准备好开展 5G/IoT 项目了吗？阅读本文，了解如何设计用于 5G 和 IoT 的 HDI PCB。
印刷电路板 (PCB) 的设计和生产历经多年发展演变，从简单的单面或多层板，到高度复杂的高密度 (HDI) PCB，印刷电路板的每一项技术进步都可以应用于各种技术领域，例如 5G 或物联网 (IoT)。UET PCB（https://uetpcb.com/hdi-pcbs/) 专门生产专为 5G 和物联网量身定制的 HDI 板卡，具有优化的射频和数字性能。
为什么 5G/物联网需要 HDI？
5G 设备工作在极高频段（6 GHz 以下至 28-39 GHz 毫米波）。使用这些频率时需要考虑多种设计因素，原因如下：
- 较高的工作频率会导致某些PCB材料出现更大的损耗或衰减。
- 随着信号波长的减小，布局容差也会减小。
- 普通的通孔会产生“短截线”，这些短截线可以起到天线的作用。
- 串扰和电磁干扰随工作频率的增加而增加。
- 5G天线对走线、过孔和铜箔铺层设计极其敏感。
开始5G PCB设计
在开始HDI PCB设计之前，您应该先定义PCB叠层结构。同时，还要确定您选择的PCB材料。
亚GHz PCB材料
如果您在 6 GHz 以下频段（3 – 6 GHz）工作，则可以使用 高性能PCB层压板 的条件，如
- 松下 Megtron 6
- I-Speed（来自 Isola）
- 罗杰斯 4350B
- 罗杰斯 403C
但是，如果您预算有限，可以选择：
- FR4 或高Tg FR-4
这些材料比前面提到的材料便宜得多。高Tg FR-4材料是指具有较高玻璃化转变温度（Tg）的FR-4材料。如果您的性能要求允许，可以使用这些材料。
毫米波PCB材料
如果您从事毫米波（24-40+ GHz）频段的工作，则肯定需要更高频率的PCB层压板，例如：
- 罗杰斯 5880
- 罗杰斯 4350B
- 聚四氟乙烯（聚四氟乙烯基层压板）
- LCP（液晶聚合物）
- 混合堆叠
确定好 PCB 材料后，就可以开始定义 HDI PCB 叠层结构了。
如何确定合适的HDI PCB叠层
在追求电路板上尽可能高的布线密度之前，最好先确定最佳的 HDI PCB 叠层结构。
确定工作频率和PCB材料
首先，确定项目的工作频率，这将决定使用哪种PCB材料。如前所述，Sub-GHz和毫米波频段可以使用不同的材料。此外，您还需要了解计划用于该PCB的制造工艺。
低密度或高密度布线
布线密度决定了应使用哪种PCB叠层结构。请仔细查看您的元器件，尤其是BGA封装。间距为0.8mm至1mm的BGA无需高密度布线（HDI），而间距小于0.65mm的则需要。低间距的例子包括0.5mm、0.4mm和0.3mm。更小的间距可能需要微孔或焊盘内通孔（via-in-pad）技术。
确定功率分配
足够的电源层、接地层和平面层对于稳定的电源传输至关重要。这会影响布线层的层数和分布。此外，接地层有助于确定阻抗控制线和信号线屏蔽的特性。总而言之，这些布线层肯定会影响布线密度。
确定您的堆栈结构以及您的设计需求。
您的项目很大程度上决定了您所需的HDI堆叠结构。例如，如果您开发的是入门级射频模块或物联网传感器产品，则可以选择更简单的堆叠结构。而当升级到5G模块和WiFi 6或7芯片组时，则需要更精细的PCB信号间距和更先进的过孔结构。再往后发展到5G调制解调器和高级物联网网关，则需要更复杂的过孔结构、更高的布线密度和超短互连路径。下表可供您参考：
| HDI PCB叠层 | 项目类型 | 堆叠优势/劣势 |
| 1-N-1 | 入门级射频、物联网传感器、消费电子产品 | 低成本、更简单的制造工艺 |
| 2-N-2 | 中端射频、5G模块、Wi-Fi 6/7芯片组 | 成本均衡，制造工艺复杂 |
| 3-N-3 或 4-N-4 | 高端射频、5G调制解调器、物联网网关 | 成本高、交货周期长、制造工艺复杂 |
| 任何层 | 高端应用、服务器、航空航天、医疗、军事应用 | 成本高、良率低、交货周期长、制造工艺复杂 |
如何实现更高密度的布线
采用微孔技术
微孔可以帮助您在HDI PCB上穿过狭窄空间，同时还有助于消除产生噪声的短截线。您可以使用的微孔类型取决于您的制造工艺。理想情况下，您可以使用激光钻孔微孔来实现更高密度的布线。
一项核心技术是堆叠微孔。这样可以在不占用太多垂直空间的情况下实现层与层的过渡。您也可以交错排列微孔，虽然这会占用更多空间，但可靠性更高。交错排列的微孔不易开裂、热循环失效和分层。
使用焊盘上的过孔
焊盘内通孔（Via-in-pad）是指在BGA焊盘上预先开有一个通孔。这种特性可能需要铜填充和平面化处理。由于无需堆叠或错位通孔，因此更容易在焊盘上展开通孔。建议在对超细间距BGA进行干净利落的布线时使用焊盘内通孔。然而，使用焊盘内通孔也存在一些缺点，例如焊锡渗漏、空洞和裂纹，以及可靠性问题。
使用细线/间距轨迹
激光直接成像 (LDI) 技术可帮助您实现低至 75 微米的线宽。如果您需要更细的线条，采用半增材铜电镀 (SAP/mSAP) 工艺可使线宽达到 25 微米。请注意，使用这些先进制造技术时，您可能需要控制蚀刻工艺。
战略设计过程
PCB工程师应负责制定PCB设计的战略流程。关键元件（例如BGA和射频元件/模块）的合理布局应放在首位。精心规划BGA的扇出或引出布线，可确保电路板的完整网络布线；否则，可能会出现网络或走线被困的情况。此外，所有阻抗控制线都应使用信号完整性工具和策略进行妥善管理。
结语
为了在 5G 和物联网 PCB 项目中实现高密度布线，您需要精心选择 PCB 材料、采用先进的制造工艺并设计合理的 PCB 叠层结构。此外，精细的元件布局和布线技术也至关重要，以避免不必要的复杂情况和延误，最终实现 100% 布线。UET PCB 拥有超过 15 年的 PCB 制造和组装经验，能够满足您所有的 5G 和物联网制造需求。