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的測試和檢驗設(shè)施。

5G線路板設(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 PCB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。

圖1：PCB設(shè)計需要采用新的先進制造方法來滿足5G應(yīng)用。資料來源：Technotronix
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)計中的先進技術(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)。

圖2：高頻5G網(wǎng)絡(luò)對PCB設(shè)計提出了更高的電路密度和更低的信號衰減要求。資料來源：Technotronix
電路板廠講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。下期我們繼續(xù)分享，請持續(xù)關(guān)注。