5G如何影響PCB的設計和制造?

5G無線技術的特點是速度快、接入范圍廣和延時短。與4G網絡相比，5G可以提供10-20倍的傳輸速率、約100倍的數據容量以及小于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制造行業面臨的最嚴峻挑戰之一。

因此，5G影響了包括PCB組裝在內的設計和制造的許多方面。設計出能夠發揮5G設備優勢的PCB存在多個挑戰。裝配車間也需要新的工藝方法以及先進的測試和檢驗設施。

與5G相關的PCB設計挑戰

以下是工程師在為5G應用設計和制造PCB時面臨的一些主要問題。

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

由于走線尺寸、寬度和橫截面等各種因素，HDI PCB上會出現阻抗不規則現象。如果使用傳統的負蝕刻工藝形成走線橫截面，那么很容易發生因阻抗異常而導致信號損失的問題。

為了集成多個天線陣列單元(AAU)，PCB制造商必須處理更加復雜的技術，如多輸入多輸出(MIMO)。此外，5G設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、串擾和寄生電容成為5G射頻PCB設計的關鍵問題也就不足為奇了。

熱管理也是5G PCB設計中的一個關鍵工作。由于高速信號會產生大量熱量，因此所選的基板和介電常數應足夠處理散熱問題。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相關的挑戰，極大地影響PCB組裝過程，并突破了傳統PCB制造方法的極限。

5G PCB設計中的先進技術

用于5G應用的PCB設計領域不斷有新技術出現；以下是PCB設計人員為滿足新興的5G技術需求而采用的兩種技術。

改進的半加成工藝(MSAP)：為了實現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。存在于導體之間的銅被進一步蝕刻掉。這里的光刻技術用于確保高精度的蝕刻，從而實現最小的信號損失。

自動光學檢測(AOI)：針對5G設計，制造商會在PCB制造過程中使用先進的AOI系統，并通過測量通孔或貼片裝配中的頂層和底層信號線導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整形(AOS)系統修復的實際錯誤。整合后的AOI系統可以提供分析生產線效率所需的數據。

5G應用中的信號頻率很高，因此其混合信號PCB設計相當復雜。除了使用上面討論的新技術進行制造和測試外，還有一些最佳實操方法可用于高效的5G PCB設計。以下是5G PCB實現的最佳實操方法簡介。

5G PCB設計指南

選擇介電常數(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中正確設計具有均勻銅表面的走線。即使是銅平面也應該確保在整個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來說至關重要。如果厚度高于推薦值，層壓板會產生共振并傳播振動波形，從而造成干擾。

5G設計中使用的發射和接收組件非常敏感。準確安裝這些組件對于這些組件的正常運行至關重要，需要遵循嚴格的跡線容差。

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

選擇合適的傳輸線在高頻PCB設計中很重要。在微帶線、帶狀線和接地共面波導(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。它需要一定的專業知識并提前與合同制造商進行討論，以避免在PCB制造過程中產生可能的問題。

5G：PCB設計師的成長機遇

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

消費行業正在迅速適應5G網絡，因為它能提供具有強大性能的創新功能。隨著對功能強大且靈活的5G設備需求的不斷增長，PCB行業也將不斷得到擴張。然而，PCB裝配供應商必須為此提供適應5G技術快速發展的工具和工藝流程。

總之，了解5G的設計要求和發展趨勢非常有助于在PCB制造行業中保持競爭優勢。