5G電路板行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

第五代（5G）技術(shù)已經(jīng)到來？是的，一點沒錯。越來越多的移動無線通信系統(tǒng)正在升級和轉(zhuǎn)換其流程以考慮 5G 技術(shù)，并且更多的電信巨頭加入了這場游戲。

誠然，5G的突破速度為各行各業(yè)開辟了新的市場機遇，其中5G電路板設計、制造和組裝供應商是這場信息革命的幾個受益者之一。

由于電路板可能是每個數(shù)碼相機的心臟，它非常重要，不僅因為它允許各種組件之間的電氣連接，而且因為它承載數(shù)字和模擬信號、高頻數(shù)據(jù){傳輸}信號，以及電源線。隨著 5G 技術(shù)的引入，5G電路板設計和制造究竟需要怎么做？

5G電路板設計的挑戰(zhàn)

混合信號設計

現(xiàn)在大多數(shù)設備都采用老一代電路板。這意味著組件正在發(fā)送和接收頻率范圍從 600 MHz 到 5.925 GHz 和 20MHz 的帶寬通道，或者物聯(lián)網(wǎng)的 200kHz。設計5g電路板時，組件將需滿足 28GHz、30GHz 甚至 77GHz 的毫米波頻率以符合應用。對于帶寬信道，5G 系統(tǒng)應處理 6GHz 以下頻率的 100MHz 和 400MHz 以上的頻率。

這些更高的速度和更高的頻率將需要 PCB 內(nèi)部的適當材料來重新捕獲和傳輸更低和更高的信號，而不會出現(xiàn)信號損失和 EMI。此外，另一個問題是設備將變得更輕、更便攜和更小。由于嚴格的重量、尺寸和空間限制，PCB 材料應靈活輕便，同時可容納板上的所有微電子器件。

對于電路板線路，必須遵循更細的線和更嚴格的阻抗控制。用于 3G 和 4G 高速電路板的標準減法蝕刻可以被用于改進的半加法工藝。這些改進的半加成工藝將提供更精確的跡線和更直的壁。

材料基板也在進行更新。印刷電路板公司將尋找介電常數(shù)低至 3 的材料，因為低速電路板的標準材料通常為 3.5 至 5.5。用于數(shù)字信號的5g電路板也可以選擇更嚴格的玻璃纖維編織、更低的熱耗散因數(shù)損耗材料和薄型銅，以防止信號損失并提高信號可靠性。

EMI問題

EMI、串擾和寄生電容是5g電路板設計中要解決的主要問題。為了管理由于板上的模擬和數(shù)字頻率而出現(xiàn)的串擾和EMI，強烈建議設計差分走線。使用多層板將提供更大的多功能性來選擇如何精確定位高速走線，因此模擬和數(shù)字返回信號的路徑無疑將彼此遠離，同時還會將 AC/DC電路分開。在安排組件時添加屏蔽和過濾還需要降低 PCB 上的自然 EMI 數(shù)量。

為了確保除了嚴重的短路或開路之外，線路的頂部沒有與之關(guān)的缺陷，將更頻繁地使用更高級別的AOI 系統(tǒng)和具有更多功能的 2D 設計來檢查導體的跡線并對其進行測量.這些技術(shù)將幫助 5g 電路板設計者找出可能的信號衰減風險。

熱分析    

更高的信號速度將導致通過 PCB 的電流產(chǎn)生更高的熱量。用于介電材料以及核心基板層的 PCB 材料必須能夠充分應對 5G 技術(shù)所需的高速。如果材料不足，可能會導致銅線剝落、分層、減少和翹曲，這些問題可能會導致 5g 電路板需要重新設計。

為了管理這些更高的環(huán)境，制造商必須注意以導熱率和熱系數(shù)為目標的材料選擇。毫無疑問，需要一種提供更高散熱、出色熱轉(zhuǎn)換和穩(wěn)定介電常數(shù)的材料來創(chuàng)建有益的電路板，以提供應用所需的所有 5G 功能。

5g電路板設計技巧

用于 5G 應用的印刷電路板的風格完全集中在處理混合的高速和高頻信號上，應防止在管理模擬信號的電路板部分和處理數(shù)字信號的電路板部分之間出現(xiàn) EMI，從而滿足 EMC 要求。指導材料選擇的兩個參數(shù)是熱導率和介電常數(shù)熱系數(shù)，它描述了介電常數(shù)的變化（通常以 ppm/°C 為單位）。具有高導熱性的基板實際上是優(yōu)選的，因為它能夠輕松消散組件產(chǎn)生的熱量。介電常數(shù)的熱系數(shù)是一個同樣重要的參數(shù)，因為介電常數(shù)的變化會引起色散，這反過來會拉伸數(shù)字脈沖，取代信號傳播速度，并且在某些情況下還會沿傳輸線產(chǎn)生信號反射。 

選擇基板材料后，設計人員應遵循適用于高頻5g電路板設計的通用規(guī)則：利用盡可能短的走線并檢查走線之間的寬度和距離，以始終保持所有互連的阻抗恒定.以下是一些有助于為 5G電路板應用設計的建議或提示：

1. 選擇具有低介電常數(shù) (Dk) 的材料: 由于 Dk 損耗與頻率成正比增加，因此選擇使用盡可能低的介電常數(shù)的材料至關(guān)重要；

2. 使用少量阻焊層：大多數(shù)阻焊層具有最高的吸濕能力。如果發(fā)生這種情況，當查看電路時可能會發(fā)生高損耗；

3. 使用完美光滑的銅跡線和平面圖：現(xiàn)有的趨膚深度，其實和頻率成反比，所以在5g高頻信號的電路板上，趨膚深度是很淺的。不規(guī)則的銅表面將為您提供現(xiàn)有的不規(guī)則路徑，增加電阻損耗；

4. 信號完整性：高頻是集成電路設計人員面臨的最困難的挑戰(zhàn)。為了能夠最大限度地提高 I/O，高密度互連 (HDI) 需要更薄的走線，這是一個會導致信號退化并導致進一步損耗的因素。這些損耗會對射頻信號的傳輸產(chǎn)生不利影響，可能會延遲幾毫秒，進而導致信號傳輸鏈出現(xiàn)問題。在高頻域中，信號完整性幾乎完全基于檢查阻抗。傳統(tǒng)的 PCB 制造工藝，例如減成法，存在梯形橫截面的軌道的缺點（與垂直于軌道的垂直方向相比，該角度通常在 25 到 45 度之間）。這些橫截面改變了軌道本身的阻抗，嚴重限制了 5G 應用。然而，這一難題可以使用mSAP （半加成制造工藝）技術(shù)來解決，該技術(shù)允許以更高的精度生成跡線，并允許通過光刻技術(shù)定義跡線幾何形狀。

5. 自動檢測

用于高頻應用的 5g 電路板需要經(jīng)過自動檢測程序，包括光學 (AOI) 或通過 ATE 執(zhí)行。這些程序可以極大地提高與產(chǎn)品相關(guān)的質(zhì)量，突出與電路相關(guān)的可能錯誤或低效率。 PCB 自動檢查和測試領域的最新進展已顯著節(jié)省時間并降低了與手動驗證和測試相關(guān)的成本。采用新的自動檢測技術(shù)可能有助于克服 5G 帶來的困難，包括高頻系統(tǒng)中的全局阻抗控制。越來越多地采用自動化檢測方法還可以實現(xiàn)一致的性能和高生產(chǎn)率。

設計如何影響5G電路板制造？

5G在為PCB行業(yè)帶來機遇的同時，也留下了更多更嚴格的技術(shù)要求。其在速度、集成度、散熱性、規(guī)律性、多層性等方面的標志都遠超4G。

全頻譜參與、Massive MIMO 和超高密度系統(tǒng)將成為 5G 系統(tǒng)應用的關(guān)鍵技術(shù)。相應地，5G電路板也提出了復雜的挑戰(zhàn)。最初，基站無線電單元和天線在結(jié)構(gòu)和功能上都發(fā)生了重大變化，主要是無線電單元站的數(shù)量增加（8通道增加到64通道），匹配PCB面積增加； 4G基站設備RRU加天線設備住宅改成5G AAU架構(gòu)（結(jié)合RRU和天線功能），對應更高的PCB集成度。其次，為了實現(xiàn)網(wǎng)絡，這當然是超密集的，還有6GHz以下的范圍方案，用于熱點保護和大容量高-速度傳輸將是值得信賴的。因此，高頻微波爐基站對高頻5G電路板的興趣將會增加。最后，在5G獨立組網(wǎng)的網(wǎng)絡設計下，能夠滿足高速傳輸?shù)募夹g(shù)需求，基帶產(chǎn)品、網(wǎng)板、背板、服務臺等信息傳輸設備所需的PCB將采用增強型級高速基板材料。 “這些技術(shù)難點，需要PCB制造商不斷把握技術(shù)和市場風格，走差異化之路，才能打造出具有競爭力的獨特一面。

從長遠來看，PCB 產(chǎn)品的熱設計可能特別重要。不僅是為了適應高頻產(chǎn)品的原因，還需要高功率和高功率厚度的散熱需求。使用全新的高導熱本肯定是散熱，獨特的散熱結(jié)構(gòu)PCB要求將出現(xiàn)。海量信息、云處理等所需的服務器是高層次、高可靠性的多層面板；物聯(lián)網(wǎng)、智能生產(chǎn)、自動駕駛等新技術(shù)，你會有一些結(jié)構(gòu)獨特、技術(shù)需求獨特的PCB，使用了特殊的材料，但它們通常是特殊的框架，不同于老式的PCB，或者需要比主流更高的精度的PCB。

了解客戶需求并走差異化之路

由于數(shù)字信息業(yè)務的快速增長，PCB行業(yè)繼續(xù)增長。 此外，PCB行業(yè)的重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到亞洲地區(qū)，中國在過去十年中已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缟献畲蟮腜CB專業(yè)基地。

與標準件的OEM制造不同，電路板是為下游客戶定制的產(chǎn)品。這是一個高度“定制”的項目，需要對買家需求有更深入的了解。 5G是一項不斷建立和不斷創(chuàng)新的技術(shù)。如果不能跟上消費者的需求，僅僅通過對服務和產(chǎn)品的詳細分析做更徹底、更詳細，很難利用市場創(chuàng)造發(fā)展。

事實是每個電路板設計加工企業(yè)，都需要為未來的變化做好準備，即使5G已經(jīng)大規(guī)模實施了。如果做得正確，電路板生產(chǎn)商可以受益于事實證明，PCB 檢驗和驗證達到了相當高的精度，并且肯定會很容易地監(jiān)控 PCB，這肯定是有缺陷的。不用說，這些方面中的每一個都反過來帶來成本效益，同時提供具有競爭力的驚人優(yōu)勢。

深亞PCB致力于專注工業(yè)級產(chǎn)品電路板，服務領域涵蓋智能通訊、工業(yè)控制、儀器儀表、航天電子、醫(yī)療電子、軍工應用等。