5G毫米波(mmWave)技術給PCB制造帶來挑戰

5G 給高頻 PCB 帶來了新的設計和制造挑戰。要滿足 5G 技術要求，需要采用嚴格的圖案設計和復雜的材料。因此，該行業需要采用新的成像、檢測和量測技術來制造 5G 基礎設施和設備所需的 PCB。

蜂窩基站、數據服務器、高性能計算系統和人工智能等 5G 基礎設施，增加了對精細線路 IC 載板和高層數?(HLC)?多層板?(MLB)?的需求。在設備方面，5G 天線、攝像頭模塊和顯示驅動程序增加了對柔性 PCB、任意層高密度互連?(HDI)?以及具有先進 HDI 的更高密度 PCB 的需求。所有這些面向 5G 的 PCB 設計要求都推動或超越了傳統 PCB 制造技術的極限。

一些先進的制造技術有望提供所需的成像和檢測能力，制造更高質量和更復雜的 PCB 以滿足 5G 技術要求。其中包括直接成像?(DI)、自動光學檢測?(AOI)?以及自動光學成形和修復。然而，5G 基礎設施和 5G 設備中使用的 PCB 的制造要求卻并不相同。

就5G基礎設施而言，DI技術可實現高頻5G（如毫米波）所需的嚴格阻抗控制，以及大面板上的高精度和嚴格的上下層對位精度，從而滿足對高層數MLB的要求。高容量防焊(SM)DI技術可支持大尺寸（高達 32 英寸）和翹曲面板，同時滿足5G對更高分辨率和精度的要求。

理想情況下，自動光學檢測?(AOI)?應提供幾乎無需人工處理的檢測和測量，并具備檢測小至 5 μm 的 IC 載板精細線路的能力，這是 5G 基礎設施中 HPC 和數據服務器的典型特征。

對于 5G 設備，DI 可提供高質量成像，滿足改良型半加成法工藝?(mSAP)?或類載板 PCB (SLP)?生產工藝對精細線路、精確的導體幾何形狀、高精度和高級縮放的要求，同時保持最高的有效產能和良率。隨著 5G 電子產品對更小的外形尺寸、更輕的重量和更高級的功能的需求不斷增長，柔性印刷電路?(FPC)?這一組件的重要性日益提升，給制造帶來了新的挑戰。卷對卷 DI 系統使 FPC 制造商能夠使用基于卷的柔性材料，同時保持其完整性并最大限度地減少經常發生的損壞和變形。

設備中使用的 PCB AOI 可與 2D 激光盲孔測量集成，以測量盲孔的尺寸，包括頂部和底部直徑、圓度和taper以及位置。此外，與自動 2D 線寬量測（圖 1）相集成的 AOI 是確保準確的頂部和底部測量，從而實現阻抗控制的關鍵，同時這對 5G 毫米波天線板等部件也至關重要。

圖?1.2D?量測技術檢測和測量?PCB?的頂部和底部跟蹤導

一般而言，5G PCB 檢測需求必須解決諸如低對比度材料層、透明柔性印刷電路、激光盲孔檢測、用于阻抗控制的快速準確的量測以及低擁有成本等挑戰。一些檢測工藝還可以對低對比度材料進行高對比度成像，從而實現完全檢測而不產生誤報。

還有另一個值得考慮的創新工藝：自動光學成形和修復。借助此類光學修復技術，制造商可在生產線中識別先進 HDI (mSAP) PCB 和 IC 載板時，高速度、高質量地對開路和短路進行成形。這項技術大大減少了板材和面板的報廢，通過省去人工修復環節以節省時間和人力，提高整體質量和生產良率。借助先進的自動光學修復技術，制造商可在 5G PCB 的大規模生產中提升良率和質量，從而提升競爭優勢。

挑戰5G 對 PCB 和 IC 載板設計和工藝的影響可以實現更精確的大規模生產。例如：

隨著世界向 5G 轉變，城市地區每隔 100?米設置一個迷你 5G 基站，安裝于建筑物、墻壁、屋頂、交通燈等設施之上，與大型天線塔相距數公里的 4G LTE 形成了鮮明對比。這些 28 GHz 寬帶基站需要采用新材料制成的 PCB，例如具有低介電常數（Dk、對比度）的快速層壓板，以提升波速并最多降低 30%?的傳輸損耗。5G 毫米波要求低至?±5%?的阻抗控制，要求高度精確的 PCB 線路尺寸，并需要在所有面板上進行 PCB 內線路量測。

在這種情況下，生產線應包括用于線路圖案和防焊的先進 DI，以及用于復雜、高層數板的集成 2D 量測的 AOI。

要實現 5G 通信，需要將本地和中央服務器相結合。這包括超大規模數據服務器，它們將以盡可能低的延遲創建、處理、存儲和傳輸海量數據。附帶的邊緣計算功能在網絡邊緣（設備級）對傳感器或用戶創建的實時數據進行處理，而不是在云中。運行這些服務器和流程需要高層數 PCB，通常為 12 到 22 層，高性能數據服務器則多達 30?層。傳輸線路需要嚴格的阻抗控制才能處理 5G 的高頻。

為支持高處理計算?(HPC)?單元，IC 載板需要采用新設計且面積高達 110mm×110mm ，以支持更大芯片和低至 5/5μm 的更精細線路/間距。

為了實現卓越的缺陷檢測，5G 服務器要求在制造工藝中，DI 和 AOI 都具有高景深?(DoF)（圖 2）。集成 2D 量測檢測的 AOI 對于嚴格的阻抗控制也至關重要。5G 服務器板還需要 DI，以實現上下層對位高精度和嚴格的阻抗控制，以及用于大板的防焊 DI。AOI 將確保滿足對全自動化和高產能 MLB 的要求，最后，自動化光學成形和修復系統有利于對 PCB 上的短路和開路進行低損傷成形。

最新和下一代5G智能手機依賴于 mSAP/SLP，使用極薄的連接裝置將信號和動力有效地傳輸至連接的組件，同時降低功耗。柔性和剛柔結合PCB是實現更小、更輕和更多功能設備的另一項要求。越來越復雜的多輸入多輸出(MIMO)天線配置于使用封裝天線?(AiP)?的5G智能手機，幫助實現強大功能。

mSAP/SLP和柔性PCB都需要在AOI系統中進行激光孔檢測，確保達到要求的質量和連接裝置的準確定位。先進的DI系統可確保 mSAP/SLP 板的精確精細線路圖案化、柔性和剛柔結合板的高景深?(DoF)，并提供高產能以提升產量。最后，自動光學成形和修復可以對檢測過程中發現的各種缺陷進行成形，從而大大減少報廢板的數量。

借助先進的制造技術，設計師能夠根據需要打造 5G 基礎設施和設備，支持新的通信協議和需求。如果采用合適的制造系統，如激光直接成像、自動光學檢測和自動光學成形和修復，設計師將無需再擔憂低延遲、高頻率和復雜易碎的材料等問題。這些技術不僅可以用于設計和制造 5G 組件，還可以提高大規模生產環境中的良率，這對 5G 的部署和使用至關重要。