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(lái)？是的，一點(diǎn)沒(méi)錯(cuò)。越來(lái)越多的移動(dòng)無(wú)線通信系統(tǒng)正在升級(jí)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(chǎng)游戲。

誠(chéng)然，5G的突破速度為各行各業(yè)開(kāi)辟了新的市場(chǎng)機(jī)遇，其中5G電路板設(shè)計(jì)、制造和組裝供應(yīng)商是這場(chǎng)信息革命的幾個(gè)受益者之一。

由于電路板可能是每個(gè)數(shù)碼相機(jī)的心臟，它非常重要，不僅因?yàn)樗试S各種組件之間的電氣連接，而且因?yàn)樗休d數(shù)字和模擬信號(hào)、高頻數(shù)據(jù){傳輸}信號(hào)，以及電源線。隨著 5G 技術(shù)的引入，5G電路板設(shè)計(jì)和制造究竟需要怎么做？

5G電路板設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)

混合信號(hào)設(shè)計(jì)

現(xiàn)在大多數(shù)設(shè)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(shè)計(jì)5g電路板時(shí)，組件將需滿足 28GHz、30GHz 甚至 77GHz 的毫米波頻率以符合應(yīng)用。對(duì)于帶寬信道，5G 系統(tǒng)應(yīng)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(dāng)材料來(lái)重新捕獲和傳輸更低和更高的信號(hào)，而不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)損失和 EMI。此外，另一個(gè)問(wèn)題是設(shè)備將變得更輕、更便攜和更小。由于嚴(yán)格的重量、尺寸和空間限制，PCB 材料應(yīng)靈活輕便，同時(shí)可容納板上的所有微電子器件。

對(duì)于電路板線路，必須遵循更細(xì)的線和更嚴(yán)格的阻抗控制。用于 3G 和 4G 高速電路板的標(biāo)準(zhǔn)減法蝕刻可以被用于改進(jìn)的半加法工藝。這些改進(jìn)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(jìn)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?yàn)榈退匐娐钒宓臉?biāo)準(zhǔn)材料通常為 3.5 至 5.5。用于數(shù)字信號(hào)的5g電路板也可以選擇更嚴(yán)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(hào)損失并提高信號(hào)可靠性。

EMI問(wèn)題

EMI、串?dāng)_和寄生電容是5g電路板設(shè)計(jì)中要解決的主要問(wèn)題。為了管理由于板上的模擬和數(shù)字頻率而出現(xiàn)的串?dāng)_和EMI，強(qiáng)烈建議設(shè)計(jì)差分走線。使用多層板將提供更大的多功能性來(lái)選擇如何精確定位高速走線，因此模擬和數(shù)字返回信號(hào)的路徑無(wú)疑將彼此遠(yuǎn)離，同時(shí)還會(huì)將 AC/DC電路分開(kāi)。在安排組件時(shí)添加屏蔽和過(guò)濾還需要降低 PCB 上的自然 EMI 數(shù)量。

為了確保除了嚴(yán)重的短路或開(kāi)路之外，線路的頂部沒(méi)有與之關(guān)的缺陷，將更頻繁地使用更高級(jí)別的AOI 系統(tǒng)和具有更多功能的 2D 設(shè)計(jì)來(lái)檢查導(dǎo)體的跡線并對(duì)其進(jìn)行測(cè)量.這些技術(shù)將幫助 5g 電路板設(shè)計(jì)者找出可能的信號(hào)衰減風(fēng)險(xiǎn)。

熱分析    

更高的信號(hào)速度將導(dǎo)致通過(guò) 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(yīng)對(duì) 5G 技術(shù)所需的高速。如果材料不足，可能會(huì)導(dǎo)致銅線剝落、分層、減少和翹曲，這些問(wèn)題可能會(huì)導(dǎo)致 5g 電路板需要重新設(shè)計(jì)。

為了管理這些更高的環(huán)境，制造商必須注意以導(dǎo)熱率和熱系數(shù)為目標(biāo)的材料選擇。毫無(wú)疑問(wèn)，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(lái)創(chuàng)建有益的電路板，以提供應(yīng)用所需的所有 5G 功能。

5g電路板設(shè)計(jì)技巧

用于 5G 應(yīng)用的印刷電路板的風(fēng)格完全集中在處理混合的高速和高頻信號(hào)上，應(yīng)防止在管理模擬信號(hào)的電路板部分和處理數(shù)字信號(hào)的電路板部分之間出現(xiàn) EMI，從而滿足 EMC 要求。指導(dǎo)材料選擇的兩個(gè)參數(shù)是熱導(dǎo)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(dǎo)熱性的基板實(shí)際上是優(yōu)選的，因?yàn)樗軌蜉p松消散組件產(chǎn)生的熱量。介電常數(shù)的熱系數(shù)是一個(gè)同樣重要的參數(shù)，因?yàn)榻殡姵?shù)的變化會(huì)引起色散，這反過(guò)來(lái)會(huì)拉伸數(shù)字脈沖，取代信號(hào)傳播速度，并且在某些情況下還會(huì)沿傳輸線產(chǎn)生信號(hào)反射。 

選擇基板材料后，設(shè)計(jì)人員應(yīng)遵循適用于高頻5g電路板設(shè)計(jì)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(yīng)用設(shè)計(jì)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(dāng)查看電路時(shí)可能會(huì)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(shí)和頻率成反比，所以在5g高頻信號(hào)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(hào)完整性：高頻是集成電路設(shè)計(jì)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(gè)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)退化并導(dǎo)致進(jìn)一步損耗的因素。這些損耗會(huì)對(duì)射頻信號(hào)的傳輸產(chǎn)生不利影響，可能會(huì)延遲幾毫秒，進(jìn)而導(dǎo)致信號(hào)傳輸鏈出現(xiàn)問(wèn)題。在高頻域中，信號(hào)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(diǎn)（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(yán)重限制了 5G 應(yīng)用。然而，這一難題可以使用mSAP （半加成制造工藝）技術(shù)來(lái)解決，該技術(shù)允許以更高的精度生成跡線，并允許通過(guò)光刻技術(shù)定義跡線幾何形狀。

5. 自動(dòng)檢測(cè)

用于高頻應(yīng)用的 5g 電路板需要經(jīng)過(guò)自動(dòng)檢測(cè)程序，包括光學(xué) (AOI) 或通過(guò) 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(cuò)誤或低效率。 PCB 自動(dòng)檢查和測(cè)試領(lǐng)域的最新進(jìn)展已顯著節(jié)省時(shí)間并降低了與手動(dòng)驗(yàn)證和測(cè)試相關(guān)的成本。采用新的自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)可能有助于克服 5G 帶來(lái)的困難，包括高頻系統(tǒng)中的全局阻抗控制。越來(lái)越多地采用自動(dòng)化檢測(cè)方法還可以實(shí)現(xiàn)一致的性能和高生產(chǎn)率。

設(shè)計(jì)如何影響5G電路板制造？

5G在為PCB行業(yè)帶來(lái)機(jī)遇的同時(shí)，也留下了更多更嚴(yán)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(biāo)志都遠(yuǎn)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(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。相應(yīng)地，5G電路板也提出了復(fù)雜的挑戰(zhàn)。最初，基站無(wú)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(wú)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(shè)備RRU加天線設(shè)備住宅改成5G AAU架構(gòu)（結(jié)合RRU和天線功能），對(duì)應(yīng)更高的PCB集成度。其次，為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，這當(dāng)然是超密集的，還有6GHz以下的范圍方案，用于熱點(diǎn)保護(hù)和大容量高-速度傳輸將是值得信賴(lài)的。因此，高頻微波爐基站對(duì)高頻5G電路板的興趣將會(huì)增加。最后，在5G獨(dú)立組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)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(wù)臺(tái)等信息傳輸設(shè)備所需的PCB將采用增強(qiáng)型級(jí)高速基板材料。 “這些技術(shù)難點(diǎn)，需要PCB制造商不斷把握技術(shù)和市場(chǎng)風(fēng)格，走差異化之路，才能打造出具有競(jìng)爭(zhēng)力的獨(dú)特一面。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，PCB 產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)可能特別重要。不僅是為了適應(yīng)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(dǎo)熱本肯定是散熱，獨(dú)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(wù)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(dòng)駕駛等新技術(shù)，你會(huì)有一些結(jié)構(gòu)獨(dú)特、技術(shù)需求獨(dú)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(wù)的快速增長(zhǎng)，PCB行業(yè)繼續(xù)增長(zhǎng)。 此外，PCB行業(yè)的重心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到亞洲地區(qū)，中國(guó)在過(guò)去十年中已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槭澜缟献畲蟮腜CB專(zhuān)業(yè)基地。

與標(biāo)準(zhǔn)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(gè)高度“定制”的項(xiàng)目，需要對(duì)買(mǎi)家需求有更深入的了解。 5G是一項(xiàng)不斷建立和不斷創(chuàng)新的技術(shù)。如果不能跟上消費(fèi)者的需求，僅僅通過(guò)對(duì)服務(wù)和產(chǎn)品的詳細(xì)分析做更徹底、更詳細(xì)，很難利用市場(chǎng)創(chuàng)造發(fā)展。

事實(shí)是每個(gè)電路板設(shè)計(jì)加工企業(yè)，都需要為未來(lái)的變化做好準(zhǔn)備，即使5G已經(jīng)大規(guī)模實(shí)施了。如果做得正確，電路板生產(chǎn)商可以受益于事實(shí)證明，PCB 檢驗(yàn)和驗(yàn)證達(dá)到了相當(dāng)高的精度，并且肯定會(huì)很容易地監(jiān)控 PCB，這肯定是有缺陷的。不用說(shuō)，這些方面中的每一個(gè)都反過(guò)來(lái)帶來(lái)成本效益，同時(shí)提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的驚人優(yōu)勢(shì)。

深亞PCB致力于專(zhuān)注工業(yè)級(jí)產(chǎn)品電路板，服務(wù)領(lǐng)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(yīng)用等。