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。

5G線路板設計挑戰

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。

圖1：PCB設計需要采用新的先進制造方法來滿足5G應用。資料來源：Technotronix
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。

圖2：高頻5G網絡對PCB設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。下期我們繼續分享，請持續關注。