高頻微波印制板和鋁基板

這二三年，在我們這個(gè)行業(yè)里，最時(shí)髦的技術(shù)和產(chǎn)品是HDI（高密度互連）、Build-up Multilayer（積層印制板）。然而，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和高科技含量產(chǎn)品的發(fā)展潮流中，還有另外一個(gè)分支，就是高頻微波印制板和金屬基印制板。今天，我就來說說這二個(gè)問題。
　　一、先說高頻微波印制板
　　1.高頻微波印制板在中國(guó)大地上熱起來了。
　　近 年來，在華東、華北、珠三角已有眾多印制板企業(yè)在盯著高頻微波板這一市場(chǎng)，在收集高頻波、聚四氟乙烯（Teflon，PTFE）的動(dòng)態(tài)和信息，將這類印制 板新品種視為電子信息高新科技產(chǎn)業(yè)必不可少的配套產(chǎn)品，加強(qiáng)調(diào)研和開發(fā)。一些公司老總認(rèn)定高頻微波板為未來企業(yè)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。
　　國(guó)外專家預(yù)測(cè)，高頻微波板的市場(chǎng)發(fā)展會(huì)非?？?。在通信、醫(yī)療、軍事、汽車、電腦、儀器等領(lǐng)域，對(duì)高頻微波板的需求正急速竄起。數(shù)年后，高頻微波板可能占到全球印制板總量的約15%，***、歐、美、日不少PCB公司紛紛制訂朝此方向發(fā)展計(jì)劃。
　　歐 美高頻微波板材供應(yīng)商Rogers、Arlon、Taconic、Metclad、GIL日本Chukoh近二年始向中國(guó)這個(gè)潛在的大市場(chǎng)進(jìn)軍，尋找代 理、講授相關(guān)技術(shù)。美國(guó)GIL公司在深圳舉辦一場(chǎng)“高頻微波印制板之應(yīng)用與制造技術(shù)”講座，數(shù)百個(gè)座位全部滿座，走廊亦站滿了企業(yè)代表聽演講，不少老總級(jí) 的人物聽了一整天的技術(shù)講座。真沒想到國(guó)內(nèi)同行對(duì)高頻板產(chǎn)生如此濃厚的興趣。歐美板材供應(yīng)商已可提供介電常數(shù)從2.10、2.15、2.17，……直到 4.5，甚至更高的板材系列100多個(gè)品種。
　　在珠三角、長(zhǎng)三角，據(jù)了解已有不少企業(yè)標(biāo)榜可以批量訂Teflon和高頻板訂單。據(jù)說，有企業(yè) 已達(dá)到月產(chǎn)數(shù)千平方米的水平。國(guó)內(nèi)不少雷達(dá)、通信研究所的印制板廠需求高頻微波板材在逐年增大。國(guó)內(nèi)華為、貝爾、武漢郵科院等大通信企業(yè)需求高頻微波印制 板在逐年增多，國(guó)外從事高頻微波產(chǎn)品的企業(yè)亦搬遷來中國(guó)，就近采購(gòu)高頻微波用印制板。
　　種種跡象表明，高頻微波板在中國(guó)熱起來了。
　?。ㄊ裁唇懈哳l？300MHZ以上，即波長(zhǎng)1米以上的短波頻率范圍，一般稱為高頻。）
　　2.為什么熱了起來？
　　有三方面原因。
　　（1）原屬軍事用途的高頻通信的部分頻段讓給民用（1996年開始），使民用高頻通信大大發(fā)展。在遠(yuǎn)距高通信、導(dǎo)航、醫(yī)療、運(yùn)輸、交通、倉(cāng)儲(chǔ)等各個(gè)領(lǐng)域大顯身手。
　?。?）高保密性、高傳送質(zhì)量，使移動(dòng)電話、汽車電話，無線通信向高頻化發(fā)展，高畫面質(zhì)量，使廣播電視傳輸，用甚高頻、超高頻播放節(jié)目。高信息量傳送，要求衛(wèi)星通信，微波通信和光纖通信必須高頻化。
　　（3）計(jì)算機(jī)技術(shù)處理能力增加，信息記憶容量增大，迫切要求信號(hào)傳送高速化。
　　總之，電子信息產(chǎn)品高頻化、高速化對(duì)印制板的高頻特性提出了高的要求。
　　3.為什么要求印制板低ε（Dk）？
　　ε 或Dk，叫介電常數(shù)，是電極間充以某種物質(zhì)時(shí)的電容與同樣構(gòu)造的真空電容器的電容之比。通常表示某種材料儲(chǔ)存電能能力的大小。當(dāng)ε大時(shí)，儲(chǔ)存電能能力大， 電路中電信號(hào)傳輸速度就會(huì)變低。通過印制板上電信號(hào)的電流方向通常是正負(fù)交替變化的，相當(dāng)于對(duì)基板進(jìn)行不斷充電、放電的過程。在互換中，電容量會(huì)影響傳輸 速度。而這種影響，在高速傳送的裝置中顯得更為重要。ε低表示儲(chǔ)存能力小，充、放電過程就快，從而使傳輸速度亦快。所以，在高頻傳輸中，要求介電常數(shù)低。
　　另外還有一個(gè)概念，就是介質(zhì)損耗。電介質(zhì)材料在交變電場(chǎng)作用下，由于發(fā)熱而消耗的能量稱之謂介質(zhì)損耗，通常以介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ表示。ε和tanδ是成正比的，高頻電路亦要求ε低，介質(zhì)損耗tanδ小，這樣能量損耗也小。
　　4.聚四氟乙烯（Teflon）印制板的ε
　　在 印制板基材中，聚四氟乙烯基材的介電常數(shù)ε最低，典型的僅為2.6~2.7，而一般的玻璃布環(huán)氧樹脂基材的FR4的介電常數(shù)ε為4.6~5.0，因 此，Teflon印刷板信號(hào)傳輸速度要比FR4快得多（約40%）。Teflon板的介于損耗因素為0.002，比FR4的0.02低了10倍，能量損耗 也小得多。加上聚四氟乙烯稱之為“塑料王”，電絕緣性能優(yōu)良，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性也好（至今尚無一種能在300℃以下溶解它的溶劑），所以，高頻高速信 號(hào)傳遞就要先用Teflon或其它介電常數(shù)低的基材了。筆者看到，Polyflon、Rogers、Taconic、Arlon、Meclad都可提供介 電常數(shù)為2.10、2.15、2.17、2.20的基材，其介質(zhì)損耗因素在10GHZ下是0.0005~0.0009。聚四氟乙烯基材性能很好，但其加工 成印制板的過程同傳統(tǒng)的FR4有著完全不同的工藝途徑，這方面在后面會(huì)談到。
　　這二年，我們?cè)趯?shí)踐中，除用到要求ε為2.15、2.6的以外，還經(jīng)常用到ε3.38、3.0、3.2、3.8等Rogers RO4000、GIL1000系列等。
　　5.高頻微波板的基本要求
　　·由于是高頻信號(hào)傳輸，要求成品印制板導(dǎo)線的特性阻抗是嚴(yán)格的，板的線寬通常要求±0.02mm（最嚴(yán)格的是±0.015mm）。因此，蝕刻過程需嚴(yán)格控制，光成像轉(zhuǎn)移用的底片需根據(jù)線寬、銅箔厚度而作工藝補(bǔ)償。
　　·這類印制板的線路傳送的不是電流，而是高頻電脈沖信號(hào)，導(dǎo)線上的凹坑、缺口、針孔等缺陷會(huì)影響傳輸，任何這類小缺陷都是不允許的。有時(shí)候，阻焊厚度也會(huì)受到嚴(yán)格控制，線路上阻焊過厚、過薄幾個(gè)微米也會(huì)被判不合格。
　　· 熱沖擊288℃，10秒，1~3次，不發(fā)生孔壁分離。對(duì)于聚四氟乙烯板，要解決孔內(nèi)的潤(rùn)濕性，作到化學(xué)沉銅孔內(nèi)無空穴，電鍍?cè)诳變?nèi)的銅層經(jīng)得起熱沖擊，這 是作好Teflon孔化板的難點(diǎn)之一。正因?yàn)槿绱?，許多基材廠商研發(fā)生產(chǎn)出ε高一點(diǎn)，而化學(xué)沉銅工藝同常規(guī)FR4作法一樣的替代品，Rogers Ro4003（ε3.38）和西安704廠的LGC-046（ε3.2±0.1）就是這類產(chǎn)品。
　　·翹曲度：通常要求成品板0.5~0.7%。
　　6.高頻微波板的加工難點(diǎn)
　　基于聚四氟乙烯板的物理、化學(xué)特性，使其加工工藝有別于傳統(tǒng)的FR4工藝，若按常規(guī)的環(huán)氧樹脂玻纖覆銅板相同條件加工，則無法得到合格的產(chǎn)品。
　?。?）鉆孔：基材柔軟，鉆孔疊板張數(shù)要少，通常0.8mm板厚以二張一疊為宜；轉(zhuǎn)速要慢一些；要使用新鉆頭，鉆頭頂角、螺紋角有其特殊的要求。
　?。?）印阻焊：板子蝕刻后，印阻焊綠油前不能用輥刷磨板，以免損壞基板。推薦用化學(xué)方法作表面處理。要做到這一點(diǎn)：不磨板，印完阻焊后線路和銅面均勻一致，沒有氧化層，決非易事。
　　（3）熱風(fēng)整平：基于氟樹脂的內(nèi)在性能，應(yīng)盡量避免板材急速加熱，噴錫前要作150℃，約30分鐘的預(yù)熱處理，然后馬上噴錫。錫缸溫度不宜超過245℃，否則孤立焊盤的附著力會(huì)受到影響。
　?。?）銑外形：氟樹脂柔軟，普通銑刀銑外形毛刺非常多，不平整，需要以合適的特種銑刀銑外形。
　?。?）工序間運(yùn)送：不能垂直立放，只能隔紙平放筐內(nèi)，全過程不得用手指觸摸板內(nèi)線路圖形。全過程防止擦花、刮傷，線路的劃傷、針孔、壓痕、凹點(diǎn)都會(huì)影響信號(hào)傳輸，板子會(huì)拒收。
　?。?）蝕刻：嚴(yán)格控制側(cè)蝕、鋸齒、缺口，線寬公差嚴(yán)格控制±0.02mm。用100倍放大鏡檢查。