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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划微波介质基板材料选择高频微波印制板制造技术主讲：杨维生一、前言1.高频微波印制板在我国获得飞速发展的主要原因：1）通信业的快速进步，使原有的民用通信频段显得非常的拥挤，某些原军事用途的高频通信，部分频段从21世纪开始，逐渐让位给民用，使得民用高频通信获得了超常规的速度发展。2）高保密性、高传送质量，要求移动电话、汽车电话、无线通信，向高频化发展。3）计算机技术处理能力的增加，信息存储容量增大，迫切要求信号传送高速化。二、定义1.微波定义。波长为1m之间，相应的频率范围为300MHZ3
2、000GHZ的电磁波称为微波。常将微波划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。微波特点：1）频率高。微波的震荡频率极高，每秒在三亿次以上，震荡周期很短，在10-910-12s之内，和低频器件电子的渡越时间10-810-9s属同一数量级或者还小得多。微波的频率高，在不太大的相对带宽下，其可用频带很宽。频带宽意味着信息容量大，使得它在需要很大信息容量的场合得到了广泛的应用。2）似光性。微波的波长比一般的宏观物体的尺寸都小得多，当微波波束照射到这些物体上时，将会产生显著的反射。波长越短，其传播特性就越接近于几何光学，波束的定向性和分辨能力就越高，天线的尺寸也可以做得越小。3）能够穿透电离层。
3、微波能毫无阻碍地、低衰减地穿过电离层，因此称微波是“宇宙窗口”，为卫星通信、宇宙通信、导航、定位以及射电天文学的研究和发展提供了广阔的发展前景。4）测量技术上特点。在测量技术上微波波段也有明显特点。低频电路测量的几个基本参量是电压、电流和频率，在微波波段电压和电流已失去了唯一确切的含义，因而测量的基本参量是功率、阻抗和波长。2.微波的应用。1）微波技术的早期发展是和雷达交织在一起的。2）微波通信是国际公认的最有发展前途的三大传输手段之一。3.高频微波印制板定义。在具有高频微波基材的覆铜板上，加工制造成的印制板，叫作高频微波印制板。这是一钟刚性印制板，分为单面、双面、多层高频微波印制板。高频基材
4、同普通FR-4基材合压形成的印制板，叫做混合型多层印制板；高频微波基材与金属基混合压成的基材制成的印制板，叫做高频金属基印制板。三、基材要求印制板的整体特性、加工性能、长期可靠性，在很大程度上取决于基板材料的特性。对高频微波印制板而言，所使用的基材与FR-4是完全不同的。为实现高速传送信号，要求基材的选用，必须考虑介电常数和介质损耗因素这两个性能参数。根据电子产品的性能要求，选取不同介电常数的基材来制造高频微波印制板。1.介电常数介电常数Dk，英文为dielectricconstant或relativepermittivity，表示某电介质电容器的电容，与同样构造的电容器在真空状态下的电容之比
5、。介电常数Dk，通常表示出某种材料存储电能能力的大小。国内旧的专业文献资料，常用r符合表示，而国外和新的国内文献资料，常用Dk表示。2.覆铜板的介电常数覆铜板，由树脂、增强材料和充填剂所组成，构成为电的绝缘体，也称为电介质。基板材料，实际上是整块印制板中的一个电容器。当介电常数Dk大时，表示存储电能大，电路中电信号的传播速度就会变低；反之，Dk小时，电信号传播速度就快。在高频线路中，信号的传播速度，有以下的关系：v=kC/Dk式中，V表示信号传播速度；k是常数；C为光速，3?108m/s；Dk表示基板的介电常数。3.低介电常数基材1）聚四氟乙烯，英文名PTFE，俗称Teflon，Dk=，其分子
6、结构是对称的，因而具有优良的物理、化学和电气性能。PTFE能耐许多强腐蚀性介质，至今尚无一种能在300?C以下溶解它的溶剂，因而有“塑料之王”之称。其相对密度，熔点417?C，吸水性%。PTFE具有塑料中最好的绝缘性能，其体积电阻高达1018cm。2）XX年4月，美国Arlon公司推出最新的低介电常数的轻型覆铜板基材，型号为FoamCladR/FTM100。据称，Dk为，介质损耗，比重/cc，吸水率%，热膨胀系数CTE在X、Y轴为25ppm/?C，而Z轴CTE为%。这是目前Dk最低的一种高频微波板材，有望替代大多数的高频微波金属天线。这种基材，是蜂房式结构，低Dk，轻型，不耐热，在小于100?
7、C的环境下使用。用其制成的PCB，不可上阻焊，不可焊接。这种基材，在不同板厚时，其介电常数Dk和介质损耗因素Df，略有差异。电介质材料在交变电场的作用下，由于发热而消耗的能量，称为介质损耗。通常，以介质损耗因素Df来表示。英文名为losstangent，或dissipationfactor。Dk和Df是成正比例的，小的介电常数Dk，介质损耗因素Df也小，对应于能量损耗也小。4.基材其他性能对印制板设计师和生产企业来说，在设计和制造高频印制板时，重要的前提是选用合适的基材。在选择基材时，除了介电常数Dk和介质损耗因素Df外，还应了解该基材的其它方面的性能。1）基材的结构2）基材的热膨胀系数3）基
8、材的其它性能指标四、各种高频微波板材高频微波覆铜板基板材料，欧美供应商提供的品种繁多，基材的介电常数从开始，直至，共有一百余种。主要集中在这几家供应商：Rogers、Arlon、Taconic、Metclad、GIL、Polyfon、Isola。这几家供应商，在深圳、上海、中国香港或中国台湾地区，已设立了办事机构或代理，有的已在国内建厂生产。除了欧美以外，日本高频微波覆铜板品种也很多。主要生产厂商有三菱瓦斯、松下电工、住友电工、日立化成、Chukok等公司。聚酰亚胺、聚苯醚、双马来酰亚胺改性三嗪树脂基材，都已经系列化、商品化。韩国公司SMARTR&C，从介电常数，已有多个品种可批量供货，板材厚
9、度从。回顾国内相关企业，主要有陕西西安704厂研究所、江苏泰州旺灵绝缘材料厂两家。总结：1）影响高频微波印制板的关键性能参数，是介电常数Dk和介质损耗因素Df。2）介电常数低的基材，其结构一定是聚四氟乙烯和玻璃纤维所构成。3）鉴于聚四氟乙烯是介电常数最低的物料，通过调节玻璃纤维、陶瓷粉等填料和聚四氟乙烯的比例，可以形成微波板材的系列化。4）基于聚四氟乙烯刚性差、钻/铣毛刺多、孔金属化困难、成本高，各板材供应商开发出了，介电常数之间的不含聚四氟乙烯的板材。其结构是玻纤、陶瓷、树脂，树脂多为聚酯、聚酰亚胺、聚苯醚等。5）根据产品性能要求的不同，设计和制造多层板时，应该选择相匹配的半固化片。6）高频
10、微波板材的介电常数，在不同频率下测试会有些变化，但变化量不大。五、高频微波版基本要求1）介电常数、介质层厚度、铜箔厚度符合客户图纸要求。搞清楚介电常数、板厚、铜厚，是制作高频微波板的前提条件，因为此类因素对产品性能影响是很大的。此外，同一基材，在不同频率下，其Dk也会有一点变化。从500MHZ到10GHZ，板材的介电常数变化约10%，PTFE变化最小，越为%。2）印制板线宽/间距公差要求严格。鉴于高频信号传输的特点，要求印制板的特性阻抗值是严格的。印制板的线宽/间距通常的公差要求是?，更严格的是?。Z0=8T/微带线结构的特性阻抗值Z0计算公式。式中：Dk-介电常数、H-介质厚度、W-导线宽度
11、、T-导线厚度。四个参数的控制，将有效控制住特性阻抗Z0的变化范围。在这四个参数中，影响最大的是介质厚度H，其次是介电常数Dk、导线宽度W，最小的是导线厚度T。一旦材料选定后，Dk变化很小，H变化也小，T较易控制，而线宽W的控制就成为印制板工程设计完成后，生产印制板的难点之一了。3）印制板导线质量控制。此类印制板的线路传送的不是直流电流，而是高速电脉冲信号。这是与传统FR-4印制板的根本区别所在。正因为于此，导线上的凹坑、锯齿、缺口、针孔、划伤等缺陷，都是不允许的，此类小缺陷会影响信号的传输。4）聚四氟乙烯孔金属化难度大。对于聚四氟乙烯板材的孔金属化加工，无论是双面或多层板，均要求热冲击288
12、?C、10秒、13次。六、高频微波印制板制造特点随着应用需求及设计技术的不断提升，微波印制板的图形制造精度要求将会逐步提高，但受印制板制造工艺方法本身的限制，这种精度提高不可能是无限制的，到一定程度后会进入稳定阶段。而微波板的设计内容将会有很大地丰富。从种类上看，将不仅会有单面板、双面板，还会有微波多层板。对微波板的接地，会提出更高要求，如普遍解决聚四氟乙烯基板的孔金属化，解决带铝衬底微波板的接地。镀覆要求进一步多样化，将特别强调铝衬底的保护及镀覆。另外对微波板的整体三防保护也将提出更高要求，特别是聚四氟乙烯基板的三防保护问题。传统的微波印制板生产中极少应用到计算机技术，但随着CAD技术在现代
13、通讯设计中的广泛应用，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应用计算机技术已成为必然的选择。高精度的微波印制板模版设计制造，外形的数控加工，以及高精度微波印制板的批生产检验，已经离不开计算机技术。因此，需将微波印制板的CAD与CAM、CAT连接起来，通过对CAD设计的数据处理和工艺干预，生成相应的数控加工文件和数控检测文件，用于微波印制板生产的工序控制、工序检验和成品检验。微波印制板的高精度图形制造，与传统的刚性印制板相比，向着更为专业化的方向发展，包括高精度模版制造、高精度图形转移、高精度图形蚀刻等相关工序的生产及过程控制技术，还包含合理的制造工艺路线安排。针对不同的设计要求
14、，如孔金属化与否、表面镀覆种类等制订合理的制造工艺方法，经过大量的工艺实验，优化各相关工序的工艺参数，并确定各工序的工艺余量。随着现代电子产品应用范围的扩大，其使用的环境条件也复杂化，同时由于大量应用铝衬底基材，因而对微波印制板的表面镀覆及保护，在原有化学沉银及镀锡铈合金的基础上，提出了更高的要求。另外要研究解决铝板的电镀技术，在铝衬板表面电镀银、锡等金属用于微波器件焊接或其它特殊用途的需求在逐步增多，这不仅涉及铝板的电镀技术，同时还存在微带图形的保护问题。1.高频印制板制造特点：表面处理多样化1）电镀铜2）电镀锡/铅3）化学沉镍/浸金4）电镀镍5）电镀金6）化学浸锡7）金属镀/涂层之特性及厚
15、度控制要求2.高频印制板制造特点：机械加工数控化微波印制板的外形加工，特别是带铝衬板的微波印制板的三维外形加工，是微波印制板批生产需要重点解决的一项技术。面对成千上万件的带有铝衬板的微波印制板，用传统的外形加工方法既不能保证制造精度和一致性，更无法保证生产周期，而必须采用先进的计算机控制数控加工技术。但带铝衬板微波印制板的外形加工技术既不同于金属材料加工，也不同于非金属材料加工。由于金属材料和非金属材料共同存在，它的加工刀具、加工参数等以及加工机床都具有极大的特殊性，也有大量的技术问题需要解决。外形加工工序，尤其是金属基高频微波基板材料，是微波印制板制造过程中周期较长的一道工序，因而外形加工技术解决的好坏直接关系到整个微波印制板的加工周期长短。微波印制板与普通的单双面板和多层板不同，不仅起着结构件、连接件的作用，更重要的
