高頻微波印制板制造技術(shù)

PAGEPAGE10高頻微波印制板制造技術(shù)一、前言高頻微波印制板在我國(guó)獲得飛速發(fā)展的主要原因：21世紀(jì)開始，逐漸讓位給民用，使得民用高頻通信獲得了超常規(guī)的高保密性、高傳送質(zhì)量，要求移動(dòng)電話、汽車電話、無線通信，向高頻化發(fā)展。二、定義1.二、定義1.微波定義。1m~0.1mm磁波稱為微波。常將微波劃分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波四個(gè)波段。波段名稱波長(zhǎng)范圍頻率范圍頻段名稱分米波1m10cm300MHZ~3GHZ特高頻（UHF）厘米波10cm1cm3GHZ~30GHZ超高頻（SHF）毫米波1cm1mm30GHZ~300GHZ極高頻（EHF）亞毫米波1mm0.1mm300GHZ~3000GHZ超極高頻表1微波波段的劃分波段頻率范圍/GHZ波段 頻率范圍/GHZUHF0.31.12Ka 26.540.0L1.121.7Q 33.050.0Ls1.72.6U 40.060.0S2.63.95M 50.075.0C3.955.85E 60.090.0Xc5.858.2F 90.0140.0X8.212.4G 140.0220.0Ku12.418.0R 220.0325.0K18.026.5微波特點(diǎn)：

表2微波中的常用波段頻率高。微波的震蕩頻率極高，每秒在三億次以上，震蕩周期很短，在10-9~10-12s之10-8~10-9s高，在不太大的相對(duì)帶寬下，其可用頻帶很寬。頻帶寬意味著信息容量大似光性。微波的波長(zhǎng)比一般的宏觀物體（如建筑物、船艦、飛機(jī)和導(dǎo)彈等）“微波的應(yīng)用。微波技術(shù)的早期發(fā)展是和雷達(dá)交織在一起的。微波通信是國(guó)際公認(rèn)的最有發(fā)展前途的三大傳輸手段（微波、衛(wèi)星和光纖）之一。高頻微波印制板定義。FR-4基材合壓形成叫做高頻金屬基印制板。三、基材要求印制板的整體特性、加工性能、長(zhǎng)期可靠性，在很大程度上取決于基板材料的特性。對(duì)高頻微波印制板而言，所使用的基材與FR-4是完全不同的。為實(shí)現(xiàn)高速傳送信號(hào)，要求基材的選用，必須考慮介電常數(shù)（Dk）和介質(zhì)損耗因素（Df）這兩個(gè)性能參數(shù)。根據(jù)電子產(chǎn)品的性能要求，選取不同介電常數(shù)的基材來制造高頻微波印制板。介電常數(shù)介電常數(shù)D（或，英文為dielectricconstant或relativepermittivity，表示某電介質(zhì)電容器的電容，與同樣構(gòu)造的電容器在真空狀態(tài)下的電容之比。介電常數(shù)D（或ε，通常表示出某種材料存儲(chǔ)電能能力的大小。國(guó)內(nèi)舊的專業(yè)文獻(xiàn)資料，常用和新的國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)資料，常用Dk表示。覆銅板的介電常數(shù)覆銅板，由樹脂、增強(qiáng)材料（布、纖維、紙）和充填劑所組成，構(gòu)成為電的絕緣體，也稱為電介質(zhì)。Dk小時(shí)，電信號(hào)傳播速度就快。在高頻線路中，信號(hào)的傳播速度，有以下的關(guān)系：v=k·C/Dk式中，V表示信號(hào)傳播速度；k是常數(shù)；C為光速，3108m/s；Dk表示基板的介電常數(shù)。低介電常數(shù)基材1）聚四氟乙烯，英文名PTFE，俗稱PTFE300C“”之稱。其相對(duì)密度2.14~2.20，熔點(diǎn)417C，吸水性（24小時(shí)）＜0.01%。PTFE具有塑料中最好的絕緣性能，其體積電阻高達(dá)1018Ωcm。4ArlonCladR/FTM。據(jù)稱，Dk1.15~1.350.002~0.0050.35g/cc，吸水率＜0.5%脹系數(shù)CTE在XY軸為25ppmC，而Z軸CTE為7.550~10。Dk基材，是蜂房式結(jié)構(gòu)，低Dk100C的環(huán)境下使用。用其制成的PC，不可上阻焊（因?yàn)樽韬竸┕袒瘯r(shí)為15060mi，不可焊接。這種基材，在DkDf，略有差異。電介質(zhì)材料在交變電場(chǎng)又稱介質(zhì)損耗角正切，tanδ）losstangentdissipationfactor。Dk和DfDkDf也小，對(duì)應(yīng)于能量損耗也小?；钠渌阅蹹kDf外，還應(yīng)了解該基材的其它方面的性能。基材的結(jié)構(gòu)基材的熱膨脹系數(shù)基材的其它性能指標(biāo)四、各種高頻微波板材高頻微波覆銅板基板材料，歐美供應(yīng)商提供的品種繁多，基材的介電常數(shù)從1.15開始，10.2、Arlon、Metclad、GILPolyfonIsola辦事機(jī)構(gòu)或代理，有的已在國(guó)內(nèi)建廠生產(chǎn)。Chukok等公司。聚酰亞胺P、聚苯醚PPE、雙馬來酰亞胺改性三嗪（BT）樹脂基材，都已經(jīng)系列化、商品化。韓國(guó)公司SMARTR&C，從2.17~3.50介電常數(shù)，已有多個(gè)品種可批量供貨，板材厚度從0.25mm~1.57mm。704總結(jié)：影響高頻微波印制板的關(guān)鍵性能參數(shù)，是介電常數(shù)DkDf。介電常數(shù)低的基材，其結(jié)構(gòu)一定是聚四氟乙烯和玻璃纖維所構(gòu)成。乙烯的比例，可以形成微波板材的系列化。/銑毛刺多、孔金屬化困難、成本高，各板材供應(yīng)商開發(fā)出了，介電常數(shù)3.2~3.8脂多為聚酯、聚酰亞胺、聚苯醚等。根據(jù)產(chǎn)品性能要求的不同，設(shè)計(jì)和制造多層板時(shí)，應(yīng)該選擇相匹配的半固化片。高頻微波板材的介電常數(shù)，在不同頻率下測(cè)試會(huì)有些變化，但變化量不大。五、高頻微波版基本要求介電常數(shù)、介質(zhì)層厚度、銅箔厚度符合客戶圖紙要求。Dk500MHZ10GHZ10%，PTFE0.5%。間距公差要求嚴(yán)格。鑒于高頻信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，要求印制板的特性阻抗值是嚴(yán)格的。印制板的線寬/間距通常的公差要求是0.02mm，更嚴(yán)格的是0.015mm。Z0=8T/√（Dk+1.41）＊ln5.98H/（0.8W+T）微帶線結(jié)構(gòu)的特性阻抗值Z0計(jì)算公式。式中：Dk-介電常數(shù)、H-介質(zhì)厚度、W-導(dǎo)線寬度、T-導(dǎo)線厚度。四個(gè)參數(shù)的控制，將有效控制住特性阻抗Z0的變化范圍。在這四個(gè)參數(shù)中，影響最大的是介質(zhì)厚度H，其次是介電常數(shù)Dk、導(dǎo)線寬度W，最小的是導(dǎo)線厚度T。一旦材料選定后，Dk變化很小，H變化也小，T較易控制，而線寬W的控制就成為印制板工程設(shè)計(jì)完成后，生產(chǎn)印制板的難點(diǎn)之一了。印制板導(dǎo)線質(zhì)量控制。此類印制板的線路傳送的不是直流電流，而是高速電脈沖信號(hào)。這是與傳統(tǒng)FR-4印制板的根本區(qū)別所在。正因?yàn)橛诖?，?dǎo)線上的凹坑、鋸齒、缺口、針孔、劃傷等缺陷，都是不允許的，此類小缺陷會(huì)影響信號(hào)的傳輸。聚四氟乙烯孔金屬化難度大。對(duì)于聚四氟乙烯（PTFE）板材的孔金屬化加工，無論是雙面或多層板，均要求熱沖擊288C、10秒、1~3次。六、高頻微波印制板制造特點(diǎn)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)在現(xiàn)代通訊設(shè)計(jì)中已成為必然的選擇。CADCAM、CAT連接起來，通過對(duì)CAD微波印制板生產(chǎn)的工序控制、工序檢驗(yàn)和成品檢驗(yàn)。還包含合理的制造工藝路線安排。問題。高頻印制板制造特點(diǎn)：表面處理多樣化電鍍銅/鉛/浸金電鍍鎳電鍍金化學(xué)浸錫/涂層之特性及厚度控制要求高頻印制板制造特點(diǎn)：機(jī)械加工數(shù)控化控制數(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極大的特殊性，也有大量的技術(shù)問題需要解決。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(zhǎng)短。印制板的電氣測(cè)試，不僅要測(cè)量線路（或網(wǎng)絡(luò)）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)。七、微波印制板的選擇微波印制板選用之一和熱膨脹系數(shù)CT。1）電性能。通常，實(shí)現(xiàn)相同的功能，用高介電常數(shù)的材料可以使電路做得更小。頻率穩(wěn)定性。頻率穩(wěn)定性是指介電常數(shù)隨頻率變化的程度。該項(xiàng)指標(biāo)是根據(jù)IPC-6502.5.5.5.1,在500MHZ到10GHZ范圍內(nèi)測(cè)量的。4）IPC-TM-6502.4.24.了板材的CTE的測(cè)量方法。微波印制板選用之二銅箔種類及厚度選擇。目前最常用的銅箔厚度有35μm18μm兩種。Z軸熱膨脹系數(shù)小的基材；二是濕度對(duì)基材板選生產(chǎn)周期加長(zhǎng)，因而在可用可不用的情況下，盡量不采用帶鋁襯板的基材。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題的內(nèi)角都應(yīng)設(shè)計(jì)成為圓角，以便于一次加工成形。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(zhǎng)度,從而影響微波性能。實(shí)際上，參照國(guó)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。微帶線制造特性阻抗問題Z0=（87/εr+1.41）ln[5.98H/式中：εr－介電常數(shù)；－電介質(zhì)層厚度m；－印制導(dǎo)線寬度－印制導(dǎo)線厚度m。對(duì)于單、雙面微帶圖形制造而言，在高頻基材選定后，特性阻抗僅與導(dǎo)線寬度有關(guān)。厚度及均勻性的影響。（ROGERS產(chǎn)品而言，介質(zhì)厚度（H）之變化也是很小的，至于導(dǎo)線厚度也是容易控制的（銅箔厚度3μm或1μ。IPC-HF-318A”標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定微帶線側(cè)蝕每邊不得超過板面總銅箔厚度，或線寬的10%，有時(shí)也是很難控制的。這里既有模版光繪制作、圖形轉(zhuǎn)移和圖形蝕刻等所帶來的線寬問題，又有導(dǎo)線上缺陷（缺口、凸出、針孔和凹陷等）問題。導(dǎo)線的缺陷會(huì)改變導(dǎo)線的截面積，或者說會(huì)改變導(dǎo)線的寬度和厚度（特別是導(dǎo)線寬度，最終可能導(dǎo)致信號(hào)傳輸?shù)氖д?。因此，?duì)于高頻信號(hào)的傳輸線，不僅對(duì)導(dǎo)線的整體長(zhǎng)度上寬度和厚度有嚴(yán)格的控制，而且對(duì)導(dǎo)線整體長(zhǎng)度上的缺陷也必須加以嚴(yán)格控制，才能產(chǎn)生出合格的或規(guī)定的Z0值的信號(hào)傳輸線來。對(duì)于信號(hào)傳輸線的缺陷之控制，主要是：工作室的凈化控制；曝光底片的保管于維護(hù)；銅箔的表面處理；顯影和蝕刻的操作。因此，從某種意義上來看，制造生產(chǎn)信號(hào)傳輸線的微波印制板，實(shí)質(zhì)上是如何加工出性阻抗Z0值的最有效和最重要的方法。八、PTFE印制板制造工藝技術(shù)PTFE印制板的加工難點(diǎn)數(shù)控鉆孔。由于基材柔軟，鉆孔疊板數(shù)不能多，化學(xué)沉銅?；瘜W(xué)沉銅的前處理，是制造PTFE主要集中于兩種方法，即化學(xué)處理法和等離子處理法。0.02mm，甚至0.015mm。阻焊膜制作。蝕刻圖形結(jié)束后，進(jìn)入阻焊膜制作工序。絲印前，不能用刷輥磨板。熱風(fēng)整平。基于氟樹脂的內(nèi)在性能，應(yīng)盡量避免板材急速加熱。選用合適的銑刀和參數(shù)銑外形。工序間周轉(zhuǎn)。不可垂直立放，只能隔膠片或紙平放在貨筐內(nèi)。PTFE雙面板的制造工藝流程應(yīng)注意事項(xiàng)光成像、絲印阻焊工序，在制板允許放在插板架上，其余各工序應(yīng)隔膠片（或紙裝入塑料框運(yùn)送或存放。手指不允許觸及到圖形內(nèi)，以防破壞基材表面，造成阻焊膜附著力不良。PTFE板的圖形線路是傳導(dǎo)高頻訊號(hào)的，與FR-4間距，線路厚度要求都是嚴(yán)格的。于致命的質(zhì)量缺陷。主要工序工藝制作控制要點(diǎn)PTFE處理。針對(duì)PTFE板材的鉆孔操作，與傳統(tǒng)的FR-4板鉆孔參數(shù)是不一樣的?；瘜W(xué)前處理。等離子前處理?？捉饘倩?。圖形轉(zhuǎn)移。蝕刻。嚴(yán)格控制線寬間距，確保在公差范圍內(nèi)。阻焊制作。蝕刻后的在制板，絲印阻焊膜前停留時(shí)間不應(yīng)超過12小時(shí)。熱風(fēng)整平化學(xué)沉銀外形加工PTFE印制板的制造1）PTFE多層板，從結(jié)構(gòu)上分析，可分為三種類型九、軍用微波多層板的選材介紹介紹由于大量采用相饋網(wǎng)絡(luò)和相控天線系統(tǒng)，RF和微波應(yīng)用對(duì)于介質(zhì)材料的相位和介電常數(shù)變化越來越敏感。如此一來，OEM為了達(dá)到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)師對(duì)于材料的相位穩(wěn)定性，介電常數(shù)的控制、薄基材、尺寸穩(wěn)定性和多層加工性都有更高要求。由于高頻（Ku，K，Ka和毫米波）的趨勢(shì)以及系統(tǒng)重量的要求，越來越多的設(shè)計(jì)采用薄基材和細(xì)導(dǎo)線。（無論是電氣性能還是機(jī)械性能格控制允差（厚度和介電常數(shù)，低的Z軸熱膨脹系數(shù)，都是滿足這類封裝的基本要求。而且，還必須能在很大的溫度變化范圍應(yīng)用空間雷達(dá)（SBR）對(duì)于重量和溫度都非常敏感，而且對(duì)于可靠性也有非常高的要求，因?yàn)樵谔諏?duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)是非常困難的，而且代價(jià)高昂。SBR來說，由于發(fā)現(xiàn)號(hào)ⅡSTARLIFE泛的溫度范圍內(nèi)，對(duì)于高分辨率的數(shù)據(jù)獲取和準(zhǔn)確的圖形分析都非常重要。PTFE在多層印制板中的極限性耗和介電常數(shù)都是最好的。PTFEPTFE較大。PTFE材料，ARLONDiclad880、Cuclad217，TaconicRogersRT/duroid5880PTFE玻璃布或玻璃纖維的相對(duì)含量要低一些。PTFE是相對(duì)較軟的介質(zhì)材料，它們的體積模量較低。不過，玻璃（織布或飛織布）在Z軸上。這大大影響了鍍孔ZCTEPTHCTE18ppm/C另一個(gè)局限因素是介電常數(shù)隨溫度的變化。盡管大家公認(rèn)這些PTFE為主要成分的材料著介電常數(shù)的變化，傳輸長(zhǎng)度也在變化，降低了效率。陶瓷粉的添加在早期，人們討論通過PTFE/玻璃組成改進(jìn)機(jī)械特性。還有就是改變PTFE的二次相位變化，這對(duì)微波印制板來說是由于溫度變化改變了電氣長(zhǎng)度，相位偏移。PTFEZ的可靠性顯著提高。不管是介電常數(shù)還是物理尺寸發(fā)生變化，相位角都要受到影響。有趣的是，PTFE材料通常顯示出隨溫度升高，介電常數(shù)降低的特性。隨著介電常數(shù)的PTFE（CLTE10-12ppm/C）和介電常數(shù)（-13ppm/C）都相對(duì)較小，相反的效應(yīng)和相近的系數(shù)，對(duì)電氣信號(hào)傳輸長(zhǎng)度的影響，使材料在溫度和頻率變化時(shí)，電氣和物理特性都非常穩(wěn)定。介電常數(shù)的允差對(duì)性能的影響1/4波的傳輸由于介電常數(shù)變化在完成的電路上有很大的影響材料內(nèi)的介電常數(shù)差異電路設(shè)計(jì)都有特定的特性阻抗值。讓我們以50OHMES為例，如果介電常數(shù)出現(xiàn)變化，阻抗不會(huì)是50OHMES。介電常數(shù)升高，阻抗下降；介電常數(shù)降低，阻抗提高。RF，可能會(huì)造成更多的問題。酒精可以讓PCB加工過程中的化學(xué)物質(zhì)存留在板內(nèi)，甚至在烘干以后。這可能也會(huì)造成在PCB加工前不會(huì)被察覺到的差異，最后造成介電常數(shù)的變化。吸潮和加工中化學(xué)溶液的吸附介質(zhì)損耗角最小的材料不一定就能夠做成最理想的PCB基材。因?yàn)榧庸すに囈材茉斐刹牧闲阅艿淖兓?，而用常?guī)的IPC如果樹脂的吸潮較大或樹脂和支撐材料的結(jié)合不好造成潮氣吸收，都不適合高端應(yīng)用。樹脂和支撐材料的結(jié)合非常重要，這跟樹脂涂布在支撐材料上的速度和工藝有關(guān)。脂的吸潮。升，常常造成分層和起泡。這是因?yàn)闇囟韧蝗簧仙?00CPTFE5%就會(huì)造成在高濕度條件下的應(yīng)用局限，如南太平洋的地中海區(qū)域F-18E/FPTFE（水1/200大?。┛梢詽B入基材。水汽可能在整個(gè)線路上引起性能的變化，特別是損耗正切埋入式電阻的一致性O(shè)HMEGATCR銅箔，很多用于WILKSON功分器中。這些電阻又稱為平面電阻，薄膜電阻，或集成電阻等。OHMEGA形容他們