5G毫米波给PCB制造带来哪些挑战

5G 可以比 4G 快 100 倍，数据容量高 100 倍，延迟不到一毫秒。

这对 PCB 意味着什么？

5G为高频PCB带来了新的设计和制造挑战，带来了紧密的图案设计和复杂的材料。因此，该行业需要新的成像、检测和计量技术来制造5G基础设施和设备所需的PCB。

5G 基础设施，包括蜂窝基站、数据服务器、高性能计算系统和人工智能，增加了对细线 IC 基板和高层数 (HLC) 多层板 (MLB) 的需求。在设备方面，5G 天线、摄像头模块和显示驱动器增加了对柔性 PCB、任何层高密度互连 (HDI) 以及具有高级 HDI 的更高密度PCB的需求。所有这些对 5G 的 PCB 设计要求都推动或超越了传统 PCB 制造技术的极限。

成像技术

几种先进的制造技术已准备好提供所需的成像和检测能力，以确保 5G 的 PCB 质量更高、更复杂。其中包括激光直接成像 (LDI)、自动光学检测 (AOI) 以及自动光学整形和修复。然而，制造用于 5G 基础设施和 5G 设备的 PCB 的要求是不同的。

在 5G 基础设施方面，LDI 技术可实现毫米波等高频 5G 所需的严格阻抗控制，以及大面板的高精度和严格的前后精度，以满足高层数MLB的需求。高容量阻焊层 (SM) DI 技术可以支持大型（高达32英寸）和翘曲面板，同时满足5G对更高分辨率和准确性的需求。

自动光学检测

理想情况下，自动光学检测 (AOI) 应以最少的操作提供检测和测量，同时提供检测小至5µm的IC基板细线的能力，这是5G基础设施中 HPC 和数据服务器的典型特征。

对于 5G 设备，LDI可以提供具有改进的半加成工艺(mSAP) 或类基板 PCB (SLP) 生产工艺所需的精细线条、精确导体几何形状、高精度和高级缩放的高质量成像，同时保持最高的有效吞吐量和产量。

随着 5G 电子产品对更小外形、更轻重量和更高功能的需求不断增长，柔性印刷电路 (FPC) 成为越来越重要的组件，给制造带来了新的挑战。卷对卷LDI系统使FPC制造商能够使用基于卷的柔性材料，同时保持其完整性并最大限度地减少经常发生的损坏和变形。

用于设备中的PCB的AOI可以与2D激光通孔集成，测量通孔的所有尺寸，包括顶部和底部直径、圆度和锥度以及位置。此外，具有自动 2D计量的AOI（图 1.）是确保准确进行阻抗控制的顶部和底部测量的关键，这对于 5G 毫米波天线板很重要。

一般而言，5G PCB检测需求必须解决诸如材料的低对比度层、透明柔性印刷电路、激光通孔检测、用于阻抗控制的快速准确计量以及低拥有成本等挑战。一些检测过程还可以创建低对比度材料的高对比度成像，以实现完全检测而不会出现误报。

应该考虑另一个创新过程：自动光学整形和修复。这种类型的光学修复允许制造商在生产线中识别出高级 HDI (mSAP) PCB 和IC基板中的开路和短路形状，以高速和高质量。该技术大大减少了废板和面板，通过消除人工维修节省了时间和劳动力，并提高了它们的整体质量和产量。先进的自动光学修复可为制造商提供更高产量和质量的5G PCB批量生产竞争优势。

设计和制造挑战

5G对PCB和IC基板设计和工艺的影响可以实现更精确的量产。例如：26/28 GHz基站。

随 转向5 G，5G小基站每100m位于城市地区，安装在建筑物、墙壁、屋顶、交通灯等上，与具有大型天线塔的 4G LTE 形成对比相距数公里。这些28GHz宽带基站需要采用新材料制成的 PCB，例如具有低介电常数（Dk、对比度）的快速层压板，以实现更快的波速和高达 30% 的传输损耗降低。毫米波5G需要低至±5%的阻抗控制，需要高度准确的PCB线路尺寸，并且需要在所有面板上进行 PCB内线路计量。

在这种情况下，生产线应包括用于图案化和阻焊层的高级LDI、与2D计量集成的AOI，用于复杂的高层数电路板。

5G 服务器设计

要实现5G通信，需要结合使用本地服务器和集中式服务器。这包括超大规模数据服务器，它们将以尽可能低的延迟创建、处理、存储和传输大量数据。伴随的边缘计算功能是基于传感器或用户在网络边缘（设备级别）创建的实时数据，而不是在云中。运行这些服务器和流程需要具有较高层数的 PCB，通常为12到22层，对于高性能数据服务器则多达 30 层。传输线需要严格的阻抗控制来处理5G的高频。

为实现高处理计算 (HPC) 单元，需要对IC基板进行新设计，以支持高达110毫米×110毫米的更大芯片和低至 5/5 微米的更细线/间距。

为实现卓越的缺陷检测，5G 服务器需要针对 DI 和 AOI 的高焦深 (DoF) 制造工艺（图 2）。具有集成 2D 计量检测的 AOI 对于严格的阻抗控制也至关重要。5G服务器的电路板还需要 DI 以实现具有严格阻抗控制的高前后精度，以及用于大型面板的阻焊层的 DI。AOI将确保满足全自动和高吞吐量MLB的要求，最后，自动光学整形和修复系统有利于对PCB上的短路和开路进行低穿透整形。

5G 智能手机

最新一代和下一代 5G 智能手机依靠mSAP/SLP 使用非常薄的互连器高效地将信号和电力传输到连接组件，同时降低功耗。柔性和刚性柔性 PCB 是促进更小、更轻和更多功能设备的另一个要求。使用封装天线 (AiP) 实现高功率功能的 5G 智能手机中使用了越来越复杂的多输入多输出 (MIMO) 天线配置。

mSAP/SLP 和柔性 PCB 都需要在 AOI 系统中进行激光通孔检查，以确保互连器所需的质量和准确定位。先进的 DI 系统可确保 mSAP/SLP 板的精确细线图案化和柔性板和刚柔板的高焦深 (DoF)，并为增加的产量提供高吞吐量。最后，自动光学整形和修复可以通过整形检查过程中发现的各种缺陷来大大减少报废电路板的数量。

结论

先进的制造技术让设计人员可以根据需要创建5G基础设施和设备，以支持新的通信协议和需求。如果采用正确的制造系统，如激光直接成像、自动光学检测和自动光学成型和修复，低延迟、高频率和复杂易碎的材料将不再是设计师的担忧。