高频微波印制板制造技术

PAGEPAGE10高频微波印制板制造技术一、前言高频微波印制板在我国获得飞速发展的主要原因：21世纪开始，逐渐让位给民用，使得民用高频通信获得了超常规的高保密性、高传送质量，要求移动电话、汽车电话、无线通信，向高频化发展。二、定义1.二、定义1.微波定义。1m~0.1mm磁波称为微波。常将微波划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。波段名称波长范围频率范围频段名称分米波1m10cm300MHZ~3GHZ特高频（UHF）厘米波10cm1cm3GHZ~30GHZ超高频（SHF）毫米波1cm1mm30GHZ~300GHZ极高频（EHF）亚毫米波1mm0.1mm300GHZ~3000GHZ超极高频表1微波波段的划分波段频率范围/GHZ波段 频率范围/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微波特点：

表2微波中的常用波段频率高。微波的震荡频率极高，每秒在三亿次以上，震荡周期很短，在10-9~10-12s之10-8~10-9s高，在不太大的相对带宽下，其可用频带很宽。频带宽意味着信息容量大似光性。微波的波长比一般的宏观物体（如建筑物、船舰、飞机和导弹等）“微波的应用。微波技术的早期发展是和雷达交织在一起的。微波通信是国际公认的最有发展前途的三大传输手段（微波、卫星和光纤）之一。高频微波印制板定义。FR-4基材合压形成叫做高频金属基印制板。三、基材要求印制板的整体特性、加工性能、长期可靠性，在很大程度上取决于基板材料的特性。对高频微波印制板而言，所使用的基材与FR-4是完全不同的。为实现高速传送信号，要求基材的选用，必须考虑介电常数（Dk）和介质损耗因素（Df）这两个性能参数。根据电子产品的性能要求，选取不同介电常数的基材来制造高频微波印制板。介电常数介电常数D（或，英文为dielectricconstant或relativepermittivity，表示某电介质电容器的电容，与同样构造的电容器在真空状态下的电容之比。介电常数D（或ε，通常表示出某种材料存储电能能力的大小。国内旧的专业文献资料，常用和新的国内文献资料，常用Dk表示。覆铜板的介电常数覆铜板，由树脂、增强材料（布、纤维、纸）和充填剂所组成，构成为电的绝缘体，也称为电介质。Dk小时，电信号传播速度就快。在高频线路中，信号的传播速度，有以下的关系：v=k·C/Dk式中，V表示信号传播速度；k是常数；C为光速，3108m/s；Dk表示基板的介电常数。低介电常数基材1）聚四氟乙烯，英文名PTFE，俗称PTFE300C“”之称。其相对密度2.14~2.20，熔点417C，吸水性（24小时）＜0.01%。PTFE具有塑料中最好的绝缘性能，其体积电阻高达1018Ωcm。4ArlonCladR/FTM。据称，Dk1.15~1.350.002~0.0050.35g/cc，吸水率＜0.5%胀系数CTE在XY轴为25ppmC，而Z轴CTE为7.550~10。Dk基材，是蜂房式结构，低Dk100C的环境下使用。用其制成的PC，不可上阻焊（因为阻焊剂固化时为15060mi，不可焊接。这种基材，在DkDf，略有差异。电介质材料在交变电场又称介质损耗角正切，tanδ）losstangentdissipationfactor。Dk和DfDkDf也小，对应于能量损耗也小。基材其他性能DkDf外，还应了解该基材的其它方面的性能。基材的结构基材的热膨胀系数基材的其它性能指标四、各种高频微波板材高频微波覆铜板基板材料，欧美供应商提供的品种繁多，基材的介电常数从1.15开始，10.2、Arlon、Metclad、GILPolyfonIsola办事机构或代理，有的已在国内建厂生产。Chukok等公司。聚酰亚胺P、聚苯醚PPE、双马来酰亚胺改性三嗪（BT）树脂基材，都已经系列化、商品化。韩国公司SMARTR&C，从2.17~3.50介电常数，已有多个品种可批量供货，板材厚度从0.25mm~1.57mm。704总结：影响高频微波印制板的关键性能参数，是介电常数DkDf。介电常数低的基材，其结构一定是聚四氟乙烯和玻璃纤维所构成。乙烯的比例，可以形成微波板材的系列化。/铣毛刺多、孔金属化困难、成本高，各板材供应商开发出了，介电常数3.2~3.8脂多为聚酯、聚酰亚胺、聚苯醚等。根据产品性能要求的不同，设计和制造多层板时，应该选择相匹配的半固化片。高频微波板材的介电常数，在不同频率下测试会有些变化，但变化量不大。五、高频微波版基本要求介电常数、介质层厚度、铜箔厚度符合客户图纸要求。Dk500MHZ10GHZ10%，PTFE0.5%。间距公差要求严格。鉴于高频信号传输的特点，要求印制板的特性阻抗值是严格的。印制板的线宽/间距通常的公差要求是0.02mm，更严格的是0.015mm。Z0=8T/√（Dk+1.41）＊ln5.98H/（0.8W+T）微带线结构的特性阻抗值Z0计算公式。式中：Dk-介电常数、H-介质厚度、W-导线宽度、T-导线厚度。四个参数的控制，将有效控制住特性阻抗Z0的变化范围。在这四个参数中，影响最大的是介质厚度H，其次是介电常数Dk、导线宽度W，最小的是导线厚度T。一旦材料选定后，Dk变化很小，H变化也小，T较易控制，而线宽W的控制就成为印制板工程设计完成后，生产印制板的难点之一了。印制板导线质量控制。此类印制板的线路传送的不是直流电流，而是高速电脉冲信号。这是与传统FR-4印制板的根本区别所在。正因为于此，导线上的凹坑、锯齿、缺口、针孔、划伤等缺陷，都是不允许的，此类小缺陷会影响信号的传输。聚四氟乙烯孔金属化难度大。对于聚四氟乙烯（PTFE）板材的孔金属化加工，无论是双面或多层板，均要求热冲击288C、10秒、1~3次。六、高频微波印制板制造特点传统的微波印制板生产中极少应用到计算机技术，但随着CAD技术在现代通讯设计中已成为必然的选择。CADCAM、CAT连接起来，通过对CAD微波印制板生产的工序控制、工序检验和成品检验。还包含合理的制造工艺路线安排。问题。高频印制板制造特点：表面处理多样化电镀铜/铅/浸金电镀镍电镀金化学浸锡/涂层之特性及厚度控制要求高频印制板制造特点：机械加工数控化控制数控加工技术。但带铝衬板微波印制板的外形加工技术既不同于金属材料加工极大的特殊性，也有大量的技术问题需要解决。一道工序，因而外形加工技术解决的好坏直接关系到整个微波印制板的加工周期长短。印制板的电气测试，不仅要测量线路（或网络）通”“断和短路等是否符合要求，而且还应测量特性阻抗值是否在规定的合格范围内。七、微波印制板的选择微波印制板选用之一和热膨胀系数CT。1）电性能。通常，实现相同的功能，用高介电常数的材料可以使电路做得更小。频率稳定性。频率稳定性是指介电常数随频率变化的程度。该项指标是根据IPC-6502.5.5.5.1,在500MHZ到10GHZ范围内测量的。4）IPC-TM-6502.4.24.了板材的CTE的测量方法。微波印制板选用之二铜箔种类及厚度选择。目前最常用的铜箔厚度有35μm18μm两种。Z轴热膨胀系数小的基材；二是湿度对基材板选生产周期加长，因而在可用可不用的情况下，尽量不采用带铝衬板的基材。结构设计问题的内角都应设计成为圆角，以便于一次加工成形。以金属零件的加工精度来要求微波板。外形的高精度要求,在很大程度上可能是因为顾及当微带线与外形相接的情况下,外形偏差会影响微带线长度,从而影响微波性能。实际上，参照国外的规范设计，微带线端距板边应保留0.2mm的空隙，这样即可避免外形加工偏差的影响。微带线制造特性阻抗问题Z0=（87/εr+1.41）ln[5.98H/式中：εr－介电常数；－电介质层厚度m；－印制导线宽度－印制导线厚度m。对于单、双面微带图形制造而言，在高频基材选定后，特性阻抗仅与导线宽度有关。厚度及均匀性的影响。（ROGERS产品而言，介质厚度（H）之变化也是很小的，至于导线厚度也是容易控制的（铜箔厚度3μm或1μ。IPC-HF-318A”标准，规定微带线侧蚀每边不得超过板面总铜箔厚度，或线宽的10%，有时也是很难控制的。这里既有模版光绘制作、图形转移和图形蚀刻等所带来的线宽问题，又有导线上缺陷（缺口、凸出、针孔和凹陷等）问题。导线的缺陷会改变导线的截面积，或者说会改变导线的宽度和厚度（特别是导线宽度，最终可能导致信号传输的失真。因此，对于高频信号的传输线，不仅对导线的整体长度上宽度和厚度有严格的控制，而且对导线整体长度上的缺陷也必须加以严格控制，才能产生出合格的或规定的Z0值的信号传输线来。对于信号传输线的缺陷之控制，主要是：工作室的净化控制；曝光底片的保管于维护；铜箔的表面处理；显影和蚀刻的操作。因此，从某种意义上来看，制造生产信号传输线的微波印制板，实质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印制板制造工艺技术PTFE印制板的加工难点数控钻孔。由于基材柔软，钻孔叠板数不能多，化学沉铜。化学沉铜的前处理，是制造PTFE主要集中于两种方法，即化学处理法和等离子处理法。0.02mm，甚至0.015mm。阻焊膜制作。蚀刻图形结束后，进入阻焊膜制作工序。丝印前，不能用刷辊磨板。热风整平。基于氟树脂的内在性能，应尽量避免板材急速加热。选用合适的铣刀和参数铣外形。工序间周转。不可垂直立放，只能隔胶片或纸平放在货筐内。PTFE双面板的制造工艺流程应注意事项光成像、丝印阻焊工序，在制板允许放在插板架上，其余各工序应隔胶片（或纸装入塑料框运送或存放。手指不允许触及到图形内，以防破坏基材表面，造成阻焊膜附着力不良。PTFE板的图形线路是传导高频讯号的，与FR-4间距，线路厚度要求都是严格的。于致命的质量缺陷。主要工序工艺制作控制要点PTFE处理。针对PTFE板材的钻孔操作，与传统的FR-4板钻孔参数是不一样的。化学前处理。等离子前处理。孔金属化。图形转移。蚀刻。严格控制线宽间距，确保在公差范围内。阻焊制作。蚀刻后的在制板，丝印阻焊膜前停留时间不应超过12小时。热风整平化学沉银外形加工PTFE印制板的制造1）PTFE多层板，从结构上分析，可分为三种类型九、军用微波多层板的选材介绍介绍由于大量采用相馈网络和相控天线系统，RF和微波应用对于介质材料的相位和介电常数变化越来越敏感。如此一来，OEM为了达到系统的设计指标，设计师对于材料的相位稳定性，介电常数的控制、薄基材、尺寸稳定性和多层加工性都有更高要求。由于高频（Ku，K，Ka和毫米波）的趋势以及系统重量的要求，越来越多的设计采用薄基材和细导线。（无论是电气性能还是机械性能格控制允差（厚度和介电常数，低的Z轴热膨胀系数，都是满足这类封装的基本要求。而且，还必须能在很大的温度变化范围应用空间雷达（SBR）对于重量和温度都非常敏感，而且对于可靠性也有非常高的要求，因为在太空对系统进行维护是非常困难的，而且代价高昂。SBR来说，由于发现号ⅡSTARLIFE泛的温度范围内，对于高分辨率的数据获取和准确的图形分析都非常重要。PTFE在多层印制板中的极限性耗和介电常数都是最好的。PTFEPTFE较大。PTFE材料，ARLONDiclad880、Cuclad217，TaconicRogersRT/duroid5880PTFE玻璃布或玻璃纤维的相对含量要低一些。PTFE是相对较软的介质材料，它们的体积模量较低。不过，玻璃（织布或飞织布）在Z轴上。这大大影响了镀孔ZCTEPTHCTE18ppm/C另一个局限因素是介电常数随温度的变化。尽管大家公认这些PTFE为主要成分的材料着介电常数的变化，传输长度也在变化，降低了效率。陶瓷粉的添加在早期，人们讨论通过PTFE/玻璃组成改进机械特性。还有就是改变PTFE的二次相位变化，这对微波印制板来说是由于温度变化改变了电气长度，相位偏移。PTFEZ的可靠性显著提高。不管是介电常数还是物理尺寸发生变化，相位角都要受到影响。有趣的是，PTFE材料通常显示出随温度升高，介电常数降低的特性。随着介电常数的PTFE（CLTE10-12ppm/C）和介电常数（-13ppm/C）都相对较小，相反的效应和相近的系数，对电气信号传输长度的影响，使材料在温度和频率变化时，电气和物理特性都非常稳定。介电常数的允差对性能的影响1/4波的传输由于介电常数变化在完成的电路上有很大的影响材料内的介电常数差异电路设计都有特定的特性阻抗值。让我们以50OHMES为例，如果介电常数出现变化，阻抗不会是50OHMES。介电常数升高，阻抗下降；介电常数降低，阻抗提高。RF，可能会造成更多的问题。酒精可以让PCB加工过程中的化学物质存留在板内，甚至在烘干以后。这可能也会造成在PCB加工前不会被察觉到的差异，最后造成介电常数的变化。吸潮和加工中化学溶液的吸附介质损耗角最小的材料不一定就能够做成最理想的PCB基材。因为加工工艺也能造成材料性能的变化，而用常规的IPC如果树脂的吸潮较大或树脂和支撑材料的结合不好造成潮气吸收，都不适合高端应用。树脂和支撑材料的结合非常重要，这跟树脂涂布在支撑材料上的速度和工艺有关。脂的吸潮。升，常常造成分层和起泡。这是因为温度突然上升至100CPTFE5%就会造成在高湿度条件下的应用局限，如南太平洋的地中海区域F-18E/FPTFE（水1/200大小）可以渗入基材。水汽可能在整个线路上引起性能的变化，特别是损耗正切埋入式电阻的一致性OHMEGATCR铜箔，很多用于WILKSON功分器中。这些电阻又称为平面电阻，薄膜电阻，或集成电阻等。OHMEGA形容他们