高頻微波印制板和鋁基板

這二三年，在我們這個行業里，最時髦的技術和產品是HDI（高密度互連）、Build-up Multilayer（積層印制板）。然而，在市場經濟和高科技含量產品的發展潮流中，還有另外一個分支，就是高頻微波印制板和金屬基印制板。今天，我就來說說這二個問題。
　　一、先說高頻微波印制板
　　1.高頻微波印制板在中國大地上熱起來了。
　　近 年來，在華東、華北、珠三角已有眾多印制板企業在盯著高頻微波板這一市場，在收集高頻波、聚四氟乙烯（Teflon，PTFE）的動態和信息，將這類印制 板新品種視為電子信息高新科技產業必不可少的配套產品，加強調研和開發。一些公司老總認定高頻微波板為未來企業新的經濟增長點。
　　國外專家預測，高頻微波板的市場發展會非?？?。在通信、醫療、軍事、汽車、電腦、儀器等領域，對高頻微波板的需求正急速竄起。數年后，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展計劃。
　　歐 美高頻微波板材供應商Rogers、Arlon、Taconic、Metclad、GIL日本Chukoh近二年始向中國這個潛在的大市場進軍，尋找代 理、講授相關技術。美國GIL公司在深圳舉辦一場“高頻微波印制板之應用與制造技術”講座，數百個座位全部滿座，走廊亦站滿了企業代表聽演講，不少老總級 的人物聽了一整天的技術講座。真沒想到國內同行對高頻板產生如此濃厚的興趣。歐美板材供應商已可提供介電常數從2.10、2.15、2.17，……直到 4.5，甚至更高的板材系列100多個品種。
　　在珠三角、長三角，據了解已有不少企業標榜可以批量訂Teflon和高頻板訂單。據說，有企業 已達到月產數千平方米的水平。國內不少雷達、通信研究所的印制板廠需求高頻微波板材在逐年增大。國內華為、貝爾、武漢郵科院等大通信企業需求高頻微波印制 板在逐年增多，國外從事高頻微波產品的企業亦搬遷來中國，就近采購高頻微波用印制板。
　　種種跡象表明，高頻微波板在中國熱起來了。
　?。ㄊ裁唇懈哳l？300MHZ以上，即波長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。
　?。?）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展。在遠距高通信、導航、醫療、運輸、交通、倉儲等各個領域大顯身手。
　?。?）高保密性、高傳送質量，使移動電話、汽車電話，無線通信向高頻化發展，高畫面質量，使廣播電視傳輸，用甚高頻、超高頻播放節目。高信息量傳送，要求衛星通信，微波通信和光纖通信必須高頻化。
　?。?）計算機技術處理能力增加，信息記憶容量增大，迫切要求信號傳送高速化。
　　總之，電子信息產品高頻化、高速化對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，是電極間充以某種物質時的電容與同樣構造的真空電容器的電容之比。通常表示某種材料儲存電能能力的大小。當ε大時，儲存電能能力大， 電路中電信號傳輸速度就會變低。通過印制板上電信號的電流方向通常是正負交替變化的，相當于對基板進行不斷充電、放電的過程。在互換中，電容量會影響傳輸 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，要求介電常數低。
　　另外還有一個概念，就是介質損耗。電介質材料在交變電場作用下，由于發熱而消耗的能量稱之謂介質損耗，通常以介質損耗因數tanδ表示。ε和tanδ是成正比的，高頻電路亦要求ε低，介質損耗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ε最低，典型的僅為2.6~2.7，而一般的玻璃布環氧樹脂基材的FR4的介電常數ε為4.6~5.0，因 此，Teflon印刷板信號傳輸速度要比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”，電絕緣性能優良，化學穩定性和熱穩定性也好（至今尚無一種能在300℃以下溶解它的溶劑），所以，高頻高速信 號傳遞就要先用Teflon或其它介電常數低的基材了。筆者看到，Polyflon、Rogers、Taconic、Arlon、Meclad都可提供介 電常數為2.10、2.15、2.17、2.20的基材，其介質損耗因素在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的FR4有著完全不同的工藝途徑，這方面在后面會談到。
　　這二年，我們在實踐中，除用到要求ε為2.15、2.6的以外，還經常用到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
　　·由于是高頻信號傳輸，要求成品印制板導線的特性阻抗是嚴格的，板的線寬通常要求±0.02mm（最嚴格的是±0.015mm）。因此，蝕刻過程需嚴格控制，光成像轉移用的底片需根據線寬、銅箔厚度而作工藝補償。
　　·這類印制板的線路傳送的不是電流，而是高頻電脈沖信號，導線上的凹坑、缺口、針孔等缺陷會影響傳輸，任何這類小缺陷都是不允許的。有時候，阻焊厚度也會受到嚴格控制，線路上阻焊過厚、過薄幾個微米也會被判不合格。
　　· 熱沖擊288℃，10秒，1~3次，不發生孔壁分離。對于聚四氟乙烯板，要解決孔內的潤濕性，作到化學沉銅孔內無空穴，電鍍在孔內的銅層經得起熱沖擊，這 是作好Teflon孔化板的難點之一。正因為如此，許多基材廠商研發生產出ε高一點，而化學沉銅工藝同常規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
　　基于聚四氟乙烯板的物理、化學特性，使其加工工藝有別于傳統的FR4工藝，若按常規的環氧樹脂玻纖覆銅板相同條件加工，則無法得到合格的產品。
　?。?）鉆孔：基材柔軟，鉆孔疊板張數要少，通常0.8mm板厚以二張一疊為宜；轉速要慢一些；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。推薦用化學方法作表面處理。要做到這一點：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。
　?。?）熱風整平：基于氟樹脂的內在性能，應盡量避免板材急速加熱，噴錫前要作150℃，約30分鐘的預熱處理，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。
　?。?）工序間運送：不能垂直立放，只能隔紙平放筐內，全過程不得用手指觸摸板內線路圖形。全過程防止擦花、刮傷，線路的劃傷、針孔、壓痕、凹點都會影響信號傳輸，板子會拒收。
　?。?）蝕刻：嚴格控制側蝕、鋸齒、缺口，線寬公差嚴格控制±0.02mm。用100倍放大鏡檢查。