特种印制电路板技术特种印制电路板技术第十五章第十五章 第十五章第十五章特种印制电路板技术特种印制电路板技术15.1高频微波印制电路板高频微波印制电路板15.2金属基印制电路板金属基印制电路板15.3厚铜印制电路板制造技术厚铜印制电路板制造技术2中国军方：中国军方：4960-5000MHz频段频段中国移动：中国移动：2515-2595MHz、4800-4900MHz频段频段中国电信：中国电信：3400-3500MHz频段频段中国联通：中国联通：3500-3600MHz频段频段中国广电：中国广电：4900-4960MHz频段频段工信部发布工信部发布5G频谱频谱分配方案分配方案3高频微波印制电路板高频微波印制电路板0141956年,美 国 杜 邦(Dupont)公 司 发 明 了 特 氟 隆(Teflon)材(Polytetrafluoroethylene,PTFE)，开创了微波印制板大规模应用的新时代PTFE和其他不同增强材料（如玻璃纤维、陶瓷、SiO2等）按不同比例混合生产的复合材料，能够满足许多领域的应用需求15.1.1概述概述51.1.微波微波 广义的微波：波长为1m1mm，其频率范围为300 MHz300 GHz，按波段划分可分为分米波、厘米波、毫米波，而人们所指的微波，其频率一般为118GHz。
2.2.微波多层印制电路板微波多层印制电路板 微波多层板可将电源层、接地层、信号层、无源电路(如滤波器、耦合器等)做在一块电路板上，使电路更加小小型型化化、集集成成化化结构包括内层和外层电路，电源层，接地层，层与层间互连的通孔（PTH）15.1.1 15.1.1 概述概述6图15-1 六层微波多层印制电路板的结构示意图15.1.1 15.1.1 概述概述7815.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能=3.吸湿率吸湿率 材料的吸湿率也会影响电路的性能高的吸湿率产生更大的耗散因子和相位随频率的更大移动低低的的吸吸湿湿率率则可提高电子封装产品的可靠性吸湿率还会影响微波电路板的可加工性15.1.2微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能94.热胀系数热胀系数(CTE)PCB所用基材都有玻玻璃璃转转化化温温度度(Tg)基材的玻璃化温度Tg越越高高，其热胀系数热胀系数CTE越小越小一旦工作温度超过材料的Tg，CTE将发生突变5.特性阻抗特性阻抗Z0要使高频电路电信号的稳定传送，基材特性阻抗特性阻抗Z0相当重要特性阻抗越高，介质材料的厚度下降越明显，这将使微波多层板的制造难度大大降低；r越越小小，传传输输阻阻抗抗越越高高，信信号号的的传传输输速速度度越越快快，信号的延迟就越小，同时介质厚度也可减小。
信号的延迟就越小，同时介质厚度也可减小印制电路板表面形貌状态如粗粗糙糙度度等对阻抗的稳定性影响也较大因此，在进行阻抗设计时，需要考虑这些因素15.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能10微波多层板的设计所用的增强或填充材料在工程上可以提供理想的电气性能，特别是能提供极低的耗散因子，但是其机械性能和热稳定性相对较差，在微波多层设计中这些材料都受到层数的限制复杂、高密、多层数字电路板的发展方向是更更小小通通孔孔、更更薄薄介介质质、更更细细线线间间距距和更多层数更多层数15.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能6.常用微波材料的性能比较常用微波材料的性能比较1115.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能6.常用微波材料的性能比较常用微波材料的性能比较12PTFE材料技术已有重大发展，可以满足复杂的微波多层印制电路板力学和热稳定性的需要在这些材料上制造高可靠的金属化孔是可能的，它通通过过调调节节PTFE树树脂脂和和增增强强材材料料的的含含量量，生生产产的的新新材材料料就就具具有有均均匀匀的的尺尺寸寸稳稳定定性性、刚刚性性和和低低的的热热膨膨胀胀率率，并并且且可可以以保保持持优优良良的的耗耗散散性性能能和和一一致致的的介介质质性性能能，并并且且这这些些新新材材料料的的成成本本也也低低于于传传统统的的树树脂脂材材料料。
高频微波基板材料都是以PTFE树脂掺杂不同的增强材料或填充材料复合而成对微波多层板的需求量越来越大，但能大量、高精度、介电常数从2.110.8系列生产，满足不同领域应用需求的高频微波基材供应商却不多15.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能6.常用微波材料的性能比较常用微波材料的性能比较1315.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能6.常用微波材料的性能比较常用微波材料的性能比较1415.1.2 15.1.2 微波多层印制电路板基材性能微波多层印制电路板基材性能表15-1 部分微波材料性能表材料材料性能性能Duroid5880TLY-5ADiClad 880DiClad 527TLX-9Duroid6002TLE-95TLC-32AR 320r(10 GHz)2.200.022.170.022.170.022.500.042.500.042.940.042.950.053.200.053.200.05Tan(10 GHz)0.00090.00090.00090.00200.00180.00120.00280.0030.003CTE(ppm/)x,y31,4820,2025,3414,2110,1216,169-129,910,12z237280252182140247070726.常用微波材料的性能比较常用微波材料的性能比较1515.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造1.PTFE印制板的加工难点印制板的加工难点(1)钻孔(2)印阻焊剂(3)热风整平(4)铣外形(5)蚀刻(6)化学镀铜1615.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造2.孔的加工孔的加工必须选取合合适适的的钻钻孔孔参参数数和和合合适适的的盖盖板板与与垫垫板板以以减减少少腻腻污污的的出出现现，并获得平整光滑的孔壁表面。
一般采用数控钻孔以提高钻孔精度，最好选用碳化钨硬质合金钻头碳化钨硬质合金钻头由于连续切削产生摩擦热，用上上下下垫垫板板材材料料对PTFE复合基板进行保护钻孔产生的温度主要受主主轴轴转转速速的影响，同时也受进进刀刀速速度度的影响，速度越快，温升越高1715.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造3.PTFE基材料金属化前处理基材料金属化前处理 PTFE难于亲水，C-F键能很高(484 kJ/mol)，必须采取特特殊殊化化学学处处理理或等等离离子子蚀蚀刻刻的方法对其进行处理，化学方法处理的溶液一般用钠钠萘溶液萘溶液进行处理p钠萘溶液的组成及工艺条件：钠萘溶液的组成及工艺条件：金属钠（Na）2340g/L精萘（C10H8）128250g/L四氢呋喃（C4H8O）1000ml/L石蜡 330360g/L氯化钙（CaCl2）35g/L温度 1025处理时间 1530s1815.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造3.PTFE基材料金属化前处理基材料金属化前处理 采用专用等离子设备处理PTFE材料，对玻纤增强PTFE材料来说，具体的工艺参数如的表15-2所示：参数参数阶段阶段N2O2CF4系统压力系统压力（Pa）功率功率(KW)温度温度（）时间时间(min)第一阶段10900353.540-7510第二阶段085-9010-15353.540-11015-40第三阶段01000353.540-1105表15-2 玻纤增强PTFE材料等离子体处理的典型参数1915.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造4.孔金属化孔金属化 孔孔金金属属化化的的程程度度是微波多层印制电路板性能好坏的基础。
化学镀铜法来进行孔金属化，化学镀铜溶液使用的甲醛对环境有一定的污染，目前以乙乙醛醛酸酸为还原剂的化学镀铜液在微波PCB孔金属化中正逐渐得到应用厚厚径径比比大大小小是获得良好孔金属化的依据一般微波PTFE金属化通孔的厚径比以RA4:1为宜但通过改变电镀铜溶液的组分配比，金属化孔的厚径比可适当扩大至8:12015.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造5.图形电镀图形电镀 图形电镀是将覆铜箔板上的带线和孔裸露出来，直接电镀Cu、Ni/Au或Sn/Pb，以Au或Sn/Pb作为最外面的抗蚀层，而后只腐蚀干膜下的Cu层，即可得电路这样得到的电路图形，不但精度较高，而且孔的质量好，可靠性可以得到保证2115.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造6.选择电泳沉积有机涂层法选择电泳沉积有机涂层法 选择电泳沉积有机涂层法是在抗蚀干膜图形之前先化学镀和电镀铜到所需厚度，再电沉积有机涂层作为抗蚀层来保护镀层和通孔在2040 的范围内，通过调节电压和时间，可获得525 m的有机涂层；然后用稀碱除去干膜，用FeCl3或CuCl2腐蚀液腐蚀掉多余的铜层，最后用含表面活性剂的有机羧酸稀溶液作去膜剂除去有机涂层，再电镀金到所需厚度即可。
此法可以制作出50 m的线宽/间距，35 m的线宽/焊盘2215.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造7.电极蚀刻电路图形的方法电极蚀刻电路图形的方法 选择性电极腐蚀是将被腐蚀的铜箔浸入适当浓度的H2SO4或HNO3溶液中，并在溶液与金属的界面施加一个钝化势能E1使其形成Cu2O，然后在被腐蚀的表面施加腐蚀势能E2（E2E1）使腐蚀持续进行直至腐蚀结束，而其他表面仍处于E1不受腐蚀溶液温度一般为4060此法对多层印制电路板来说相当重要，因为它在腐蚀表面铜箔时不致通过PTH而将内部铜箔腐蚀，从而达到保护内部通孔之目的2315.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造8.表面镀层的选择及影响表面镀层的选择及影响（1）微波电路导体材料的性能 微波电路的损耗除了介质损耗外，还有导体损耗，导体损耗与导电率、频率和金属表面粗糙度关系极大表面粗糙度必须保持在趋肤深度的1/5以下，在毫米波段，意味着表面粗糙度要小于小于0.1 m对于微波电路，理想的导体材料应具有以下特征：高高的的导导电电率率、低低的的温温度度电电阻阻系系数数、对对基基材材具具有有良良好好的的附附着着力力和和好好的的可可焊焊性性、易易于于沉沉积和电镀。
积和电镀2415.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造8.表面镀层的选择及影响表面镀层的选择及影响表15-3 三种导体材料的电阻率和趋肤深度导 体 材 料20 电阻率/Mcm10 GHz趋肤深度/mAg1.590.62Cu1.670.67Au2.350.81 微波频率下，导体传送的电流大部分集中在导体的表面，并以指数规律向导体内部衰减所以在微波多层印制电路板层压前，为了增加铜层与介质的附着力，对铜表面进行粗化时，要严严格格控控制制粗粗化化时时间间和和粗粗化化液液的的浓浓度度，以免铜层表面太粗糙而增加电路的损耗2515.1.3微波双面印制电路板的制造微波双面印制电路板的制造8.表面镀层的选择及影响表面镀层的选择及影响（1）电镀金及其性能p具有良好的稳定性与焊接性 为了避免在较高频率下，由于趋肤效应在Ni上产生额外的损耗，常在常在Ni上镀厚金，或直接在上镀厚金，或直接在Cu上镀金上镀金46mp要注意焊接方式和焊料的选择 过厚的金层在钎焊时不能选择SnPb焊料；通常采用热热声声焊焊接接对聚四氟乙烯复合材料制作的微带电路进行加工2615.1.4微波多层印制电路板的制造微波多层印制电路板的制造1.微波多层板粘结前的准备微波多层板粘结前的准备（1）粘结膜的性能 粘接膜(对热固性树脂的粘接膜称半固化片)，是一种加热加压就会变形和变质或流动的塑料膜。
一般多层板所用的FR-4和PI(聚酰亚胺)材料是热固性材料，而PTFE是热。