淺析高頻微波印制板制造技術(shù)

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 李曉麗

一、前言

高頻微波印制板在我國獲得飛速發(fā)展的主要原因高保密性、高傳送質(zhì)量，要求移動電話、汽車電話、無線通信，向高頻化發(fā)展。通信業(yè)的快速進步，使原有的民用通信頻段顯得非常的擁擠，某些原軍事用途的高頻通信，部分頻段從21世紀開始，逐漸讓位給民用，使得民用高頻通信獲得了超常規(guī)的速度發(fā)展。計算機技術(shù)處理能力的增加，信息存儲容量增大，迫切要求信號傳送高速化。

二、基礎(chǔ)概念

1）微波定義

常將微波劃分為分米波、厘米波、毫米波和亞毫米波四個波段。

表1 微波波段的劃分

表2 微波中的常用波段

2）高頻微波印制板定義

在具有高頻微波基材的覆銅板上，加工制造成的印制板，叫作高頻微波印制板。這是一鐘剛性印制板，分為單面、雙面、多層高頻微波印制板。高頻基材同普通FR-4基材合壓形成的印制板，叫做混合型多層印制板；高頻微波基材與金屬基混合壓成的基材制成的印制板，叫做高頻金屬基印制板。

三、各種高頻微波板材

高頻微波覆銅板基板材料的介電常數(shù)從1.15開始，直至10.2，共有一百余種。

1）影響高頻微波印制板的關(guān)鍵性能參數(shù)，是介電常數(shù)Dk和介質(zhì)損耗因素Df。

2）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。

3）鑒于聚四氟乙烯是介電常數(shù)最低的物料，通過調(diào)節(jié)玻璃纖維、陶瓷粉等填料和聚四氟乙烯的比例，可以形成微波板材的系列化。

4）基于聚四氟乙烯剛性差、鉆/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之間的不含聚四氟乙烯的板材。其結(jié)構(gòu)是玻纖、陶瓷、樹脂，樹脂多為聚酯、聚酰亞胺、聚苯醚等。

5）根據(jù)產(chǎn)品性能要求的不同，設(shè)計和制造多層板時，應(yīng)該選擇相匹配的半固化片。

6）高頻微波板材的介電常數(shù)，在不同頻率下測試會有些變化，但變化量不大。

四、高頻微波板基本要求

1）介電常數(shù)、介質(zhì)層厚度、銅箔厚度符合客戶圖紙要求

搞清楚介電常數(shù)、板厚、銅厚，是制作高頻微波板的前提條件，因為此類因素對產(chǎn)品性能影響是很大的。此外，同一基材，在不同頻率下，其Dk也會有一點變化。從500MHZ到10GHZ，板材的介電常數(shù)變化約10%，PTFE變化最小，越為0.5%。

2）印制板線寬/間距公差要求嚴格

鑒于高頻信號傳輸?shù)奶攸c，要求印制板的特性阻抗值是嚴格的。印制板的線寬/間距通常的公差要求是0.02mm，更嚴格的是0.015mm。一旦材料選定后，介電常數(shù)變化很小，介質(zhì)厚度變化也小，導(dǎo)線厚度較易控制，而導(dǎo)線寬度的控制就成為印制板工程設(shè)計完成后，生產(chǎn)印制板的難點之一了。

3）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。這是與傳統(tǒng)FR-4印制板的根本區(qū)別所在。正因為于此，導(dǎo)線上的凹坑、鋸齒、缺口、針孔、劃傷等缺陷，都是不允許的，此類小缺陷會影響信號的傳輸。

4）聚四氟乙烯孔金屬化難度大

對于聚四氟乙烯（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。

五、高頻微波印制板制造特點

高精度的微波印制板模版設(shè)計制造，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，已經(jīng)離不開計算機技術(shù)。因此，需將微波印制板的CAD與CAM、CAT連接起來，通過對CAD設(shè)計的數(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)控檢測文件，用于微波印制板生產(chǎn)的工序控制、工序檢驗和成品檢驗。

1.高 頻印制板制造特點：表面處理多樣化

1）電鍍銅；2）電鍍錫/鉛；3）化學(xué)沉鎳/浸金；4）電鍍鎳；5）電鍍金；6）化學(xué)浸錫；7）金屬鍍/涂層之特性及厚度控制要求。

2.高 頻印制板制造特點：機械加工數(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)需要重點解決的一項技術(shù)。面對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，而必須采用先進的計算機控制數(shù)控加工技術(shù)。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傳輸線的作用。這就是說，對高頻信號和高速數(shù)字信號的傳輸用微波印制板的電氣測試，不僅要測量線路（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，高精度微波印制板有大量的數(shù)據(jù)需要檢驗，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。

六、微波印制板的選擇

1.微 波印制板選用之一

微波高頻介質(zhì)板的選用中通常應(yīng)當考慮的因素包括：電性能，溫度穩(wěn)定性，頻率穩(wěn)定性和熱膨脹系數(shù)（CTE）。

1）電性能。通常，實現(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。

2）溫度穩(wěn)定性。溫度穩(wěn)定性是指介電常數(shù)隨溫度變化的穩(wěn)定程度。在設(shè)計對溫度變化較為敏感的電路如：帶通濾波器，壓控振蕩器及天線時，隨溫度變化較大的材料會帶來許多問題。

3）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。該項指標是根據(jù)IPC-650 2.5.5.5.1 , 在500MHZ到 10GHZ范圍內(nèi)測量的。

4）熱膨脹系數(shù)。熱膨脹系數(shù)是衡量材料隨溫度變化的機械特性。IPC-TM-650 2.4.24.規(guī)定了板材的CTE的測量方法。

2.微 波印制板選用之二

1）銅箔種類及厚度選擇。目前最常用的銅箔厚度有35μm和18μm兩種。

2）孔適應(yīng)性選擇。一是孔化與否對基材選擇的影響，對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；二是濕度對基材板選擇的影響，基材樹脂本身吸水性很小，但加入增強材料后，其整體的吸水性增大，在高濕環(huán)境下使用時會對介電性能產(chǎn)生影響，因而選材時應(yīng)選擇吸水性小的基材，或采取結(jié)構(gòu)工藝上的措施進行保護。

3）可加工性選擇。隨著設(shè)計要求的不斷提升，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，因而在可用可不用的情況下，盡量不采用帶鋁襯板的基材。

3.微 帶線制造特性阻抗問題

對于信號傳輸線的缺陷之控制，主要是：（1）工作室的凈化控制；（2）曝光底片的保管于維護；（3）銅箔的表面處理；（4）顯影和蝕刻的操作。

因此，從某種意義上來看，制造生產(chǎn)信號傳輸線的微波印制板，實質(zhì)上是如何加工出理想或完善導(dǎo)線寬度的問題。從另外一種角度而言，利用導(dǎo)線寬度的調(diào)整，是改變和控制特性阻抗Z0值的最有效和最重要的方法。

4.吸 潮和加工中化學(xué)溶液的吸附

通常，潮氣是通過質(zhì)量不好的鍍通孔進入樹脂和支撐材料之間，或者是層間。有些材料會比別的材料具有更寬的作業(yè)窗口。潮氣和加工過程中的潮氣吸收，在加工后段溫度急速上升，常常造成分層和起泡。這是因為溫度突然上升至100C，造成吸入的水汽化，膨脹的應(yīng)力使得層間分離，嚴重的會造成板子的孔壁斷裂。材料在加工以后的完整性同樣影響到設(shè)計性能，如插損。所以，考慮材料的加工后特性也尤為重要。

5.埋 入式電阻的一致性

微波PCB對埋入式電阻的最關(guān)鍵要求是一致性。銅和電阻層、基材層的熱膨脹系數(shù)不一樣，會造成電阻層的變化。所以，電阻銅箔制造商和PCB制造商都面臨提高性能的挑戰(zhàn)，材料必須能耐受700F，400PSI的層壓過程。

6.尺 寸穩(wěn)定性

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)。因而在進行微波板設(shè)計時應(yīng)充分考慮到數(shù)控加工的特點，所有加工處的內(nèi)角都應(yīng)設(shè)計成為圓角，以便于一次加工成形。參照國外的規(guī)范設(shè)計，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。