印制微波組件的研制工藝

??????微波技術(shù)的飛快發(fā)展，研制新型的微波器件，使微波系統(tǒng)小型化、輕量化、節(jié)能化、高可靠性的重要途徑?，F(xiàn)已被廣泛應(yīng)用在航天、航空、雷達(dá)、通訊、儀表等領(lǐng)域。印制微波組件的研制工藝思路，是根據(jù)微波組件的技術(shù)要求提出的，而也是從軍事技術(shù)應(yīng)用而引發(fā)的。

　　 一． 組件基材的選擇

　　 根據(jù)技術(shù)性能的要求，通過(guò)反復(fù)論證，決定采用聚四氟乙烯（F-4）作基材。該基材是一種含氟 的有機(jī)塑料，是屬于熱塑性材料。它的分子結(jié)構(gòu)是對(duì)稱(chēng)的，有強(qiáng)的主價(jià)鍵和次價(jià)鍵，具有優(yōu)異的電氣性能。其介質(zhì)損耗低（tgδ10－4）、介質(zhì)常數(shù)?。?.1左右）。頻率范圍-1000MC，在-180－310℃下，有很高的絕緣電阻和抗電強(qiáng)度。而且該材料不吸潮，在高濕度條件下，表面電阻無(wú)明顯變化。就是電孤發(fā)生后，也無(wú)導(dǎo)電殘余物，表面電阻也不下降。

　　 F-4基材有極好的化學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)任何化學(xué)藥品及有機(jī)溶劑穩(wěn)定，長(zhǎng)期在空氣中不老化。它的耐熱性能好，能在250℃下長(zhǎng)期使用、在310℃能短期使用，低溫性能也好，在-269℃條件下其材料使用時(shí)不會(huì)發(fā)脆。

　　 無(wú)論電氣性能、化學(xué)性能等比較理想的制作微波組件的基材。

　　 二．印制組件導(dǎo)體的形成

　　 選擇聚四氟乙烯作為微波組件的基材盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但比較有難度的是如何在其表面覆壓銅箔（當(dāng)然現(xiàn)在有覆銅箔層壓材料）。為更好的掌握微波組件制件的工藝特性，決定選擇無(wú)銅箔基材。成本比較低。但是，此種有機(jī)材料表面具有飩性，就很難與金屬層牢固結(jié)合。要在基體表面形成導(dǎo)體層，就必須首先解決表面所要形成電路導(dǎo)體的基礎(chǔ)即金屬層。所以，要采用法化學(xué)沉積工藝，則必須對(duì)該材料的表面進(jìn)行活化處理。根據(jù)此種材料的工藝特性，需采用鈉-氨絡(luò)合物、鈉-荼絡(luò)合物的活化處理，然后者 能進(jìn)行化學(xué)鍍銅，再使用電鍍工藝加厚鍍銅，這樣的工藝方法，才能獲得較強(qiáng)的表面與金屬銅層結(jié)合力。但這種處理非常麻煩、操作也很復(fù)雜，而且活化后的表面比較粗糙、銅層的光澤度也較差。

　　 通過(guò)對(duì)比，最后選擇覆銅箔法，即經(jīng)過(guò)層壓機(jī)進(jìn)行熱壓制成覆銅箔板。要獲得比較理想的剝離強(qiáng)度，就必須更好的選擇可實(shí)用的粘合劑。經(jīng)熱壓后進(jìn)行表面處理，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，利用圖像轉(zhuǎn)移工藝制造出合格的、高精度的印制組件，最后利用化學(xué)方法制成符合公差要求的微波組件。

　　 三．選擇粘合劑

　　 聚四氟乙烯采用何種類(lèi)型的粘合劑才能確保熱壓制后覆銅箔板的剝離強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)研究從工藝角度分析，采用聚全氟乙丙烯（即四氟乙烯六氟丙烯共聚物，牌號(hào)F-46）為粘合劑比較適合。原因是因?yàn)樗脑S多性能與F-4相接近，而且熔點(diǎn)比F-4低，非常符合工藝和使用技術(shù)要求。

　　 四．銅箔的氧化處理

　　 從多年制作多層板的經(jīng)驗(yàn)，要想提高基材表面與銅箔的結(jié)合強(qiáng)度，必須對(duì)銅箔進(jìn)行轉(zhuǎn)化膜的處理，以增加面積的表面比，提高其剝離強(qiáng)度。因?yàn)閯冸x強(qiáng)度的大小除控制層壓工藝條件外，還決定于銅箔表面的處理方法。于是決定采用氧化處理工藝。工藝方法如下：

　　 銅導(dǎo)體的化學(xué)氧化處理后，表面形成一層薄而致密的、與在基體結(jié)合牢固的氧化膜，膜層厚度為0.5－2μm。根據(jù)氧化工藝的不同，氧化膜的組成可以是氧化銅（CuO）為黑色、氧化亞銅（Cu2O）為紅色或它們的混合物。如氧化層中氧化亞銅為主則為紅棕色,否則為黑色氧化膜.。由于二者的結(jié)構(gòu)不同。氧化可以呈現(xiàn)出不同的顏色，即黑色氧化膜和棕色氧化膜。黑色氧化膜是樹(shù)枝狀晶體或針狀晶體，突出銅表面，熱壓時(shí)，粘合劑受熱熔化，流入晶體形成一個(gè)很強(qiáng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。而紅色棕色氧化膜為均勻的粒狀結(jié)構(gòu)，熱壓時(shí)也應(yīng)構(gòu)成一個(gè)很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。
根有關(guān)資料介紹兩種結(jié)構(gòu)受熱斷裂情況不同，樹(shù)枝狀的黑色氧化膜受熱易斷裂，而粒狀晶體的紅色氧化膜，受熱后不易斷裂，粘合力強(qiáng)?，F(xiàn)用的配方：

　　 1．堿式碳酸銅 [CuCO2·Cu(OH)2] 124克
氨水 （NH4OH ，25%） 364毫克
去離子水 1升
溶液溫度 15 ～ 30℃
氧化時(shí)間 15 ～ 20min

　　 經(jīng)過(guò)處理過(guò)的內(nèi)層導(dǎo)體，再用草酸溶液，在溶液溫度60～70℃下處理3-5分鐘，沖洗后進(jìn)行粗化處理（溶液為過(guò)硫酸銨180－200g/L、硫酸10ml/L，室溫，處理時(shí)間1-2分鐘，沖洗干凈后就可以進(jìn)行氧化處理（也可采用氫氧化鈉溶液電化學(xué)氧化處理）。

　　 2． 配制方法：將計(jì)量好的堿式碳酸銅與氨水混合后，放置在比較密閉容器內(nèi)，最好放置24小時(shí)，使其反應(yīng)完全。使用時(shí)加水至規(guī)定體積攪拌均勻即可用。

　　 3．氧化后的質(zhì)量控制：經(jīng)過(guò)氧化處理的銅箔必須嚴(yán)格地進(jìn)行有效的控制。因?yàn)榻?jīng)過(guò)氧化的銅箔存放不當(dāng)，在壓制會(huì)導(dǎo)致氧化膜脫落，使剝離強(qiáng)度明顯下降。其主要原因是由于在潮濕的空氣中，氧化膜受化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕造成的。為防止氧化膜脫落現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)將剛氧化的銅箔在專(zhuān)用烘箱內(nèi)烤干，放在容器內(nèi)或塑料袋中，加干燥劑，嚴(yán)格的密封，隔絕與空氣的接觸。

　　 五．壓制質(zhì)量的控制

　　 根據(jù)該種類(lèi)型材料的工藝特性，如何確保壓制后的剝離強(qiáng)度，其壓制溫度的控制卻是很重要的、也是壓制的關(guān)鍵所在。從壓制材料分析，F(xiàn)-4材料當(dāng)將溫度加到320～327℃時(shí)，材料開(kāi)始變相，變成透明的無(wú)定狀態(tài)，加熱到400℃時(shí)，基材開(kāi)始分解為有毒的氣態(tài)單質(zhì)，它不僅污染作業(yè)環(huán)境，而且經(jīng)熱壓出來(lái)的半成品的板會(huì)產(chǎn)生氣泡、皺紋等缺陷。當(dāng)使用較低的溫度時(shí)，銅箔與板基材的結(jié)合力差。因此，應(yīng)根據(jù)所選擇的基材的物理和化學(xué)性質(zhì)來(lái)決定壓制溫度，因?yàn)樗捎玫臈l件不同，要選擇 適當(dāng)?shù)膲褐茰囟?，需要進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)確定壓制的工藝參數(shù)。

　　 六．覆銅箔板厚度的控制

　　 所采用的基體材料的物理性質(zhì)，需要特別要注意控制，因?yàn)樵摬牧显跓釅簵l件下，材料形成流動(dòng)的液體狀態(tài)，如采用一般的壓制工藝方法是無(wú)法控制板的最終厚度的變化。為此，需要在模具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改裝，使適應(yīng)壓制后材料在流動(dòng)狀態(tài)下的變化，除改造模具結(jié)構(gòu)外，還要注意裝料的幾何尺寸。如F-4板下料的尺寸過(guò)大，熱壓時(shí)多余的料流不出去，就會(huì)導(dǎo)致板的厚度加大；反則如F-4尺寸過(guò)小，還會(huì)造成板的靠邊處理厚度不足。

　　 七．基板尺寸穩(wěn)定性的控制

　　 該材料和導(dǎo)體材料-銅箔熱膨脹系數(shù)是相差10倍，在壓制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力。當(dāng)壓制完成后，經(jīng)過(guò)圖像轉(zhuǎn)移，經(jīng)化學(xué)腐蝕后，使局部的應(yīng)力釋放，導(dǎo)致圖形尺寸產(chǎn)生收縮，制作的產(chǎn)品只能報(bào)廢。此外，因?yàn)樯婕暗墓ば虮容^多，經(jīng)過(guò)多次受熱處理，使組件收縮加大，，其收縮率達(dá)到2－4%，會(huì)嚴(yán)重影響使用。為此，需經(jīng)過(guò)一系列的工藝試驗(yàn)，模索收縮后尺寸變化規(guī)律，最后采取對(duì)底片的尺寸加大的辦法解決之

　　 八．效果：

　　 通過(guò)多次工藝試驗(yàn)，制作的組件基本上滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。該微波組件表面平整、線(xiàn)條邊緣整齊、尺寸結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確。導(dǎo)體對(duì)基體的剝離強(qiáng)度達(dá)到0.8-1.3kg/cm2，厚度公差為±0.02mm，經(jīng)反復(fù)焊接無(wú)分層起泡等現(xiàn)象。