一種衛(wèi)星通訊系統(tǒng)用印制電路板制作技術(shù)

王 俊 白亞旭 吳永恒

（景旺電子股份有限公司，廣東 深圳 518000）

0 引言

衛(wèi)星是數(shù)量最多的空間飛行器，是利用空間資源環(huán)境，為經(jīng)濟社會各領(lǐng)域用戶提供通信廣播、導航定位授時、地球綜合觀測及其他產(chǎn)品與服務(wù)的天地一體化設(shè)施。衛(wèi)星的分類方式較多，可以按照所處軌道位置進行分類[1]，如有低地球軌道（LEO）、中地球軌道（MEO）、地球同步軌道（GEO）、太陽同步軌道（SSO）。

盡管目前地面互聯(lián)網(wǎng)中的地面光纖網(wǎng)絡(luò)以及移動無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)覆蓋了絕大多數(shù)應(yīng)用場景及用戶，但也僅僅覆蓋了地球陸地面積的20%。在5G時代到來之際，真正5G時代的萬物互聯(lián)和隨遇接入的愿景，也有望為可以實現(xiàn)全球覆蓋的衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)帶來新的市場及用戶需求。在此背景下，多家企業(yè)提出打造由低軌小衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，為全球提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)，引發(fā)全球強烈關(guān)注。

低地球軌道（LEO）衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座方面，未來的主要應(yīng)用領(lǐng)域短期內(nèi)主要集中在應(yīng)急通信、海洋及科考作業(yè)、軍用武器裝備通信等對網(wǎng)絡(luò)實時性要求較高，在此背景下，可回收運載火箭技術(shù)、實現(xiàn)終端小型化、集成化等能夠降低LEO衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)及運營成本的技術(shù)，將成為能夠決定何時LEO衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)星座能夠向偏遠地區(qū)通信、物聯(lián)網(wǎng)、空域?qū)拵ㄐ诺让裼妙I(lǐng)域拓展的關(guān)鍵因素[2]。

本文介紹一種應(yīng)用于LEO衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)地面信號接收設(shè)備的印制電路板（PCB）制作解決方案。

1 產(chǎn)品基本信息及制作難度分析

1.1 產(chǎn)品基本信息

產(chǎn)品基本信息表見表1所示。

表1 PCB基本信息表

1.2 制作難度分析

該產(chǎn)品制作工藝復雜，需要對制作難點進行特別的管控，如：埋阻公差管控、N+N結(jié)構(gòu)子板與子板壓合的層間對準度管控、不對稱結(jié)構(gòu)的壓合排版以及板翹曲控制等。下面重點介紹針對一些管控難點的試驗驗證過程和過程管控方案。

2 試驗驗證與結(jié)果分析

2.1 埋阻公差管控

埋置電阻材料的選擇對阻值及阻值公差有較大的影響，市面上埋阻材料優(yōu)缺點如表2所示。本次選擇鎳-鉻埋阻材料進行制作。

表2 埋阻材料優(yōu)缺點介紹表

埋阻材料在制作過程中，棕化、烘烤、高溫壓合等過程都會影響阻值的變化，因此需要提前進行試驗驗證各工序?qū)x擇埋阻材料阻值的影響，根據(jù)驗證結(jié)果分析，在設(shè)計時提前進行阻值補償，從而保證在制作完成保證成品的阻值及公差符合控制要求。

2.2 跨層盲孔制作

L1-3層之間有跨層盲孔設(shè)計。并且L1-3層的盲孔上面還有填孔上連接盤（POFV），保證電鍍后凹陷＜25 μm。通過以下方式實現(xiàn)跨層盲孔制作和凹陷度控制。

（1）跨層盲孔制作，先使用控深鉆方式鉆出一定深度的盲孔，控深鉆的要求為一定鉆穿L2層，同時控制剩余的介質(zhì)厚度≤0.1 mm，然后再使用激光燒孔的方式，將剩余的基材燒掉，從而完成L1-3層跨層盲孔的制作（如圖1所示）。

圖1 跨層盲孔的制作

（2） 跨層盲孔樹脂塞孔及電鍍銅凹陷度?？鐚用た缀駨奖冉咏?:1，為了保證盲孔沉銅和塞孔的效果，通過真空塞孔與塞孔前棕化處理增加銅面粗糙度和真空塞孔。實現(xiàn)樹脂塞孔及電鍍銅的制作，完成后滿足盲孔孔銅最小18 μm，平均20 μm，凹陷度≤25 μm的要求（如圖2所示）。

圖2 跨層盲孔樹脂塞孔及電鍍銅

2.3 L1-11層埋孔殘根值管控

此板設(shè)計有L1～11的埋孔，又有L10～12層的埋孔，因此，使用先壓合L1～11層，再進行鉆孔和電鍍的常規(guī)工藝流程無法同時實現(xiàn)L1～11層的盲孔和L10～12層的埋孔的制作。通過分析，采用蝕刻背鉆的方式進行L1～11層埋孔的制作，先制作L1～12層壓合，再通過兩次蝕刻的方式。第1次蝕刻后殘根（stub）長度為82 μm左右，第2次蝕刻后殘根長度為45 μm～48 μm，將L11～12層之間的孔銅蝕刻掉，從而實現(xiàn)L1-11層埋孔的制作。

以上盲孔蝕刻后，殘根長度滿足≤70 μm的要求。而孔銅蝕刻掉以后留下的縫隙，在后制程壓合時，PP的流膠可以將這些縫隙完全填充，經(jīng)過驗證可知，壓合后可以將蝕刻后的空隙填爆滿，因此，此工藝技術(shù)方法可以實現(xiàn)需要做樹脂塞孔的淺背鉆機械盲孔設(shè)計（如圖3所示）。

圖3 壓合后成品板切片

2.4 L14-15層之間對準度管控

此類產(chǎn)品具有兩層相控陣天線的設(shè)計，上下兩層天線地對準度對信號傳輸?shù)耐暾跃哂兄陵P(guān)重要的作用，本產(chǎn)品需要保證≤0.05 mm。L14層的線路是在制作內(nèi)層線路時制作，而L15層的只在板子全部壓合完成后再進行制作的，因此，按照常規(guī)的制作方法，無法保證L14和L15層層間對準度≤0.05 mm。為了保證≤0.05 mm層間對準度的要求，通過在L14層設(shè)計L15層對位靶標，L15層圖形制作使用和L14圖形制作的同一套靶標，并通過LDI曝光機生產(chǎn)，實現(xiàn)上下兩層天線X方向和Y方向的層間對準度均滿足≤0.05 mm的要求。具體L14～15對準度切片X方向偏移度為42 μm，Y方向偏移為30 μm。

2.5 翹曲度的管控

由于此類產(chǎn)品為了滿足天線與天線之間射頻天線的距離要求，層與層之間的介質(zhì)厚度設(shè)計具有嚴格的要求，同時產(chǎn)品設(shè)計疊構(gòu)為非對稱設(shè)計。按照普通對稱結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)參數(shù)和資料，很難達到翹曲度和介質(zhì)層厚度公差的要求，通過以下方式實現(xiàn)翹曲度和介質(zhì)厚度的嚴格控制。

（1）與客戶溝通，盡量將結(jié)構(gòu)設(shè)計為對稱疊構(gòu)。

（2）在不影響信號傳輸?shù)那疤嵯?，針對無銅區(qū)域添加輔助銅，平衡每層線路的殘銅率。

（3）鋁片比銅、鋼具有更大的熱膨脹系數(shù)，排版時，使用鋁片代替鋼板與待壓合板直接接觸，鋁片膨脹產(chǎn)生的“拉力”大于鋼板產(chǎn)生的拉力，有利于充分壓合填膠，增大板子的舒張力度，防止壓合翹曲度的問題。

（4）調(diào)整壓合參數(shù)，通過減少降壓段時間，增加冷壓段時間的方式，實現(xiàn)壓合參數(shù)優(yōu)化，確保壓合翹曲的控制。

2.6 天線PAD（焊盤）直角管控方案

根據(jù)雷達天線的原理，方形天線PAD的直角度越接近90°，信號輻射和傳輸性能越好。因此，目前制作雷達天線的PCB廠家都在積極采取措施提高雷達天線PAD的直角度。經(jīng)過試驗驗證，降低天線區(qū)域銅厚、減少蝕刻量，天線PAD圖形動態(tài)補償設(shè)計優(yōu)化的方式，實現(xiàn)天線PAD直角的管控（如圖4所示）。

圖4 天線PAD直角管控

3 結(jié)論

本文通過對衛(wèi)星通訊應(yīng)用PCB關(guān)鍵技術(shù)進行分析，通過一系列的試驗驗證和技術(shù)攻克，實現(xiàn)了產(chǎn)品的制作，并完全滿足客戶的要求。本次研究僅是在有限條件下的試驗驗證結(jié)果，研究數(shù)據(jù)和結(jié)論僅供同行了解。