5G毫米波(mmWave)技术给PCB制造带来挑战

5G 给高频 PCB 带来了新的设计和制造挑战。要满足 5G 技术要求，需要采用严格的图案设计和复杂的材料。因此，该行业需要采用新的成像、检测和量测技术来制造 5G 基础设施和设备所需的 PCB。

蜂窝基站、数据服务器、高性能计算系统和人工智能等 5G 基础设施，增加了对精细线路 IC 载板和高层数 (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程序增加了对柔性 PCB、任意层高密度互连 (HDI) 以及具有先进 HDI 的更高密度 PCB 的需求。所有这些面向 5G 的 PCB 设计要求都推动或超越了传统 PCB 制造技术的极限。

一些先进的制造技术有望提供所需的成像和检测能力，制造更高质量和更复杂的 PCB 以满足 5G 技术要求。其中包括直接成像 (DI)、自动光学检测 (AOI) 以及自动光学成形和修复。然而，5G 基础设施和 5G 设备中使用的 PCB 的制造要求却并不相同。

就5G基础设施而言，DI技术可实现高频5G（如毫米波）所需的严格阻抗控制，以及大面板上的高精度和严格的上下层对位精度，从而满足对高层数MLB的要求。高容量防焊(SM)DI技术可支持大尺寸（高达 32 英寸）和翘曲面板，同时满足5G对更高分辨率和精度的要求。

理想情况下，自动光学检测 (AOI) 应提供几乎无需人工处理的检测和测量，并具备检测小至 5 μm 的 IC 载板精细线路的能力，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，DI 可提供高质量成像，满足改良型半加成法工艺 (mSAP) 或类载板 PCB (SLP) 生产工艺对精细线路、精确的导体几何形状、高精度和高级缩放的要求，同时保持最高的有效产能和良率。随着 5G 电子产品对更小的外形尺寸、更轻的重量和更高级的功能的需求不断增长，柔性印刷电路 (FPC) 这一组件的重要性日益提升，给制造带来了新的挑战。卷对卷 DI 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。

设备中使用的 PCB AOI 可与 2D 激光盲孔测量集成，以测量盲孔的尺寸，包括顶部和底部直径、圆度和taper以及位置。此外，与自动 2D 线宽量测（图 1）相集成的 AOI 是确保准确的顶部和底部测量，从而实现阻抗控制的关键，同时这对 5G 毫米波天线板等部件也至关重要。

图 1.2D 量测技术检测和测量 PCB 的顶部和底部跟踪导

一般而言，5G PCB 检测需求必须解决诸如低对比度材料层、透明柔性印刷电路、激光盲孔检测、用于阻抗控制的快速准确的量测以及低拥有成本等挑战。一些检测工艺还可以对低对比度材料进行高对比度成像，从而实现完全检测而不产生误报。

还有另一个值得考虑的创新工艺：自动光学成形和修复。借助此类光学修复技术，制造商可在生产线中识别先进 HDI (mSAP) PCB 和 IC 载板时，高速度、高质量地对开路和短路进行成形。这项技术大大减少了板材和面板的报废，通过省去人工修复环节以节省时间和人力，提高整体质量和生产良率。借助先进的自动光学修复技术，制造商可在 5G PCB 的大规模生产中提升良率和质量，从而提升竞争优势。

挑战5G 对 PCB 和 IC 载板设计和工艺的影响可以实现更精确的大规模生产。例如：

随着世界向 5G 转变，城市地区每隔 100 米设置一个迷你 5G 基站，安装于建筑物、墙壁、屋顶、交通灯等设施之上，与大型天线塔相距数公里的 4G LTE 形成了鲜明对比。这些 28 GHz 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，以提升波速并最多降低 30% 的传输损耗。5G 毫米波要求低至 ±5% 的阻抗控制，要求高度精确的 PCB 线路尺寸，并需要在所有面板上进行 PCB 内线路量测。

在这种情况下，生产线应包括用于线路图案和防焊的先进 DI，以及用于复杂、高层数板的集成 2D 量测的 AOI。

要实现 5G 通信，需要将本地和中央服务器相结合。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、存储和传输海量数据。附带的边缘计算功能在网络边缘（设备级）对传感器或用户创建的实时数据进行处理，而不是在云中。运行这些服务器和流程需要高层数 PCB，通常为 12 到 22 层，高性能数据服务器则多达 30 层。传输线路需要严格的阻抗控制才能处理 5G 的高频。

为支持高处理计算 (HPC) 单元，IC 载板需要采用新设计且面積高达 110mm×110mm ，以支持更大芯片和低至 5/5μm 的更精细线路/间距。

为了实现卓越的缺陷检测，5G 服务器要求在制造工艺中，DI 和 AOI 都具有高景深 (DoF)（图 2）。集成 2D 量测检测的 AOI 对于严格的阻抗控制也至关重要。5G 服务器板还需要 DI，以实现上下层对位高精度和严格的阻抗控制，以及用于大板的防焊 DI。AOI 将确保满足对全自动化和高产能 MLB 的要求，最后，自动化光学成形和修复系统有利于对 PCB 上的短路和开路进行低损伤成形。

最新和下一代5G智能手机依赖于 mSAP/SLP，使用极薄的连接装置将信号和动力有效地传输至连接的组件，同时降低功耗。柔性和刚柔结合PCB是实现更小、更轻和更多功能设备的另一项要求。越来越复杂的多输入多输出(MIMO)天线配置于使用封装天线 (AiP) 的5G智能手机，帮助实现强大功能。

mSAP/SLP和柔性PCB都需要在AOI系统中进行激光孔检测，确保达到要求的质量和连接装置的准确定位。先进的DI系统可确保 mSAP/SLP 板的精确精细线路图案化、柔性和刚柔结合板的高景深 (DoF)，并提供高产能以提升产量。最后，自动光学成形和修复可以对检测过程中发现的各种缺陷进行成形，从而大大减少报废板的数量。

借助先进的制造技术，设计师能够根据需要打造 5G 基础设施和设备，支持新的通信协议和需求。如果采用合适的制造系统，如激光直接成像、自动光学检测和自动光学成形和修复，设计师将无需再担忧低延迟、高频率和复杂易碎的材料等问题。这些技术不仅可以用于设计和制造 5G 组件，还可以提高大规模生产环境中的良率，这对 5G 的部署和使用至关重要。