在整個PCB疊層中平滑且對稱，以避免任何阻性損耗。

  正確的層壓板厚度選擇，對于5G PCB來說至關(guān)重要。如果厚度高于推薦值，層壓板會產(chǎn)生共振并傳播振動波形，從而造成干擾。

  5G設(shè)計中使用的發(fā)射和接收組件非常敏感。準(zhǔn)確安裝這些組件對于這些組件的正常運行至關(guān)重要，需要遵循嚴(yán)格的跡線容差。

  5G電路中使用的天線應(yīng)與走線保持阻抗匹配。應(yīng)保留推薦的禁布線區(qū)域以避免電磁干擾問題。

  選擇合適的傳輸線在高頻PCB設(shè)計中很重要。在微帶線、帶狀線和接地共面波導(dǎo)(GCPW)中，使用帶狀線可能是更好的選擇，但它的制造難度大，可能會增加生產(chǎn)成本。此外，要用微通孔將帶狀線連接到具有最少信號反射的外層。它需要一定的專業(yè)知識并提前與合同制造商進(jìn)行討論，以避免在PCB制造過程中產(chǎn)生可能的問題。

5G：PCB設(shè)計師的成長機遇

  5G技術(shù)還在不斷發(fā)展，功能每天都在增加。因此，PCB制造商必須了解原材料和設(shè)備升級方面的要求。此外，投資滿足5G技術(shù)要求的PCB組裝工藝研發(fā)，應(yīng)該是一個巨大的發(fā)展機會。

  消費行業(yè)正在迅速適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)，因為它能提供具有強大性能的創(chuàng)新功能。隨著對功能強大且靈活的5G設(shè)備需求的不斷增長，PCB行業(yè)也將不斷得到擴張。然而，PCB裝配供應(yīng)商必須為此提供適應(yīng)5G技術(shù)快速發(fā)展的工具和工藝流程。

  總之，了解5G的設(shè)計要求和發(fā)展趨勢非常有助于在PCB制造行業(yè)中保持競爭優(yōu)勢。