5G無線技術(shù)的特點(diǎn)是速度快、接入范圍廣和延時(shí)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(shí)。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(jì)和制造的許多方面。設(shè)計(jì)出能夠發(fā)揮5G設(shè)備優(yōu)勢(shì)的PCB存在多個(gè)挑戰(zhàn)。裝配車間也需要新的工藝方法以及先進(jìn)的測(cè)試和檢驗(yàn)設(shè)施。

與5G相關(guān)的PCB設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

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

隨著設(shè)計(jì)復(fù)雜性的提高，5G設(shè)備可能會(huì)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(hào)時(shí)經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致信號(hào)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(huì)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(hào)損失的問題。

為了集成多個(gè)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(jì)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(yùn)行。因此，電磁干擾、串?dāng)_和寄生電容成為5G射頻PCB設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題也就不足為奇了。

熱管理也是5G PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵工作。由于高速信號(hào)會(huì)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(huì)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。

5G PCB設(shè)計(jì)中的先進(jìn)技術(shù)

用于5G應(yīng)用的PCB設(shè)計(jì)領(lǐng)域不斷有新技術(shù)出現(xiàn)；以下是PCB設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)高的電路密度和最小的信號(hào)衰減，PCB制造商會(huì)使用MSAP工藝，而不是通常的負(fù)蝕刻方法。這種工藝會(huì)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(shí)現(xiàn)最小的信號(hào)損失。

自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)(AOI)：針對(duì)5G設(shè)計(jì)，制造商會(huì)在PCB制造過程中使用先進(jìn)的AOI系統(tǒng)，并通過測(cè)量通孔或貼片裝配中的頂層和底層信號(hào)線導(dǎo)通情況來識(shí)別潛在故障，從而提高AOI故障檢測(cè)的精度，減少誤報(bào)并縮短生產(chǎn)線延時(shí)。使用人工智能(AI)的新方法則專注于那些可以使用自動(dòng)光學(xué)整形(AOS)系統(tǒng)修復(fù)的實(shí)際錯(cuò)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(hào)頻率很高，因此其混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)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(cè)試外，還有一些最佳實(shí)操方法可用于高效的5G PCB設(shè)計(jì)。以下是5G PCB實(shí)現(xiàn)的最佳實(shí)操方法簡(jiǎn)介。

5G PCB設(shè)計(jì)指南

選擇介電常數(shù)(Dk)盡可能低的基板材料，因?yàn)镈k損耗會(huì)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(huì)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(huì)隨頻率增加而增加，它會(huì)阻礙電流流動(dòng)。因此，強(qiáng)烈建議在支持5G的PCB中正確設(shè)計(jì)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(gè)PCB疊層中平滑且對(duì)稱，以避免任何阻性損耗。

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

5G設(shè)計(jì)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(duì)于這些組件的正常運(yùn)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(jì)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(huì)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(hào)反射的外層。它需要一定的專業(yè)知識(shí)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(jì)師的成長(zhǎng)機(jī)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(jí)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(gè)巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)。

消費(fèi)行業(yè)正在迅速適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗芴峁┚哂袕?qiáng)大性能的創(chuàng)新功能。隨著對(duì)功能強(qiáng)大且靈活的5G設(shè)備需求的不斷增長(zhǎng)，PCB行業(yè)也將不斷得到擴(kuò)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(jì)要求和發(fā)展趨勢(shì)非常有助于在PCB制造行業(yè)中保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。