5G毫米波通讯对高频PCB覆铜板的技术要求

电子通讯产品发展经历了 1G、2G、3G、4G等几个阶段，目前正迈向第 5 代通讯产品阶 段，作为第5代电子通讯，与 4G 相比，5G 在峰值速率、频谱效率、时延等方面都发生了重 大变化，这给 PCB 和覆铜板材料提出了新的要求，本文章将从 5G 通讯终端产品角度出发， 提出对 PCB 技术、覆铜板技术以及上下游铜箔、玻璃布、树脂等技术需求，为PCB行业相关领域提供参考。

一、5G关键技术指标分析

5G产品将给大家带来无限美好的移动互联憧憬和体验，从技术上来讲，需要面对很多 挑战，通过解决这些问题，必将带来很多技术上的突破和提升。

在5G时代，会有大量MIMO天线应用，在Massive MIMO天线中，由于天线通道数量 的增加，每个天线通道在功率放大器中所对应的通道数也会相应增加，而这一变化会导致功率放大器的整体功率增加，从而需要功率放大器具备更高的功率效率，而作为提升功率效率的办法之一，如何降低承载功率放大器的PCB板材的损耗、提升PCB板材的导热率变得尤为重要。

另外，MassiveMIMO天线中辐射单元数量增加，要求PCB板材的硬度更高，以提供更好的支撑效果，并且电路的复杂度增加，较传统双面PCB天线而言，多层板天线应用会越来越多。

二、5G通讯产品对PCB技术要求和技术难点

随着通讯产品体积小型化、容量反而增加的趋势下，严重挤压了产品前端的设计空间， 为了缓解这种设计压力，通讯芯片厂商只有选择研发更高速率的IC产品，以满足大容量、小体积的产品需求。然而速率增加后对于信号完整性工程师的压力并未缓解反而加重，高速率产品可以使用更少的走线来实现，但速率的增加直接导致信号质量的严要求，且裕量越来越少。在10Gbps信号下，信号的UI可以达到100ps的位宽，但在25Gbps信号下，信号的位宽只有40ps，这就意味着在通道的每一个环节都要进行优化设计来争取每一个ps的裕量。

上图是一条典型的高速系统全链路示意图，从Driver IC的封装开始到Receiver IC的封装 结束，这其中包含IC封装设计、子卡1PCB设计、背板PCB设计、子卡2PCB设计。对于高速率信号，需要保证主板PCB的成功设计和加工才能保证整条通道信号质量。

5G通讯，作为第五代移动通讯产品，应用了很多新的技术，但无论如何都离不开PCB这个载体，对于PCB的要求越来越严苛，尤其是对于PCB基板材料、加工工艺、表面处理等提出非常高的要求。

5G通讯产品工作频率不断攀升，对印制板制作工艺带来新要求，毫米波PCB通常是多层结构，微带线和接地共面波导电路通常位于多层结构的最外层。毫米波在整个微波领域中属于极高频率（EHF）范围，频率越高，要求的电路尺寸精度要越高。

2-2 5G 通讯 PCB 技术难点

5G芯片要求PCB 孔间距更小，最小孔壁间距达 0.20mm，最小孔径 0.15mm，如此高密 布局对CCL 材料和 PCB 加工工艺都带来巨大挑战，如 CAF 问题，受热孔间裂纹问题等。

2-3 焊盘起翘

三、5G通讯对高速高频覆铜板技术要求

5G通讯产品要求更高频率和速率，高速高频信号关注传输线损耗、阻抗及时延一致性， 最后在接收端能接收到合适的波形及眼图，眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻，睁开眼图的塌陷是由损耗直接引起，介质损耗Df 越小眼图高度越大，噪音容量越大。

3-1 更低损耗覆铜板材料要求

3.1.1 更低损耗的树脂材料

3.1.2 更低粗糙度的铜箔技术

对于高频PCB而言，高频CCL材料非常重要，包括基板材料Dk/Df、TCDk、介质厚度稳定性以及铜箔类型等。图1展示了PCB简单横截面图，其中铜层1（顶部）和层2是用于高频性能的关键层，其中层1是信号导体，层2是接地层。在该介质上传播的高频波的大部分电场位于层1的底部和层2的顶部之间，因为信号导体边缘的电场集中度较高。

3.1.3 低损耗和低膨胀率的玻璃布技术

3-3 介质厚度稳定性

3-4 更高导热率覆铜板板材

3-5 更高可靠性覆铜板板材

四、5G通讯国内高速高频铜板技术现状

五、高速高频覆铜板发展趋势

未来通讯产品的速率越来越高，112G基本确定会采用PCB方案，同时224G业界标准已经启动，从最近的标准会议和业界各个行业的动态来看，224G也可能采取PCB方案，这对高速覆铜板技术演进是非常有利的，但224G技术需要覆铜板技术有本质的提升和技术创新，覆铜板板材向更低介电常数、更低介电损耗、更低CTE、更低吸水率、更高Tg值、更高导热率方向发展。如下图5-1所示，覆铜板介质损耗将由目前的-0.70dB/inch降低到-0.60dB/inch， 甚至更低。

5.1 新的热固性树脂将会有更低的Dk/Df和高可靠性

5.2 新的玻璃布具有更低Dk和CTE

5.3 更低粗糙度铜箔技术

5.4low Dk/Df填料技术