73特種印制板技術(shù)市公開課一等獎省賽課獲獎?wù)n件

7.3特種印制板技術(shù)73特種印制板技術(shù)第1頁7.3特種印制板技術(shù)高頻微波印制板

1金屬基印制板2厚銅箔埋/盲孔多層板373特種印制板技術(shù)第2頁7.3.1高頻微波印制板

7.3.1.1

概述

美國杜邦(Dupont)企業(yè)1956年創(chuàng)造了特氟隆(Teflon)材(Polytetrafluoroethylene,簡稱PTFE),開創(chuàng)了微波印制板大規(guī)模應(yīng)用新時代。

73特種印制板技術(shù)第3頁微波多層板可將電源層、接地層、信號層、無源電路(如濾波器、耦合器等)做在一塊電路板上，使電路愈加小型化、集成化。微波多層板結(jié)構(gòu)包含:

內(nèi)層和外層電路電源層接地層層與層間互連通孔(PTH)73特種印制板技術(shù)第4頁六層微波多層板結(jié)構(gòu)示意圖73特種印制板技術(shù)第5頁

1.介電常數(shù)高頻電路需要高信號傳輸速度v(m/s)與材料介電常數(shù)εr是有著親密關(guān)系:

7.3.1.2微波多層板基材性能73特種印制板技術(shù)第6頁信號傳輸延遲時間tpd與介電常數(shù)εr還有以下關(guān)系：

介電常數(shù)越高，信號延遲時間越長。所以要實現(xiàn)快速信號傳輸，必須選擇介電常數(shù)低基材。73特種印制板技術(shù)第7頁2.介質(zhì)損耗角正切值tanδ

材料介電常數(shù)是一個帶有實部和虛部復(fù)數(shù)，實部決定著傳輸電信號速率，通常叫tanδ又稱耗散因子.73特種印制板技術(shù)第8頁3.吸濕率材料吸濕率也會影響電路性能高吸濕率產(chǎn)生更大耗散因子和相位隨頻率更大移動。低吸濕率則可提升電子封裝產(chǎn)品可靠性。吸濕率還會影響微波電路板可加工性73特種印制板技術(shù)第9頁4.熱脹系數(shù)CTE

PCB所用絕緣基材都有玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg越高，其熱脹系數(shù)CTE越小。一旦工作溫度超出材料Tg，CTE將發(fā)生突變。73特種印制板技術(shù)第10頁5.特征阻抗Z0

要使高頻電路電信號穩(wěn)定傳送，基材特征阻抗Z0是相當(dāng)主要。

特征阻抗越高，介質(zhì)材料厚度下降越顯著，這將使微波多層板制造難度大大降低

εr越小,傳輸阻抗越高,信號傳輸速度越快，信號延遲就越小,同時介質(zhì)厚度也可減小。73特種印制板技術(shù)第11頁

6.慣用微波材料性能比較

微波多層板設(shè)計所用增強或填充材料在工程上能夠提供理想電氣性能，尤其是能提供極低耗散因子，不過其機械性能和熱穩(wěn)定性相對較差，在微波多層設(shè)計中這些材料都受到層數(shù)限制。

73特種印制板技術(shù)第12頁PTFE材料技術(shù)能夠滿足復(fù)雜微波多層板機械和熱穩(wěn)定性需要。高頻微波基板材料都是以PTFE樹脂摻雜不一樣增強材料或填充材料復(fù)合而成。對微波多層板需求量越來越大，但能大量、高精度、介電常數(shù)從2.1～10.8能系列生產(chǎn)，滿足不一樣領(lǐng)域應(yīng)用需求高頻微波基材供給商卻不多。73特種印制板技術(shù)第13頁材料性能Duroid5880TLY-5ADiClad880DiClad527TLX-9Duroid6002TLE-95TLC-32AR320εr(10GHz)2.20±0.022.17±0.022.17±0.022.50±0.042.50±0.042.94±0.042.95±0.053.20±0.053.20±0.05tanδ(10GHz)0.00090.00090.00090.00200.00180.00120.00280.0030.003CTE(ppm/℃)x,y31,4820,2025,3414,2110,1216,169-129,910,12z23728025218214024707072部分微波材料性能表73特種印制板技術(shù)第14頁1.PTFE印制板加工難點

(1)鉆孔(2)印阻焊劑(3)熱風(fēng)整平(4)銑外形(5)蝕刻(6)化學(xué)鍍銅7.3.1.3微波雙面板制造73特種印制板技術(shù)第15頁2.孔加工

在鉆孔時，必須選取適當(dāng)鉆孔參數(shù)和適當(dāng)蓋板與墊板，來降低膩污出現(xiàn)，并取得平整光滑孔。鉆孔時，因為連續(xù)切削產(chǎn)生摩擦熱73特種印制板技術(shù)第16頁

3.PTFE基材料金屬化前處理

PTFE難于親水，C-F鍵能很高(484kJ/mol)，必須采取特殊化學(xué)處理或等離子蝕刻方法對其進(jìn)行處理，化學(xué)方法處理溶液普通用鈉萘溶液進(jìn)行處理.73特種印制板技術(shù)第17頁鈉萘溶液組成及工藝條件為：

金屬鈉(Na)23～40g/L精萘(C10H8)128～250g/L四氫呋喃(C4H8O)1000ml/L石蠟330～360g/L氯化鈣(CaCl2)3～5g/L溫度10～25℃處理時間15～30s。73特種印制板技術(shù)第18頁

采取專用等離子設(shè)備處理PTFE材料，對玻纖增強PTFE材料來說，詳細(xì)工藝參數(shù)以下所表示。參數(shù)階段N2％O2％CF4％系統(tǒng)壓力（Pa）功率(KW)溫度（℃）時間(min)第一階段10900353.540-7510第二階段085-9010-15353.540-11015-40第三階段01000353.540-110573特種印制板技術(shù)第19頁

4.孔金屬化化學(xué)鍍銅法來進(jìn)行孔金屬化

化學(xué)鍍銅溶液使用甲醛對環(huán)境有一定污染，當(dāng)前以乙醛酸為還原劑化學(xué)鍍銅液在微波PCB孔金屬化中正逐步得到應(yīng)用。73特種印制板技術(shù)第20頁

5.線寬/間距大小及精度

因為微波頻率下，要求印制板導(dǎo)線特征阻抗Z0相當(dāng)嚴(yán)格，對線寬要求也比較嚴(yán)格，其公差范圍相當(dāng)窄。(1)線寬/間距制造精度賠償(2)精細(xì)線/間距蝕刻73特種印制板技術(shù)第21頁細(xì)縫隙蝕刻速率示意圖因側(cè)蝕，細(xì)縫隙最終尺寸應(yīng)為AB，而非CD73特種印制板技術(shù)第22頁

6.圖形電鍍

傳統(tǒng)孔化板主要采取掩孔法和堵孔法制作。堵孔法費時費事，其堵孔效果難以令人滿意，可靠性也令人懷疑。

圖形電鍍法得到電路圖形，不但精度較高，而且孔質(zhì)量好，可靠性完全能夠得到確保。73特種印制板技術(shù)第23頁

7.選擇電泳沉積有機涂層法

8.電極蝕刻電路圖形方法9.表面鍍層選擇及影響

73特種印制板技術(shù)第24頁

(1)微波電路導(dǎo)體材料性能微波電路理想導(dǎo)體材料應(yīng)含有以下特征：高導(dǎo)電率

低溫度電阻系數(shù)、對基材含有良好附著力和好可焊性、易于沉積和電鍍。

微波電路損耗有介質(zhì)損耗外和導(dǎo)體損耗導(dǎo)體損耗除了與金屬本身導(dǎo)電率相關(guān)外，還與頻率和金屬表面粗糙度關(guān)系極大。73特種印制板技術(shù)第25頁作為一個經(jīng)驗法則，表面粗糙度必須保持在趨膚深度1/5以下，在毫米波段，這意味著表面粗糙度要小于0.1μm。

導(dǎo)體趨膚深度δ可表示為：73特種印制板技術(shù)第26頁導(dǎo)體材料20℃電阻率(μΩ·cm)10GHz時趨膚深度(μm)Ag1.590.62Cu1.670.67Au2.350.81三種導(dǎo)體材料電阻率和趨膚深度73特種印制板技術(shù)第27頁

(2)電鍍金及其性能

含有良好穩(wěn)定性與焊接性

要注意焊接方式和焊料選擇73特種印制板技術(shù)第28頁

1.微波多層板粘結(jié)前準(zhǔn)備(1)粘結(jié)膜性能粘接膜(對熱固性樹脂粘接膜稱半固化片)，是一個加熱加壓就會變形和變質(zhì)或流動塑料膜。普通多層板所用FR－4和PI(聚酰亞胺)材料是熱固性材料，而PTFE是熱塑性材料，粘接時，要選擇不一樣粘接材料和粘接溫度。7.3.1.4微波多層板制造73特種印制板技術(shù)第29頁粘接膜型號FEP3001HT1.5SpeedboardC組成成份氟化乙丙烯共聚物三氟氯乙烯共聚物熱塑性樹脂熱固性樹脂介電常數(shù)2.12.282.352.60耗散因子0.00070.0030.00250.0036熔點260℃200℃203℃220℃（Tg）推薦粘接溫度285℃210℃220℃240℃供給商DuPontRogersTaconicW.L.Gore慣用粘接膜性能73特種印制板技術(shù)第30頁(2)粘結(jié)前處理

多層板在層壓粘接前，銅電路片要進(jìn)行微蝕(micro-etching)，確保徹底除去抗蝕劑殘渣和提供充分機械附著表面，但不能蝕刻過分，更不能進(jìn)行機械擦洗.

PTFE介質(zhì)片也必須在鈉萘溶液中進(jìn)行處理，使其表面能充分潤濕，以提升附著力。73特種印制板技術(shù)第31頁

2.多層板疊層設(shè)計微波多層板在疊層結(jié)構(gòu)如圖所表示。

微波4層板疊層設(shè)計結(jié)構(gòu)圖73特種印制板技術(shù)第32頁

3.微波多層板層壓粘結(jié)

(1)粘結(jié)方法及粘結(jié)模選擇(2)層壓參數(shù)控制

對于微波PTFE多層板層壓來說，最好使用分步升溫升壓真空層壓機進(jìn)行層壓。73特種印制板技術(shù)第33頁層壓時溫度、壓力、時間關(guān)系曲線

層壓時粘接膜經(jīng)典粘度曲線73特種印制板技術(shù)第34頁

4.微波多層板外形銑切

銑切程序必須直接從已經(jīng)有尺寸布線圖中生成。下模板有一個主要作用:在電路板固定之前，要用比銑電路銑刀直徑大刀具在下模板上輕輕銑出一個外形,生成一個真空通道來去除碎屑(如圖)。73特種印制板技術(shù)第35頁電路板銑切示意圖73特種印制板技術(shù)第36頁7.3特種印制板技術(shù)高頻微波印制板

1金屬基印制板2厚銅箔埋/盲孔多層板373特種印制板技術(shù)第37頁7.3.2金屬基印制板

1.概述金屬基印制板，英文全稱為MetalbasePrintedCircuitBoard。由金屬基板、絕緣介質(zhì)層和線路銅層三位一體而制成復(fù)合印制板。

金屬基印制板含有以下特點：

⑴散熱性⑵熱膨脹性

73特種印制板技術(shù)第38頁2.金屬基印制板結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，金屬基覆銅板由三層不一樣材料所組成：銅箔層、絕緣層、金屬板

1.金屬基材:(1)鋁基基材(2)銅基基材(3)鐵基基材73特種印制板技術(shù)第39頁

2.絕緣層

絕緣層放在金屬基板與覆銅箔層之間，同金屬基板和帶形成線路圖形銅箔層都應(yīng)有良好附著力。

3.銅箔銅箔層厚通常為17.5μm，35μm，75μm和140μm。

73特種印制板技術(shù)第40頁雙面鋁基板結(jié)構(gòu)圖73特種印制板技術(shù)第41頁3.單面金屬基印制板制造

1工藝流程（以鋁基印制板為例）開料→鉆孔→光成像→檢驗→蝕刻→阻焊→字符→檢驗→熱風(fēng)整平→鋁表面處理→外形→成品檢驗

2工藝特殊控制關(guān)鍵點⑴下料⑵鉆孔⑶光成像73特種印制板技術(shù)第42頁⑷蝕刻⑸阻焊⑹熱風(fēng)整平⑺鋁基面處理⑻外形加工。鋁基板外形加工有四種方法：①銑外形，。②切割“V”槽③剪外形④沖外形

73特種印制板技術(shù)第43頁

3.單面鐵基印制板制造

鐵基常為鍍鋅鋼，含硅鋼，可耐高熱，與絕緣介質(zhì)層有很高附著力，高防銹能力，阻燃性為94V-0級。單面鐵基板生產(chǎn)流程同鋁基板相同。加工不一樣點有以下這些：基材為鐵基，硬度比鋁基要高，比重比鋁基要大，鉆孔參數(shù)需尤其設(shè)定，速度宜更慢些，定位孔徑提議大于Ф1.5mm。73特種印制板技術(shù)第44頁4.雙鋁基印制板制造

1夾心鋁基雙面印制板

⑴依據(jù)工程設(shè)計,選擇好適當(dāng)鋁板型號、厚度、下料.⑵鋁板鉆孔.鉆孔位置同成品鋁基雙面板元件孔,其孔徑必須比第二次鉆孔孔徑大一些（≥0.3mm～0.4mm）.⑶鋁板作陽極氧化處理.

73特種印制板技術(shù)第45頁⑷依據(jù)工程設(shè)計，對應(yīng)夾芯鋁基板結(jié)構(gòu)，對半固化片和銅箔下料。⑸壓制成型。壓制工藝用FR4層壓工藝。⑹第二次鉆孔。⑺化學(xué)鍍銅，板面鍍銅，光成像，圖形電鍍，蝕刻，阻焊……外形加工，最終檢驗。工藝加工簡圖以下:73特種印制板技術(shù)第46頁73特種印制板技術(shù)第47頁

2盲孔雙面鋁基印制板加工

⑴依據(jù)客戶資料要求，做好相關(guān)工程設(shè)計。⑵依據(jù)設(shè)計要求，選擇適當(dāng)鋁板型號、厚度，按尺寸要求下料。⑶對半固化片下料，其型號、尺寸符合要求。⑷依據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)，把已完成了黑化（棕化）雙面板、半固化片、鋁板疊層，按常規(guī)工藝作層壓。

⑸鋁基面貼上保護(hù)膜。

73特種印制板技術(shù)第48頁⑹對線路面刷板，印阻焊與字符。⑺依據(jù)設(shè)計要求，進(jìn)行熱風(fēng)整平、鍍鎳/金或鍍銀，或涂敷耐熱有機助焊劑。⑻外形加工（銑、沖、剪或銑V型槽）鉆出安裝孔。⑼最終檢驗，耐壓、絕緣電阻測試。73特種印制板技術(shù)第49頁盲孔雙面鋁基板工藝流程圖73特種印制板技術(shù)第50頁5.多層金屬基印制板制造

工藝設(shè)計時，必須確保金屬化孔同金屬芯預(yù)制孔成同心圓，用同一鉆孔磁盤，但金屬芯鉆孔直徑必須大于元件孔直徑0.3mm以上。定位孔沖制時，需確保各層底片、內(nèi)層芯片、半固化片、金屬芯使用同一套定位系統(tǒng)，同時沖出定位孔。疊層前，殷銅和內(nèi)層線路板都應(yīng)作棕化和黑化。層壓時應(yīng)使用真空層壓機，以利用層壓時使樹脂填滿金屬芯孔。73特種印制板技術(shù)第51頁7.3特種印制板技術(shù)高頻微波印制板

1金屬基印制板2厚銅箔埋/盲孔多層板373特種印制板技術(shù)第52頁7.3.3厚銅箔埋/盲孔多層板

1.厚銅箔埋/盲孔多層板定義

1元件孔

2導(dǎo)通孔（viahole）3盲孔4埋孔5厚銅箔多層印制板6厚銅箔埋/盲孔多層印制板

73特種印制板技術(shù)第53頁印制板盲孔示意圖印制板埋孔示意圖73特種印制板技術(shù)第54頁

2.厚銅箔埋/盲孔多層印制板意義

⑴元器件高密度集成，使PCB設(shè)計向厚銅箔埋/盲孔多層印制板發(fā)展。⑵厚銅箔起到經(jīng)過大電流和散熱作用。⑶埋/盲孔設(shè)計，大大縮小了整機或電氣裝