微波印制板制造技術(shù)探討DOC7

1、微波印制板制造技術(shù)探討摘要 本文針對(duì)微波印制板制造的特點(diǎn)，就微波印制板的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝等方面進(jìn)行了較為全面的探討。關(guān)鍵詞 微波印制板，制造 Abstract This paper discusses the issues that should be considered during the selection of the microwave printed circuit board laminates，structure design and the processing technology of the microwave printed circuit board.Ke

2、ywords Microwave printed circuit board ， Fabrication 1         前言微波印制板，是指在特定的微波基材覆銅板上，利用普通剛性印制板制造方法生產(chǎn)出來的微波器件。在印制板導(dǎo)線的高速信號(hào)傳輸線中，目前可分為兩大類：一類是高頻信號(hào)傳輸類電子產(chǎn)品，這一類產(chǎn)品是與無線電的電磁波有關(guān)，它是以正弦波來傳輸信號(hào)的產(chǎn)品，如雷達(dá)、廣播電視和通訊（移動(dòng)電話、微波通訊、光纖通訊等）；另一類是高速邏輯信號(hào)傳輸類的電子產(chǎn)品，這一類產(chǎn)品是以數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)模瑯右才c電磁波的方波傳輸有關(guān)，這

3、一類產(chǎn)品開始主要在電腦，計(jì)算機(jī)等應(yīng)用，現(xiàn)在已迅速推廣應(yīng)用到家電和通訊的電子產(chǎn)品上了。為了達(dá)到高速傳送，對(duì)微波印制板基板材料在電氣特性上有明確的要求。在提高高速傳送方面，要實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的低損耗、低延遲，必須選用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切小的基板材料。高速傳送的基板材料，一般有陶瓷材料、玻纖布、聚四氟乙烯、其它熱固性樹脂等。在所有的樹脂中，聚四氟乙烯的介電常數(shù)（r）和介質(zhì)耗角正切（tan）最小，而且耐高低溫性和耐老化性能好，最適合于作高頻基板材料，是目前采用量最大的微波印制板制造基板材料。本文針對(duì)微波印制板制造的特點(diǎn)，就微波印制板的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝等方面進(jìn)行了較為全面的探討。 2&

4、#160;        微波印制板制造的特點(diǎn)微波印制板制造的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在以下幾方面：2.1 基材多樣化：長期以來，國內(nèi)應(yīng)用最多的是國產(chǎn)玻璃布增強(qiáng)聚四氟乙烯覆銅板。但由于它的品種單一，介電性能均勻性較差，已越來越不適應(yīng)一些高性能要求的場(chǎng)合。進(jìn)入九十年代后，美國Rogers公司生產(chǎn)的RT/Duroid系列和TMM系列微波基材板逐步得到應(yīng)用，主要有玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯覆銅板、陶瓷粉填充聚四氟乙烯覆銅板和陶瓷粉填充熱固性樹脂覆銅板，雖然價(jià)格昂貴，但它優(yōu)異的介電性能和機(jī)械性能仍較國產(chǎn)微波印制板基材擁有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。目前這類微波

5、基材，特別是帶鋁襯底的基材正得到大量應(yīng)用。2.2 設(shè)計(jì)要求高精度化：微波印制板的圖形制造精度將會(huì)逐步提高，但受印制板制造工藝方法本身的限制，這種精度提高不可能是無限制的，到一定程度后會(huì)進(jìn)入穩(wěn)定階段。而微波板的設(shè)計(jì)內(nèi)容將會(huì)有很大地豐富。從種類上看，將不僅會(huì)有單面板、雙面板，還會(huì)有微波多層板。對(duì)微波板的接地，會(huì)提出更高要求，如普遍解決聚四氟乙烯基板的孔金屬化，解決帶鋁襯底微波板的接地。鍍覆要求進(jìn)一步多樣化，將特別強(qiáng)調(diào)鋁襯底的保護(hù)及鍍覆。另外對(duì)微波板的整體三防保護(hù)也將提出更高要求，特別是聚四氟乙烯基板的三防保護(hù)問題。2.3 計(jì)算機(jī)控制化：傳統(tǒng)的微波印制板生產(chǎn)中極少應(yīng)用到計(jì)算機(jī)技術(shù)，但隨著CAD技術(shù)在

6、設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用，以及微波印制板的高精度、大批量，在微波印制板制造中大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為必然的選擇。高精度的微波印制板模版設(shè)計(jì)制造，外形的數(shù)控加工，以及高精度微波印制板的批生產(chǎn)檢驗(yàn)，已經(jīng)離不開計(jì)算機(jī)技術(shù)。因此，需將微波印制板的CAD與CAM、CAT連接起來，通過對(duì)CAD設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)處理和工藝干預(yù)，生成相應(yīng)的數(shù)控加工文件和數(shù)控檢測(cè)文件，用于微波印制板生產(chǎn)的工序控制、工序檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)。2.4 高精度圖形制造專業(yè)化：微波印制板的高精度圖形制造，與傳統(tǒng)的剛性印制板相比，向著更為專業(yè)化的方向發(fā)展，包括高精度模版制造、高精度圖形轉(zhuǎn)移、高精度圖形蝕刻等相關(guān)工序的生產(chǎn)及過程控制技術(shù)，還包含合理的制造工藝路

7、線安排。針對(duì)不同的設(shè)計(jì)要求，如孔金屬化與否、表面鍍覆種類等制訂合理的制造工藝方法，經(jīng)過大量的工藝實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化各相關(guān)工序的工藝參數(shù)，并確定各工序的工藝余量。2.5 表面鍍覆多樣化：隨著微波印制板應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其使用的環(huán)境條件也復(fù)雜化，同時(shí)由于大量應(yīng)用鋁襯底基材，因而對(duì)微波印制板的表面鍍覆及保護(hù)，在原有化學(xué)沉銀及鍍錫鈰合金的基礎(chǔ)上，提出了更高的要求。一是微帶圖形表面的鍍覆及防護(hù)，需滿足微波器件的焊接要求，采用電鍍鎳金的工藝技術(shù)，保證在惡劣環(huán)境下微帶圖形不被損壞。這其中除微帶圖形表面的可焊性鍍層外，最主要的是應(yīng)解決既可有效防護(hù)又不影響微波性能的三防保護(hù)技術(shù)。二是鋁襯板的防護(hù)及鍍覆技術(shù)。鋁襯板如不加防

8、護(hù)，暴露在潮濕、鹽霧環(huán)境中很快就會(huì)被腐蝕，因而隨著鋁襯板被大量應(yīng)用，其防護(hù)技術(shù)應(yīng)引起足夠重視。另外要研究解決鋁板的電鍍技術(shù)，在鋁襯板表面電鍍銀、錫等金屬用于微波器件焊接或其它特殊用途的需求在逐步增多，這不僅涉及鋁板的電鍍技術(shù)，同時(shí)還存在微帶圖形的保護(hù)問題。2.6 外形加工數(shù)控化：微波印制板的外形加工，特別是帶鋁襯板的微波印制板的三維外形加工，是微波印制板批生產(chǎn)需要重點(diǎn)解決的一項(xiàng)技術(shù)。面對(duì)成千上萬件的帶有鋁襯板的微波印制板，用傳統(tǒng)的外形加工方法既不能保證制造精度和一致性，更無法保證生產(chǎn)周期，而必須采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制數(shù)控加工技術(shù)。但帶鋁襯板微波印制板的外形加工技術(shù)既不同于金屬材料加工，也不同于非

9、金屬材料加工。由于金屬材料和非金屬材料共同存在，它的加工刀具、加工參數(shù)等以及加工機(jī)床都具有極大的特殊性，也有大量的技術(shù)問題需要解決。外形加工工序是微波印制板制造過程中周期最長的一道工序，因而外形加工技術(shù)解決的好壞直接關(guān)系到整個(gè)微波印制板的加工周期長短，并影響到產(chǎn)品的研制或生產(chǎn)周期。2.7 批生產(chǎn)檢驗(yàn)設(shè)備化：微波印制板與普通的單雙面板和多層板不同，不僅起著結(jié)構(gòu)件、連接件的作用，更重要的是作為信號(hào)傳輸線的作用。這就是說，對(duì)高頻信號(hào)和高速數(shù)字信號(hào)的傳輸用微波印制板的電氣測(cè)試，不僅要測(cè)量線路（或網(wǎng)絡(luò)）的“通”“斷”和“短路”等是否符合要求，而且還應(yīng)測(cè)量特性阻抗值是否在規(guī)定的合格范圍內(nèi)。此外，高精度微波

10、印制板有大量的數(shù)據(jù)需要檢驗(yàn)，如圖形精度、位置精度、重合精度、鍍覆層厚度、外形三維尺寸精度等。目前國內(nèi)的微波印制板批生產(chǎn)檢驗(yàn)技術(shù)非常落后，現(xiàn)行方法基本是以人工目視檢驗(yàn)為主，輔以一些簡單的測(cè)量工具。這種原始而簡單的檢驗(yàn)方法很難應(yīng)對(duì)大量擁有成百上千數(shù)據(jù)的微波印制板批生產(chǎn)要求，不僅檢驗(yàn)周期長，而且錯(cuò)漏現(xiàn)象多，因而迫使微波印制板制造向著批生產(chǎn)檢驗(yàn)設(shè)備化的方向發(fā)展。 3         微波印制板的選材部分微波印制板用基材板的性能參數(shù)列表如下（見表一、表二、表三和表四）。 微波印制板基材的選用首先應(yīng)該考慮其

11、介電性能，但同時(shí)也必須考慮其表面銅箔種類及厚度、環(huán)境適應(yīng)性、可加工性等因素，當(dāng)然還有成本問題。3.1 銅箔種類及厚度選擇目前最常用的銅箔厚度有35m和18m兩種。銅箔越薄，越易獲得高的圖形精密度，所以高精密度的微波圖形應(yīng)選用不大于18m的銅箔。如果選用35m的銅箔，則過高的圖形精度使工藝性變差，不合格品率必然增加。研究表明，銅箔類型對(duì)圖形精度亦有影響。目前的銅箔類型有壓延銅箔和電解銅箔兩類。壓延銅箔較電解銅箔更適合于制造高精密圖形，所以在材料訂貨時(shí)，可以考慮選擇壓延銅箔的基材板。3.2 環(huán)境適應(yīng)性選擇現(xiàn)有的微波基材，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)要求的55125環(huán)境溫度范圍都沒有問題。但還應(yīng)考慮兩點(diǎn)，一是孔化與否對(duì)

12、基材選擇的影響，對(duì)于要求通孔金屬化的微波板，基材Z軸熱膨脹系數(shù)越大，意味著在高低溫沖擊下，金屬化孔斷裂的可能性越大，因而在滿足介電性能的前提下，應(yīng)盡可能選擇Z軸熱膨脹系數(shù)小的基材（參見表一至表四）；二是濕度對(duì)基材板選擇的影響，基材樹脂本身吸水性很小，但加入增強(qiáng)材料后，其整體的吸水性增大，在高濕環(huán)境下使用時(shí)會(huì)對(duì)介電性能產(chǎn)生影響，因而選材時(shí)應(yīng)選擇吸水性小的基材（參見表一至表四），或采取結(jié)構(gòu)工藝上的措施進(jìn)行保護(hù)。3.3 可加工性選擇隨著設(shè)計(jì)要求的不斷提升，一些微波印制板基材帶有鋁襯板。此類帶有鋁襯基材的出現(xiàn)給制造加工帶來了額外的壓力，圖形制作過程復(fù)雜化，外形加工復(fù)雜化，生產(chǎn)周期加長，因而在可用可不用

13、的情況下，盡量不采用帶鋁襯板的基材。作為ROGERS公司的TMM系列微波印制板基材，是由陶瓷粉填充的熱固性樹脂所構(gòu)成。其中，TMM10基材中填充的陶瓷粉較多，性能較脆，給圖形制造和外形加工過程帶來很大難度，容易缺損或形成內(nèi)在裂紋，成品率相對(duì)較低。目前對(duì)TMM10板材外形加工是采用激光切割的方法，成本高，效率低，生產(chǎn)周期長。所以，在可能的情況下，可考慮優(yōu)先選擇ROGERS公司符合相應(yīng)介電性能要求之RT/Duroid系列基材板。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于微波板的外形越來越復(fù)雜，而且尺寸精度要求高，同品種的生產(chǎn)數(shù)量很大，必須要應(yīng)用數(shù)控銑加工技術(shù)。因而在進(jìn)行微波板設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮到數(shù)控加工的特點(diǎn)，所

14、有加工處的內(nèi)角都應(yīng)設(shè)計(jì)成為圓角，以便于一次加工成形。如果確實(shí)需要有直角，也可設(shè)計(jì)成如圖一中b的形式，同樣便于加工。 微波板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不應(yīng)追求過高的精度，因?yàn)榉墙饘俨牧系某叽缱冃蝺A向較大，不能以金屬零件的加工精度來要求微波板。外形的高精度要求,在很大程度上可能是因?yàn)轭櫦爱?dāng)微帶線與外形相接的情況下,外形偏差會(huì)影響微帶線長度,從而影響微波性能。實(shí)際上，參照國外的規(guī)范設(shè)計(jì)，微帶線端距板邊應(yīng)保留0.2mm的空隙，這樣即可避免外形加工偏差的影響。 5         微波印制板制造工藝微波印制板與普通的單雙面板和多

15、層板不同，不僅起著結(jié)構(gòu)件、連接件的作用，更重要的是作為信號(hào)傳輸線的作用。微波印制板的制造由于受微波印制板制造層數(shù)、微波印制板原材料的特性、金屬化孔制造需求、最終表面涂覆方式、線路設(shè)計(jì)特點(diǎn)、制造線路精度要求、制造設(shè)備及藥水先進(jìn)性等諸方面因素的制約，其制造工藝流程將根據(jù)具體要求作相應(yīng)的調(diào)整。如圖形電鍍鎳金工藝流程被細(xì)分為圖形電鍍鎳金的陽版工藝流程和圖形電鍍鎳金的陰版工藝流程。因此，針對(duì)不同微波印制板種類及加工需求，所采用之制造工藝流程也各不相同，現(xiàn)簡述如下：5.1   無金屬化孔之雙面微波印制板制造：（1）圖形表面為沉銀 / 鍍錫鈰合金 （2）圖形表面為電鍍鎳金（陽版

16、工藝流程） （3）圖形表面為電鍍鎳金（陰版工藝流程）  5.2   有金屬化孔之雙面微波印制板制造：（1）圖形表面為沉銀 / 鍍錫鈰合金（2）圖形表面為電鍍鎳金（陽版工藝流程）5.3 多層微波印制板制造：5.4 工藝說明（1）線路圖形互連時(shí)，可選用圖形電鍍鎳金的陰版工藝流程；（2）為提高微波印制板的制造合格率，盡量采用圖形電鍍鎳金的陰版工藝流程。因?yàn)?，采用圖形電鍍鎳金的陽版工藝流程，若操作控制不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)滲鍍鎳金的質(zhì)量問題；（3）對(duì)于ROGERS公司的牌號(hào)為RT/duroid 6010基材的微波板，由于蝕刻后之圖形電鍍時(shí)，會(huì)出現(xiàn)線條邊緣“長毛”現(xiàn)象（STEP PLATING），導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，須采用圖形電鍍鎳金的陽版工藝流程；（4）當(dāng)線路制造精度要求為±0.02mm以內(nèi)時(shí)，各流程之相應(yīng)處，須采用濕膜制板工藝方法；（5）當(dāng)線路制造精度要求為±0.03mm以上時(shí)，各流程之相應(yīng)處，可采用干膜（或濕膜）制板工藝方法；（6）對(duì)于四氟介質(zhì)微波板，如ROGERS 公司RT/duroid 5880、 RT/duroid 5870、ULTRALAM2000、RT/duroid 6010等，在進(jìn)行孔金屬化制造時(shí)，可采用鈉萘溶液或等離子進(jìn)行處理。而TMM10、