1、第十四章 特種印制板技術(shù)現(xiàn)代印制電路原理和工藝第十四章 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 3LOGO 特種印制板技術(shù)包括: 高頻微波印制板 金屬基印制板 厚銅箔埋孔多層印制板LOGO14.1 高頻微波印制板 1.1 概述 美國杜邦(Dupont)公司1956年發(fā)明了特氟隆(Teflon)材(Polytetrafluoroethylene,簡稱PTFE),開創(chuàng)了微波印制板大規(guī)模應(yīng)用的新時代。 LOGO 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，使電路更加小型化、集成化。 微波多層板的結(jié)構(gòu)包括: 內(nèi)層和外層電路 電源層

2、 接地層 層與層間互連的通孔(PTH)LOGO圖14-1 六層微波多層板的結(jié)構(gòu)示意圖LOGO 1.介電常數(shù)及公差 高頻電路需要高的信號傳輸速度v (m/s)與 材料的介電常數(shù)r是有著密切關(guān)系: 1.2 微波多層板基材性能LOGO 信號的傳輸延遲時間tpd與介電常數(shù)r還 有如下關(guān)系： 介電常數(shù)越高，信號的延遲時間越長。因此要實現(xiàn)快速的信號傳輸，必須選擇介電常數(shù)低的基材。LOGO 2. 介質(zhì)損耗角正切值tan 材料的介電常數(shù)是一個帶有實部和虛部的復(fù)數(shù)，實部決定著傳輸電信號的速率，通常叫tan又稱耗散因子.LOGO 3. 吸濕率 材料的吸濕率也會影響電路的性能 高的吸濕率產(chǎn)生更大的耗散因子和相位隨頻

3、 率的更大移動。 低的吸濕率則可提高電子封裝產(chǎn)品的可靠性。 吸濕率還會影響微波電路板的可加工性LOGO 4. 熱脹系數(shù)CTE PCB所用的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。 一旦工作溫度超過材料的Tg，CTE將發(fā)生突變。LOGO 5. 特性阻抗Z0 要使高頻電路的電信號穩(wěn)定的傳送，基材的特性 阻抗Z0是相當(dāng)重要的。 特性阻抗越高，介質(zhì)材料的厚度下降越明顯，這將使微波多層板的制造難度大大降低 r越小,傳輸阻抗越高,信號的傳輸速度越快，信號的延遲就越小,同時介質(zhì)厚度也可減小。LOGO 6.常用微波材料的性能比較 微波多層板的設(shè)計所用的增強或填充材料在工程

4、上可以提供理想的電氣性能，特別是能提供極低的耗散因子，但是其機械性能和熱穩(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)的限制。 LOGO PTFE材料技術(shù)可以滿足復(fù)雜的微波多層板機械和熱穩(wěn)定性的需要。高頻微波基板材料都是以PTFE樹脂摻雜不同的增強材料或填充材料復(fù)合而成。 對微波多層板的需求量越來越大，但能大量、高精度、介電常數(shù)從2.110.8能系列生產(chǎn)，滿足不同領(lǐng)域應(yīng)用需求的高頻微波基材供應(yīng)商卻不多。LOGO表14-1 部分微波材料性能表 材料性能Duroid5880TLY- 5ADiClad 880DiClad 527TLX -9Duroid6002TLE-95TLC- 32AR 32

5、0r(10GHz)2.200.022.170.022.170.022.500.042.500.042.940.042.950.053.200.053.200.05tan(10GHz)0.00090.00090.00090.00200.00180.00120.00280.0030.003CTE(ppm/)x,y31, 4820,2025,3414,2110,1216,169-129, 910,12z23728025218214024707072LOGO 1. PTFE印制板的加工難點 (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1.3 微波雙面板的制造LO

6、GO 2.孔的加工 在鉆孔時，必須選取合適的鉆孔參數(shù)和合適的蓋板與墊板，來減少膩污的出現(xiàn)，并獲得平整光滑的孔。 鉆孔時，由于連續(xù)切削產(chǎn)生摩擦熱LOGO 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)處理或等離子蝕刻的方法對其進行處理，化學(xué)方法處理的溶液一般用鈉萘溶液進行處理.LOGO 鈉萘溶液的組成及工藝條件為： 金屬鈉(Na) 2340g/L 精萘(C10H8) 128250g/L 四氫呋喃(C4H8O) 1000ml/L 石蠟 330360g/L 氯化鈣(CaCl2) 35g/L 溫度 1025 處理時間 1530s。LOGO 采用

7、專用等離子設(shè)備處理PTFE材料，對玻纖增強PTFE材料來說，具體的工藝參數(shù)如的表14-2所示。參數(shù)階段N2O2CF4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01000353.540-1105LOGO 4. 孔金屬化 化學(xué)鍍銅法來進行孔金屬化 化學(xué)鍍銅溶液使用的甲醛對環(huán)境有一定的污染，目前以乙醛酸為還原劑的化學(xué)鍍銅液在微波PCB孔金屬化中正逐漸得到應(yīng)用。LOGO 5. 線寬/間距的大小及精度 由于微波頻率下，要求印制板導(dǎo)線的特性阻 抗Z0相當(dāng)嚴(yán)格，對線寬的要求也比較嚴(yán)格，其公

8、差范圍相當(dāng)窄。 (1)線寬/間距的制造精度補償 (2) 精細線/間距的蝕刻LOGO圖14-3 細縫隙蝕刻速率示意圖圖14-4 因側(cè)蝕，細縫隙的最終尺寸應(yīng)為AB，而非CDLOGO 6.圖形電鍍 傳統(tǒng)的孔化板主要采用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。 圖形電鍍法得到的電路圖形，不但精度較高，而且孔的質(zhì)量好，可靠性完全可以得到保證。LOGO 7.選擇電泳沉積有機涂層法 8.電極蝕刻電路圖形方法 9.表面鍍層的選擇及影響 (1)微波電路導(dǎo)體材料的性能 微波電路理想的導(dǎo)體材料應(yīng)具有以下特征： LOGO 高導(dǎo)電率 低溫度電阻系數(shù)、 對基材具有良好的附著力和好的可

9、焊性、 易于沉積和電鍍。 微波電路的損耗有介質(zhì)損耗外和導(dǎo)體損耗 導(dǎo)體損耗除了與金屬本身的導(dǎo)電率有關(guān)外，還與頻率和金屬表面粗糙度關(guān)系極大。LOGO 作為一種經(jīng)驗法則，表面粗糙度必須保持在趨膚深度的1/5以下，在毫米波段，這意味著表面粗糙度要小于0.1m。 導(dǎo)體的趨膚深度可表示為：LOGO導(dǎo)體材料20電阻率(cm)10GHz時的趨膚深度(m)Ag1.590.62Cu1.670.67Au2.350.81表14-5 三種導(dǎo)體材料的電阻率和趨膚深度LOGO (2) 電鍍金及其性能 具有良好的穩(wěn)定性與焊接性 要注意焊接方式和焊料的選擇LOGO 1. 微波多層板粘結(jié)前的準(zhǔn)備 (1)粘結(jié)膜的性能 粘接膜(對熱

10、固性樹脂的粘接膜稱半固化片)，是一種加熱加壓就會變形和變質(zhì)或流動的塑料膜。 一般多層板所用的FR4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，要選擇不同的粘接材料和粘接溫度。1.4 微波多層板的制造LOGO粘接膜型號FEP3001HT1.5Speedboard C組成成分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260200203220（Tg）推薦的粘接溫度285210220240供應(yīng)商DuPontRogersTaconicW.L.Gore表14-6 常用粘接膜的

11、性能LOGO (2) 粘結(jié)前處理 多層板在層壓粘接前，銅電路片要進行微蝕(micro-etching)，確保徹底除去抗蝕劑殘渣和提供充分的機械附著表面，但不能蝕刻過分，更不能進行機械擦洗. PTFE介質(zhì)片也必須在鈉萘溶液中進行處理，使其表面能充分潤濕，以提高附著力。LOGO 2. 多層板的疊層設(shè)計 微波多層板在疊層結(jié)構(gòu)如圖14-6所示。 圖14-6 微波4層板疊層設(shè)計結(jié)構(gòu)圖LOGO 3.微波多層板的層壓粘結(jié) (1)粘結(jié)方法及粘結(jié)模的選擇 (2)層壓參數(shù)的控制 對于微波PTFE多層板層壓來說，最好使用分步升溫升壓的真空層壓機進行層壓。LOGO圖14-7 層壓時溫度、壓力、時間關(guān)系曲線 圖14-8

12、 層壓時粘接膜典型的粘度曲線LOGO 4. 微波多層板的外形銑切 銑切程序必須直接從已有尺寸的布線圖中生成。 下模板有一個重要的作用:在電路板固定之前，要用比銑電路的銑刀直徑大的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14-9)。LOGO圖14-9 電路板銑切示意圖LOGO14.2 金屬基印制板 2.1 概述 金屬基印制板，英文全稱為Metal base Printed Circuit Board。它是由金屬基板。絕緣介質(zhì)層和線路銅層三位一體而制成的復(fù)合印制板。 金屬基印制板具有以下特點： 散熱性 熱膨脹性 LOGO 2.2 金屬基印制板的結(jié)構(gòu) 目前，金屬基覆銅板由三

13、層不同材料所構(gòu)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LOGO 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的銅箔層都應(yīng)有良好的附著力。 3. 銅箔 銅箔層厚通常為17.5m，35m，75m和140m。 LOGO圖14-15:雙面鋁基板的結(jié)構(gòu)圖LOGO 2.3單面金屬基印制板的制造 1 工藝流程（以鋁基印制板為例） 開料鉆孔光成像檢查蝕刻阻焊字符檢查熱風(fēng)整平鋁表面處理外形成品檢查 2工藝特殊控制要點 下料 鉆孔 光成像 LOGO 蝕刻 阻焊 熱風(fēng)整平 鋁基面處理 外形加工。 鋁基板的外形加工有四種方法： 銑外形，

14、。 切割“V”槽 剪外形 LOGO 沖外形 3. 單面鐵基印制板的制造 鐵基常為鍍鋅鋼，含硅鋼，可耐高熱，與絕緣介質(zhì)層有很高的附著力，高防銹能力，阻燃性為94V-0級。 單面鐵基板的生產(chǎn)流程同鋁基板相似。加工的不同點有以下這些： 基材為鐵基，硬度比鋁基要高，比重比鋁基要大，鉆孔參數(shù)需特別設(shè)定，速度宜更慢些，定位孔徑建議大于1.5mm。LOGO 2.4 雙鋁基印制板的制造 1 夾心鋁基雙面印制板 根據(jù)工程設(shè)計,選擇好合適的鋁板型號、厚度、下料. 鋁板鉆孔.鉆孔位置同成品鋁基雙面板的元件孔,其孔徑必須比第二次鉆孔的孔徑大一些（0.3mm0.4mm）. 鋁板作陽極氧化處理. LOGO 根據(jù)工程設(shè)計，

15、對應(yīng)夾芯鋁基板的結(jié)構(gòu)，對半固化片和銅箔下料。 壓制成型。壓制工藝用FR4層壓工藝。 第二次鉆孔。 化學(xué)鍍銅，板面鍍銅，光成像，圖形電鍍，蝕刻，阻焊外形加工，最終檢查。 工藝加工簡圖如下:（見圖14-17）LOGOLOGO 2 盲孔雙面鋁基印制板的加工 根據(jù)客戶資料要求，做好相關(guān)的工程設(shè)計。 根據(jù)設(shè)計要求，選擇合適的鋁板型號、厚度，按尺寸要求下料。 對半固化片下料，其型號、尺寸符合要求。 根據(jù)設(shè)計結(jié)構(gòu)，把已完成了黑化（棕化）的雙面板、半固化片、鋁板疊層，按常規(guī)工藝作層壓。鋁基面貼上保護膜。 LOGO 對線路面刷板，印阻焊與字符。 根據(jù)設(shè)計要求，進行熱風(fēng)整平、鍍鎳/金或鍍銀，或涂敷耐熱有機助焊劑。

16、 外形加工（銑、沖、剪或銑V型槽）鉆出安裝孔。 最終檢查，耐壓、絕緣電阻測試。LOGO圖14-18 盲孔雙面鋁基板工藝流程圖LOGO 2.5 多層金屬基印制板的制造 工藝設(shè)計時，必須保證金屬化孔同金屬芯的預(yù)制孔成同心圓，用同一鉆孔磁盤，但金屬芯的鉆孔直徑必須大于元件孔直徑0.3mm以上。 定位孔沖制時，需保證各層底片、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的孔。LOGO 3.1 厚銅箔埋/盲孔多層板的定義 1 元件孔 2 導(dǎo)通孔（via hole） 3 盲孔 4 埋孔 5

17、厚銅箔多層印制板 6 厚銅箔埋/盲孔多層印制板 （見圖14-22）14.3 厚銅箔埋/盲孔多層板LOGO圖14-22 印制板盲孔示意圖 圖14-23 印制板埋孔示意圖LOGO 3.2厚銅箔埋/盲孔多層印制板的意義 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。 厚銅箔起到通過大電流和散熱作用。 埋/盲孔的設(shè)計，大大縮小了整機或電氣裝置的體積。 大大提高印制板的效率，或同樣效率可縮小體積一半.厚銅箔/盲孔多層板的效率可以達到90。LOGO圖14-24厚銅箔埋/盲孔十層多層板示意圖LOGO 3.3 厚銅箔埋/盲孔多層板制造要領(lǐng) 1 工程設(shè)計 厚度 內(nèi)層基片 層間半固化片 芯板起始銅箔 線寬的加放LOGO 定位 拼板尺寸 工藝途徑的考慮 工藝邊的設(shè)計 LOGO2 工藝途徑及制作 埋孔芯板的制作 下料埋孔鉆孔埋孔芯板鍍銅全板鍍銅內(nèi)層光成像內(nèi)層鍍錫內(nèi)層蝕刻內(nèi)層AOI內(nèi)層棕化層壓。 盲孔芯板的制作 下料盲孔鉆孔盲孔芯板鍍銅全板電鍍內(nèi)層板光成像內(nèi)層板圖