一種5G通信基站AAU用的印制電路板研發(fā)

孟昭光 趙南清

（東莞市五株電子科技有限公司，廣東 東莞 523290）

0 產(chǎn)品背景

5G基站主設(shè)備由BBU[1]（遠(yuǎn)端射頻單元）和AAU[2]（有源天線單元）組成。BBU主要負(fù)責(zé)基帶數(shù)字信號(hào)處理，比如FFT / IFFT，調(diào)制/解調(diào)、信道編碼/解碼等。AAU (Active Antenna Unit)是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)始于宏基站，隨后發(fā)展到分布式基站。AAU主要由DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換）、RF（射頻單元）、PA（功放）和天線等部分組成，負(fù)責(zé)將基帶數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，再調(diào)制成高頻射頻信號(hào)，然后通過(guò)PA放大至足夠功率后，由天線發(fā)射出去。5G之所以出現(xiàn)了AAU，因?yàn)?G引入了Massive MIMO（大規(guī)模天線技術(shù)）這個(gè)技術(shù)。MIMO越高階，則需要天線越來(lái)越多，天線越來(lái)越多，饋線也就越來(lái)越多，RRU（射頻拉遠(yuǎn)單元）上的饋線接口也就越多。5G之中，將RRU和原本的無(wú)源天線集成為一體，也就形成了最新的AAU（有源天線處理單元）。本文介紹一種應(yīng)用于5G通信基站AUU的印制電路板（PCB）的制造。

1 產(chǎn)品介紹

產(chǎn)品基本信息見(jiàn)表1所示；產(chǎn)品疊構(gòu)圖見(jiàn)圖1所示；產(chǎn)品成品圖見(jiàn)圖2所示；產(chǎn)品特點(diǎn)及工藝要求見(jiàn)表2所示；背鉆設(shè)計(jì)尺寸+POFV設(shè)計(jì)見(jiàn)圖3所示；銅塊設(shè)計(jì)尺寸及工藝見(jiàn)圖4所示。

2 產(chǎn)品制作流程

產(chǎn)品制作基本工藝流程見(jiàn)圖5所示。

表1 產(chǎn)品基本信息

圖1 產(chǎn)品疊構(gòu)圖

圖2 產(chǎn)品成品圖

3 制作難點(diǎn)及解決方案

按表3制作方案，制作結(jié)果合格。

4 技術(shù)難點(diǎn)解決思路

4.1 嵌銅塊制作

表2 產(chǎn)品特點(diǎn)及工藝要求

圖3 背鉆孔設(shè)計(jì)

圖4 銅塊設(shè)計(jì)

圖5 工藝流程

制作流程：芯板和半固化片（PP）鑼槽→銅塊切割→棕化→嵌銅塊熔合和排板→壓合→樹(shù)脂磨板

4.1.1 芯板和PP銑槽

（1）PP在開(kāi)料后需要使用酚醛底板+白紙包板，每包板PP數(shù)量≤12張，PP銑完后需要確保邊緣整齊，無(wú)膠渣、無(wú)玻纖絲殘留；

（2）包好PP送至鉆房鉆銑板定位孔和壓板熱熔定位孔（孔徑3.2 mm）和防呆孔；

（3）所有銑帶需要根據(jù)PCB板平均漲縮，按照單組位置移拼板操作，不可以整體漲縮，保證銑槽尺寸與設(shè)計(jì)尺寸相符，見(jiàn)表4。

4.1.2 銅塊棕化

制作難點(diǎn)：嵌銅塊最小銅塊尺寸為：10×10 mm，不能正常過(guò)水平棕化線，需輔助工具制作。

解決方案：

（1）目前銅塊棕化方式使用紅膠帶固定方式；

（2）紅膠帶使用專(zhuān)用耐高溫噴錫膠帶（四維精密Symbio.inc），不可用普通紅膠帶，否則有殘膠異常；

表3 產(chǎn)品制作難點(diǎn)及解決方案

（3）銅塊棕化過(guò)程中不允許發(fā)生銅塊磕碰、掉落至地面等問(wèn)題，否則會(huì)引起銅塊拐角凹坑、凸起，壓合后導(dǎo)致殘膠異常；

（4）銅塊棕化按照35 μm銅參數(shù)作業(yè)，銅塊厚度3.0 mm，過(guò)棕化線時(shí)確保風(fēng)刀高度調(diào)整合適，不卡板；

（5）銅塊棕化后需要烘烤120 ℃/ 2 h。

表4 銑槽尺寸管控方案

4.1.3 排板壓合

（1）熔合過(guò)程需要采用四點(diǎn)定位，放置PP時(shí)不能拉扯對(duì)位，否則會(huì)導(dǎo)致PP錯(cuò)位；

（2）熔合后需要對(duì)板外層棕化面進(jìn)行清潔，確保無(wú)PP粉，建議排板前加過(guò)粘塵滾輥；

（3）需要在排板盤(pán)上排板，將銅塊按照規(guī)定的方向一一放入PCB槽內(nèi)；

（4）不可以先將銅塊先放置在PCB銑槽內(nèi)再轉(zhuǎn)移到排板盤(pán)上，銅塊放置PCB槽內(nèi)后不可再移動(dòng)PCB板，否則會(huì)導(dǎo)致銅塊錯(cuò)位，壓合不良和壓合后樹(shù)脂殘膠；

（5）銅塊放置時(shí)，不能用力按下，或者用工具敲入槽內(nèi)，如出現(xiàn)銅塊放置困難現(xiàn)象，應(yīng)該停止排板，銑槽需要返工；

（6）放置完銅塊后需要用手在PCB板面抹試，確保所有銅塊無(wú)突出板面、排錯(cuò)等異常現(xiàn)象；

（7）排板時(shí)上下板面需要使用75 μm厚度離型膜隔離鋼板，可以有效阻止PP樹(shù)脂溢流至PCB板面。

4.1.4 樹(shù)脂磨板

（1）壓合后至一次電鍍過(guò)程中，不可以單手取板、放板，全部需要雙手拿板對(duì)邊作業(yè)，否則引起銅塊與樹(shù)脂之間裂縫；

（2）樹(shù)脂磨板時(shí)跳過(guò)砂帶和陶瓷輥，過(guò)兩遍不織布樹(shù)脂磨板；

（3）過(guò)完兩次樹(shù)脂磨板還有殘膠的位置，需要用手術(shù)刀片手動(dòng)修理，手動(dòng)修理后需再過(guò)一次不織布樹(shù)脂磨板，清理修痕；

（4）樹(shù)脂磨板時(shí)應(yīng)避免磨板后露基材，手動(dòng)修理殘膠避免使用手動(dòng)打磨機(jī)；

（5）磨板后控制面銅厚度≥10 μm；

（6）壓合后所有轉(zhuǎn)板運(yùn)輸，全部需要使用插架運(yùn)轉(zhuǎn)，避免板與板之間擦花。

4.2 電鍍及背鉆孔制作

制作流程：整板電鍍錫→背鉆→閃蝕+褪錫

關(guān)鍵管控點(diǎn)見(jiàn)表5，孔剖面見(jiàn)圖6。

4.2.1 一次電鍍

（1）PCB板厚3.0 mm，確保孔內(nèi)無(wú)電鍍空洞，電鍍工序需要走沉銅+板電+沉銅+板電流程（2次沉銅+2次板電）；

（2）第二次沉銅需要加光板混做或者與正常生產(chǎn)板混做，增加沉銅負(fù)載，避免沉銅不良；

（3）使用脈沖板電線制作，每次板電面銅厚度5～6 μm，板電后孔銅整體厚度10 μm，電鍍面銅12 μm；

（4）所有工序需要采用手動(dòng)上下板操作，不可以使用機(jī)械手收放板，避免掉板擦花板面；

（5）整板電鍍，完成銅厚孔銅≥22 μm，面銅總厚35±5 μm。

4.2.2 背鉆+褪錫

（1）普通鉆孔程序（一次鉆到指定深度）容易導(dǎo)致背鉆孔孔塞，閃蝕+褪錫后也無(wú)法祛除塞孔異常；

（2）使用啄式鉆孔程序背鉆，每次進(jìn)刀深度0.3 mm，然后全部抬起，再加深鉆0.3 mm，以此類(lèi)推，到達(dá)指定深度；（鉆孔方式效果比較見(jiàn)圖7）；

（4）背鉆時(shí)機(jī)臺(tái)每個(gè)軸都需要做切片分析背鉆深度、孔偏狀況，符合要求后才可以全部開(kāi)啟；

（5）背鉆鋁片使用普通鋁片，鋁片不可以有褶皺，不可以使用覆膜鋁片；

（5）鉆好的鋁片、PCB板、機(jī)臺(tái)軸號(hào)需要編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，以便追溯；

（6）鉆孔鋁片需要全部過(guò)驗(yàn)孔機(jī)，防止漏鉆；

（7）PCB鉆完后需要過(guò)高壓水洗（跳過(guò)磨板段）；

（8）堿性蝕刻線5 m速度過(guò)一次蝕刻段+兩次褪錫段，褪錫后需要過(guò)高壓水洗+驗(yàn)孔機(jī)，確保無(wú)銅屑堵孔，堵孔需要用針規(guī)疏通。

鉆孔方式效果圖對(duì)比（見(jiàn)圖7）。

4.3 樹(shù)脂塞孔

制作流程：塞孔治具制作→真空塞孔→樹(shù)脂磨板關(guān)鍵管控點(diǎn)見(jiàn)表6。

4.3.1 制作規(guī)則及塞孔品控要求

塞孔鋁片要求見(jiàn)表7所示。

4.3.2 背鉆孔深度及POFV確認(rèn)

選用專(zhuān)用樹(shù)脂塞孔油墨GSH-00400L，塞孔面操作順序嚴(yán)格按照規(guī)范要求操作，第一面只塞小于0.4 mm的通孔和背鉆孔，第二面所有孔一起塞。

表5 電鍍及背鉆孔管控方案

圖6 孔剖面圖

圖7 背鉆孔效果圖

表6 樹(shù)脂塞孔管控方案

表7 塞孔鋁片要求

表8 控深銑管控方案

4.4 金屬功放槽控深銑

金屬功放槽控深銑管控方案及制作結(jié)果見(jiàn)表8、圖8所示。

圖8 控深銑深度測(cè)量

5 制作結(jié)論及后續(xù)改善項(xiàng)目

制作結(jié)果見(jiàn)表9，滿足客戶規(guī)格。

表9 制作結(jié)果

表10 樣品良率

圖9 不良缺陷

放量生產(chǎn)，整體良率72.5%，見(jiàn)表10所示。主要缺陷如圖9所示。

針對(duì)不良報(bào)廢前兩項(xiàng)問(wèn)題點(diǎn)進(jìn)行如下改善。

（1）外層AOI前擦花：外層壓合之后規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)持板動(dòng)作，減少擦花；壓合之后所有流程轉(zhuǎn)運(yùn)用插板車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。

（2）銅塊微裂：搬運(yùn)、接放板過(guò)程中不應(yīng)單手持板，防止板彎曲；尺寸超過(guò)40 mm×40 mm銅塊，建議客戶將直銅設(shè)計(jì)優(yōu)化成階梯銅設(shè)計(jì)，增加銅塊與PCB板結(jié)合力。