5G 給高頻 PCB 帶來了新的設(shè)計和制造挑戰(zhàn)。要滿足 5G 技術(shù)要求，需要采用嚴(yán)格的圖案設(shè)計和復(fù)雜的材料。因此，該行業(yè)需要采用新的成像、檢測和量測技術(shù)來制造 5G 基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備所需的 PCB。

蜂窩基站、數(shù)據(jù)服務(wù)器、高性能計算系統(tǒng)和人工智能等 5G 基礎(chǔ)設(shè)施，增加了對精細(xì)線路 IC 載板和高層數(shù) (HLC) 多層板 (MLB) 的需求。在設(shè)備方面，5G 天線、攝像頭模塊和顯示驅(qū)動程序增加了對柔性 PCB、任意層高密度互連 (HDI) 以及具有先進(jìn) HDI 的更高密度 PCB 的需求。所有這些面向 5G 的 PCB 設(shè)計要求都推動或超越了傳統(tǒng) PCB制造技術(shù)的極限。

成像技術(shù)

一些先進(jìn)的制造技術(shù)有望提供所需的成像和檢測能力，制造更高質(zhì)量和更復(fù)雜的 PCB 以滿足 5G 技術(shù)要求。其中包括直接成像 (DI)、自動光學(xué)檢測 (AOI) 以及自動光學(xué)成形和修復(fù)。然而，5G 基礎(chǔ)設(shè)施和 5G 設(shè)備中使用的 PCB 的制造要求卻并不相同。

就5G基礎(chǔ)設(shè)施而言，DI技術(shù)可實現(xiàn)高頻5G（如毫米波）所需的嚴(yán)格阻抗控制，以及大面板上的高精度和嚴(yán)格的上下層對位精度，從而滿足對高層數(shù)MLB的要求。高容量防焊(SM)DI技術(shù)可支持大尺寸（高達(dá) 32 英寸）和翹曲面板，同時滿足5G對更高分辨率和精度的要求。

自動光學(xué)檢測

理想情況下，自動光學(xué)檢測 (AOI) 應(yīng)提供幾乎無需人工處理的檢測和測量，并具備檢測小至 5 μm 的 IC 載板精細(xì)線路的能力，這是 5G 基礎(chǔ)設(shè)施中 HPC 和數(shù)據(jù)服務(wù)器的典型特征。

對于 5G 設(shè)備，DI 可提供高質(zhì)量成像，滿足改良型半加成法工藝 (mSAP) 或類載板 PCB (SLP) 生產(chǎn)工藝對精細(xì)線路、精確的導(dǎo)體幾何形狀、高精度和高級縮放的要求，同時保持最高的有效產(chǎn)能和良率。隨著 5G 電子產(chǎn)品對更小的外形尺寸、更輕的重量和更高級的功能的需求不斷增長，柔性印刷電路 (FPC) 這一組件的重要性日益提升，給制造帶來了新的挑戰(zhàn)。卷對卷 DI 系統(tǒng)使 FPC 制造商能夠使用基于卷的柔性材料，同時保持其完整性并最大限度地減少經(jīng)常發(fā)生的損壞和變形。

設(shè)備中使用的 PCB AOI 可與 2D 激光盲孔測量集成，以測量盲孔的尺寸，包括頂部和底部直徑、圓度和taper以及位置。此外，與自動 2D 線寬量測（圖 1）相集成的 AOI 是確保準(zhǔn)確的頂部和底部測量，從而實現(xiàn)阻抗控制的關(guān)鍵，同時這對 5G 毫米波天線板等部件也至關(guān)重要。

圖 1.2D 量測技術(shù)檢測和測量 PCB 的頂部和底部跟蹤導(dǎo)

一般而言，5G PCB 檢測需求必須解決諸如低對比度材料層、透明柔性印刷電路、激光盲孔檢測、用于阻抗控制的快速準(zhǔn)確的量測以及低擁有成本等挑戰(zhàn)。一些檢測工藝還可以對低對比度材料進(jìn)行高對比度成像，從而實現(xiàn)完全檢測而不產(chǎn)生誤報。

還有另一個值得考慮的創(chuàng)新工藝：自動光學(xué)成形和修復(fù)。借助此類光學(xué)修復(fù)技術(shù)，制造商可在生產(chǎn)線中識別先進(jìn) HDI (mSAP) PCB 和 IC 載板時，高速度、高質(zhì)量地對開路和短路進(jìn)行成形。這項技術(shù)大大減少了板材和面板的報廢，通過省去人工修復(fù)環(huán)節(jié)以節(jié)省時間和人力，提高整體質(zhì)量和生產(chǎn)良率。借助先進(jìn)的自動光學(xué)修復(fù)技術(shù)，制造商可在 5G PCB 的大規(guī)模生產(chǎn)中提升良率和質(zhì)量，從而提升競爭優(yōu)勢。

設(shè)計和制造

挑戰(zhàn)5G 對 PCB 和 IC 載板設(shè)計和工藝的影響可以實現(xiàn)更精確的大規(guī)模生產(chǎn)。例如：

28 GHz 寬帶基站

隨著世界向 5G 轉(zhuǎn)變，城市地區(qū)每隔 100 米設(shè)置一個迷你 5G 基站，安裝于建筑物、墻壁、屋頂、交通燈等設(shè)施之上，與大型天線塔相距數(shù)公里的 4G LTE 形成了鮮明對比。這些 28 GHz 寬帶基站需要采用新材料制成的 PCB，例如具有低介電常數(shù)（Dk、對比度）的快速層壓板，以提升波速并最多降低 30% 的傳輸損耗。5G 毫米波要求低至 ±5% 的阻抗控制，要求高度精確的 PCB 線路尺寸，并需要在所有面板上進(jìn)行 PCB 內(nèi)線路量測。

在這種情況下，生產(chǎn)線應(yīng)包括用于線路圖案和防焊的先進(jìn) DI，以及用于復(fù)雜、高層數(shù)板的集成 2D 量測的 AOI。

5G 服務(wù)器設(shè)計

要實現(xiàn) 5G 通信，需要將本地和中央服務(wù)器相結(jié)合。這包括超大規(guī)模數(shù)據(jù)服務(wù)器，它們將以盡可能低的延遲創(chuàng)建、處理、存儲和傳輸海量數(shù)據(jù)。附帶的邊緣計算功能在網(wǎng)絡(luò)邊緣（設(shè)備級）對傳感器或用戶創(chuàng)建的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而不是在云中。運行這些服務(wù)器和流程需要高層數(shù) PCB，通常為 12 到 22 層，高性能數(shù)據(jù)服務(wù)器則多達(dá) 30 層。傳輸線路需要嚴(yán)格的阻抗控制才能處理 5G 的高頻。

為支持高處理計算 (HPC) 單元，IC 載板需要采用新設(shè)計且面積高達(dá) 110mm×110mm ，以支持更大芯片和低至 5/5μm 的更精細(xì)線路/間距。

為了實現(xiàn)卓越的缺陷檢測，5G 服務(wù)器要求在制造工藝中，DI 和 AOI 都具有高景深 (DoF)（圖 2）。集成 2D 量測檢測的 AOI 對于嚴(yán)格的阻抗控制也至關(guān)重要。5G 服務(wù)器板還需要 DI，以實現(xiàn)上下層對位高精度和嚴(yán)格的阻抗控制，以及用于大板的防焊 DI。AOI 將確保滿足對全自動化和高產(chǎn)能 MLB 的要求，最后，自動化光學(xué)成形和修復(fù)系統(tǒng)有利于對 PCB 上的短路和開路進(jìn)行低損傷成形。

圖 2.高景深 (DoF) 可確保在不同表面形貌上實現(xiàn)卓越的線路質(zhì)量和均勻性。

5G智能手機(jī)

最新和下一代5G智能手機(jī)依賴于 mSAP/SLP，使用極薄的連接裝置將信號和動力有效地傳輸至連接的組件，同時降低功耗。柔性和剛?cè)峤Y(jié)合PCB是實現(xiàn)更小、更輕和更多功能設(shè)備的另一項要求。越來越復(fù)雜的多輸入多輸出(MIMO)天線配置于使用封裝天線 (AiP) 的5G智能手機(jī)，幫助實現(xiàn)強(qiáng)大功能。

mSAP/SLP和柔性PCB都需要在AOI系統(tǒng)中進(jìn)行激光孔檢測，確保達(dá)到要求的質(zhì)量和連接裝置的準(zhǔn)確定位。先進(jìn)的DI系統(tǒng)可確保 mSAP/SLP 板的精確精細(xì)線路圖案化、柔性和剛?cè)峤Y(jié)合板的高景深 (DoF)，并提供高產(chǎn)能以提升產(chǎn)量。最后，自動光學(xué)成形和修復(fù)可以對檢測過程中發(fā)現(xiàn)的各種缺陷進(jìn)行成形，從而大大減少報廢板的數(shù)量。

結(jié)論

借助先進(jìn)的制造技術(shù)，設(shè)計師能夠根據(jù)需要打造 5G 基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備，支持新的通信協(xié)議和需求。如果采用合適的制造系統(tǒng)，如激光直接成像、自動光學(xué)檢測和自動光學(xué)成形和修復(fù)，設(shè)計師將無需再擔(dān)憂低延遲、高頻率和復(fù)雜易碎的材料等問題。這些技術(shù)不僅可以用于設(shè)計和制造 5G 組件，還可以提高大規(guī)模生產(chǎn)環(huán)境中的良率，這對 5G 的部署和使用至關(guān)重要。

來源：PCBworld

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