5G和毫米波的差异以及为PCB带来的变化（附5G毫米波(mmWave)技术给PCB制造带来挑战）.docx

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1、在华为研发出高速、大容量的下一代通信标准“5G”以来，随着兼容5G的智能手机发售，它开始真正走进我们的生活，。这一次，我要介绍的，是5G高频和毫米波之间的差异，和5G行业中PCB的变化方式以及用于各种用途的PCB的类型。什么是下一代通信标准“5G”？5G有三个主要变化：1、多个同时连接；2、超高速和大容量；3、低延迟。与4G相比，通信速度是20倍，延迟是1/10,同时连接数是10倍。（4G的通信速度是3G的15倍，那时候我觉得4G非常快。）5G对于之前的标准来说太快了，关键是大容量通信和多个连接可以亳无延迟地完成。这将使远程医疗成为可能，提供高清VR游戏和电影，并结合大量传感器信息和图像处理功

2、能，以实现自动驾驶和智慧城市。高频以及5G和亳米波之间的差异用于5G通信的频段和称为毫米波的频段都是高频。5G中使用的频段分为Sub6和毫米波。5吐6是小于66r12的频带，可以通过应用与4G（LTE,Wi-Fi）相同的通信技术来实现。但是，在Sub6频带中，超高速，大容量通信没有明显改善。口超高速和大容量的特性归因于毫米波波段的特性。通常，亳米波是频率超过30GHZ的频率，但是由于28GHZ的5G通信频带接近亳米波，因此无区别地称为亳米波。高频基板的更换材料为了满足毫米波范围，必须减小绝缘材料的介电损耗。介电损耗是指将交流电场施加到电介质时，能量作为热量的损耗，从而导致信号劣化。特别是在亳米

3、波区域，由于介电损耗引起的信号劣化的影响很大，因此选择印刷电路板的绝缘材料非常重要。氟碳树脂是具有低传输损耗的代表性树脂，特氟隆和聚四氟乙烯是著名的。它具有优异的耐热性，耐湿性和耐化学性，但是太硬并且制造印刷电路板时的可加工性差。LCP（液晶聚合物）是具有低传输损耗的另一种材料，但是其缺点是其具有高热塑性，并且由于在板制造期间的高温处理而产生缺陷。当前，每个公司都在开发毫米波区域传输损耗低的树脂材料。例如，松下的MEGTRON6用作CCL（覆铜箔层压板）的基材，并且在基材制造过程中比特氟龙具有更好的可加工性。即使是支持高频的产品，也不必使用上述引入的具有低传输损耗的材料来制造整个印刷电路板的绝

4、缘层。存在一种方法，其中仅将高频电路层或仅将发射无线电波的RF模块部分用作传输损耗的基板。5G通信使用的板是什么？印刷电路板用于基站中以发送和接收5G无线电波，5G智能手机，用于实现智能城市的各种监视传感器以及用于自动驾驶的雷达。大多数基站板是具有多层绝缘层和图案层的高通量通孔板。用于5G通信的RF模块安装在5G智能手机和监视传感器中，并且该板通常具有超高密度任何层板的规格。大多数用于自动驾驶的雷达具有相对较大的组合板规格。总结对于高频应用，截至2020年，研究阶段涉及很多部分，并且在某些领域还没有明确的方向。但是，随着5G通信在世界各国的实际应用中，我们预计许多产品将以更快的速度商业化。到基

5、站基础设施就绪时，我认为所有设备都已配备5G通信模块，这将为我们提供更便捷的生活。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PCBo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

6、计要求都推动或超越了传统PCB制造技术的极限。成像技术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，Dl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）Dl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。自动光学检测理想情况下，自动光学检测（AOI）应提供几乎无需人

7、工处理的检测和测量,并具备检测小至5m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PCBAOI可与2D激光盲孔测量集成

8、，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亳米波天线板等部件也至关重要。图L2D量测技术检测和测量PCB的顶部和底部跟踪导一般而言，5GPCB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I

9、C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5GPCB的大规模生产中提升良率和质量，从而提升竞争优势。设计和制造挑战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：28GHz宽带基站随着世界向5G转变，城市地区每隔IOO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4GLTE形成了鲜明对比。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，

10、以提升波速并最多降低30%的传输损耗。5G亳米波要求低至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AOL5G服务器设计要实现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

11、局频。为支持高处理计算（HPC）单元，IC载板需要采用新设计且面稍高达IlOmmxllOmm,以支持更大芯片和低至5/5m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）o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Dl,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DLAOI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图2.高景深（DoF）可确保在不同表面形貌上实现卓越的线路质量和均匀性。5G智能手机最新和下一代5G智能

12、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（MlMo）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AOl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。结论。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。