高頻微波印制板制造技術探討

1、前言
　　微波印制板，是指在特定的微波基材覆銅板上，利用普通剛性印制板制造方法生產出來的微波器件。
　　在印制板導線的高速信號傳輸線中，目前可分為兩大類：一類是高頻信號傳輸類電子產品，這一類產品是與無線電的電磁波有關，它是以正弦波來傳輸信號的產品，如 雷達、廣播電視和通訊（移動電話、微波通訊、光纖通訊等）；另一類是高速邏輯信號傳輸類的電子產品，這一類產品是以數字信號傳輸的，同樣也與電磁波的方波 傳輸有關，這一類產品開始主要在電腦，計算機等應用，現在已迅速推廣應用到家電和通訊的電子產品上了。
　　為了達到高速傳送，對微波印制板基板材料在電氣特性上有明確的要求。在提高高速傳送方面，要實現傳輸信號的低損耗、低延遲，必須選用介電常數和介質損耗角正切小的基板材料。
　　高速傳送的基板材料，一般有陶瓷材料、玻纖布、聚四氟乙烯、其它熱固性樹脂等。
　　在所有的樹脂中，聚四氟乙烯的介電常數（εr）和介質耗角正切（tanδ）最小，而且耐高低溫性和耐老化性能好，最適合于作高頻基板材料，是目前采用量最大的微波印制板制造基板材料。
　　本文針對微波印制板制造的特點，就微波印制板的選材、結構設計及制造工藝等方面進行了較為全面的探討。
　　2、微波印制板制造的特點
　　微波印制板制造的特點，主要表現在以下幾方面：
　　2.1、基材多樣化：
　　長期以來，國內應用最多的是國產玻璃布增強聚四氟乙烯覆銅板。但由于它的品種單一，介電性能均勻性較差，已越來越不適應一些高性能要求的場合。進入九十年代 后，美國Rogers公司生產的RT/Duroid系列和TMM系列微波基材板逐步得到應用，主要有玻璃纖維增強聚四氟乙烯覆銅板、陶瓷粉填充聚四氟乙烯 覆銅板和陶瓷粉填充熱固性樹脂覆銅板，雖然價格昂貴，但它優異的介電性能和機械性能仍較國產微波印制板基材擁有相當大的優勢。目前這類微波基材，特別是帶 鋁襯底的基材正得到大量應用。
　　2.2、設計要求高精度化：
　　微波印制板的圖形制造精度將會逐步提高，但受印制板制造工藝方法本 身的限制，這種精度提高不可能是無限制的，到一定程度后會進入穩定階段。而微波板的設計內容將會有很大地豐富。從種類上看，將不僅會有單面板、雙面板，還 會有微波多層板。對微波板的接地，會提出更高要求，如普遍解決聚四氟乙烯基板的孔金屬化，解決帶鋁襯底微波板的接地。鍍覆要求進一步多樣化，將特別強調鋁 襯底的保護及鍍覆。另外對微波板的整體三防保護也將提出更高要求，特別是聚四氟乙烯基板的三防保護問題。
　　2.3、計算機控制化：
　　傳 統的微波印制板生產中極少應用到計算機技術，但隨著CAD技術在設計中的廣泛應用，以及微波印制板的高精度、大批量，在微波印制板制造中大量應用計算機技 術已成為必然的選擇。高精度的微波印制板模版設計制造，外形的數控加工，以及高精度微波印制板的批生產檢驗，已經離不開計算機技術。因此，需將微波印制板 的CAD與CAM、CAT連接起來，通過對CAD設計的數據處理和工藝干預，生成相應的數控加工文件和數控檢測文件，用于微波印制板生產的工序控制、工序 檢驗和成品檢驗。
　　2.4、高精度圖形制造專業化：
　　微波印制板的高精度圖形制造，與傳統的剛性印制板相比，向著更為專業化的方 向發展，包括高精度模版制造、高精度圖形轉移、高精度圖形蝕刻等相關工序的生產及過程控制技術，還包含合理的制造工藝路線安排。針對不同的設計要求，如孔 金屬化與否、表面鍍覆種類等制訂合理的制造工藝方法，經過大量的工藝實驗，優化各相關工序的工藝參數，并確定各工序的工藝余量。
　　2.5、表面鍍覆多樣化：
　　隨 著微波印制板應用范圍的擴大，其使用的環境條件也復雜化，同時由于大量應用鋁襯底基材，因而對微波印制板的表面鍍覆及保護，在原有化學沉銀及鍍錫鈰合金的 基礎上，提出了更高的要求。一是微帶圖形表面的鍍覆及防護，需滿足微波器件的焊接要求，采用電鍍鎳金的工藝技術，保證在惡劣環境下微帶圖形不被損壞。這其 中除微帶圖形表面的可焊性鍍層外，最主要的是應解決既可有效防護又不影響微波性能的三防保護技術。二是鋁襯板的防護及鍍覆技術。鋁襯板如不加防護，暴露在 潮濕、鹽霧環境中很快就會被腐蝕，因而隨著鋁襯板被大量應用，其防護技術應引起足夠重視。另外要研究解決鋁板的電鍍技術，在鋁襯板表面電鍍銀、錫等金屬用 于微波器件焊接或其它特殊用途的需求在逐步增多，這不僅涉及鋁板的電鍍技術，同時還存在微帶圖形的保護問題。
　　2.6、外形加工數控化：
　　微 波印制板的外形加工，特別是帶鋁襯板的微波印制板的三維外形加工，是微波印制板批生產需要重點解決的一項技術。面對成千上萬件的帶有鋁襯板的微波印制板， 用傳統的外形加工方法既不能保證制造精度和一致性，更無法保證生產周期，而必須采用先進的計算機控制數控加工技術。但帶鋁襯板微波印制板的外形加工技術既 不同于金屬材料加工，也不同于非金屬材料加工。由于金屬材料和非金屬材料共同存在，它的加工刀具、加工參數等以及加工機床都具有極大的特殊性，也有大量的 技術問題需要解決。外形加工工序是微波印制板制造過程中周期最長的一道工序，因而外形加工技術解決的好壞直接關系到整個微波印制板的加工周期長短，并影響 到產品的研制或生產周期。
　　2.7、批生產檢驗設備化：
　　微波印制板與普通的單雙面板和多層板不同，不僅起著結構件、連接件的作 用，更重要的是作為信號傳輸線的作用。這就是說，對高頻信號和高速數字信號的傳輸用微波印制板的電氣測試，不僅要測量線路（或網絡）的“通”“斷”和“短 路”等是否符合要求，而且還應測量特性阻抗值是否在規定的合格范圍內。
　　此外，高精度微波印制板有大量的數據需要檢驗，如圖形精度、位置精 度、重合精度、鍍覆層厚度、外形三維尺寸精度等。目前國內的微波印制板批生產檢驗技術非常落后，現行方法基本是以人工目視檢驗為主，輔以一些簡單的測量工 具。這種原始而簡單的檢驗方法很難應對大量擁有成百上千數據的微波印制板批生產要求，不僅檢驗周期長，而且錯漏現象多，因而迫使微波印制板制造向著批生產 檢驗設備化的方向發展。
　　3、微波印制板的選材
　　微波印制板基材的選用首先應該考慮其介電性能，但同時也必須考慮其表面銅箔種類及厚度、環境適應性、可加工性等因素，當然還有成本問題。
　　3.1、銅箔種類及厚度選擇
　　目前最常用的銅箔厚度有35μm和18μm兩種。銅箔越薄，越易獲得高的圖形精密度，所以高精密度的微波圖形應選用不大于18μm的銅箔。如果選用35μm的銅箔，則過高的圖形精度使工藝性變差，不合格品率必然增加。
　　研究表明，銅箔類型對圖形精度亦有影響。目前的銅箔類型有壓延銅箔和電解銅箔兩類。壓延銅箔較電解銅箔更適合于制造高精密圖形，所以在材料訂貨時，可以考慮選擇壓延銅箔的基材板。