這二三年，在我們這個行業(yè)里，最時髦的技術和產(chǎn)品是HDI(高密度互連)、Build-up Multilayer(積層印制板)。然而，在市場經(jīng)濟和高科技含量產(chǎn)品的發(fā)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(yè)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(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，加強調(diào)研和開發(fā)。一些公司老總認定高頻微波板為未來企業(yè)新的經(jīng)濟增長點。
國外專家預測，高頻微波板的市場發(fā)展會非?？?。在通信、醫(yī)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(shù)年后，高頻微波板可能占到全球印制板總量的約15%，臺灣、韓國、歐、美、日不少PCB公司紛紛制訂朝此方向發(fā)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(shù)百個座位全部滿座，走廊亦站滿了企業(yè)代表聽演講，不少老總級 的人物聽了一整天的技術講座。真沒想到國內(nèi)同行對高頻板產(chǎn)生如此濃厚的興趣。歐美板材供應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多個品種。
在珠三角、長三角，據(jù)了解已有不少企業(yè)標榜可以批量訂Teflon和高頻板訂單。據(jù)說，有企業(yè) 已達到月產(chǎn)數(shù)千平方米的水平。國內(nèi)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(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，國外從事高頻微波產(chǎn)品的企業(yè)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。
(什么叫高頻?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。
(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。在遠距高通信、導航、醫(yī)療、運輸、交通、倉儲等各個領域大顯身手。
(2)高保密性、高傳送質(zhì)量，使移動電話、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(chǎn)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(shù)，是電極間充以某種物質(zhì)時的電容與同樣構(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(shù)低。
另外還有一個概念，就是介質(zhì)損耗。電介質(zhì)材料在交變電場作用下，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(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(zhuǎn)移用的底片需根據(jù)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(fā)生孔壁分離。對于聚四氟乙烯板，要解決孔內(nèi)的潤濕性，作到化學沉銅孔內(nèi)無空穴，電鍍在孔內(nèi)的銅層經(jīng)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(fā)生產(chǎn)出ε高一點，而化學沉銅工藝同常規(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
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(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。
(1)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。
(2)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。
(3)熱風整平：基于氟樹脂的內(nèi)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。
(4)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。
(5)工序間運送：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、凹點都會影響信號傳輸，板子會拒收。
(6)蝕刻：嚴格控制側(cè)蝕、鋸齒、缺口，線寬公差嚴格控制±0.02mm。用100倍放大鏡檢查。
(7)化學沉銅：化學沉銅的前處理是制造Teflon板的最大難點，也是最關鍵的一步。有多種方法作沉銅前處理，但總結(jié)起來，能穩(wěn)定質(zhì)量適合于批量生產(chǎn)的，不外乎二種方法：
方法一：化學法：金屬鈉加荼四氫膚喃等溶液，形成荼鈉絡合物，使孔內(nèi)聚四氟乙烯表層原子受到浸蝕達到潤濕孔的目的。這是經(jīng)典成功的方法，效果良好，質(zhì)量穩(wěn)定，但毒性大，金屬鈉易燃，危險性大，需專人管理。
方 法二：Plasma(等離子體)法：需要進口的專用設備，在抽真空的環(huán)境下，在二個高壓電極之間注入四氟化碳(CF4)或氬氣(Ar2)氮氣(N2)、氧 氣(O2)氣體，印制板放在二個電極之間，腔體內(nèi)形成等離子體，從而把孔內(nèi)鉆污、臟物除掉。這種方法可獲得滿意均勻一致的效果，批量生產(chǎn)可行。但要投資昂 貴的設備(每臺機約十多萬美元)，美國有名的Plasma設備公司有二家：APS、March。
近年國內(nèi)的一些文獻亦介紹了其它多種方法，但經(jīng)典有效的方法是以上的二種。
