圖1 高頻微波板應用範圍示意圖

 

對印製電路板提出了高頻微波特性的要求
，對材料要求也不可避免的越來越高。對高頻微波印製板而言，所使用的基材與FR-4在zai玻bo璃li纖xian維wei布bu及ji填tian料liao等deng是shi完wan全quan不bu同tong的de，目mu前qian這zhe種zhong高gao頻pin微wei波bo材cai料liao用yong於yu高gao密mi度du互hu連lian板ban製zhi作zuo上shang還hai屬shu於yu一yi個ge摸mo索suo的de階jie段duan。因yin材cai料liao差cha異yi
，製zhi作zuo過guo程cheng中zhong已yi出chu現xian爆bao板ban等deng異yi常chang問wen題ti，本ben文wen以yi一yi款kuan板ban多duo階jieHDI陶瓷板為例，介紹其製作過程中的關鍵技術。

 

1、高頻微波定義

 

1.1 高頻微波的定義

 

高頻微波顧名思義就是頻率高

、波長短，具體短至何種程度
，下麵定量進行描述。通常，將波長為1 m ~ 0.1 mm之間

，相應的頻率範圍為300 MHz ~ 3 000 GHz的de電dian磁ci波bo稱cheng為wei微wei波bo。從cong電dian磁ci波bo譜pu圖tu中zhong可ke見jian，微wei波bo的de低di頻pin端duan接jie近jin於yu超chao短duan波bo，高gao頻pin端duan與yu紅hong外wai線xian相xiang毗pi鄰lin，因yin此ci它ta是shi一yi個ge頻pin帶dai很hen寬kuan的de頻pin段duan，其qi寬kuan度du為wei3 000 GHz，比所有普通無線電波波段總和寬上萬倍。

 

為了方便
，常將微波劃分為分米波、厘米波
、毫米波和亞毫米波四個波段。表1與表2分別給出了普通無線電波段和微波波段的劃分。

 

 

2、技術難點

 

產品結構如圖2所示
，產品主要參數特點如表3所示。

 

圖2 產品層壓結構圖

 

 

3



、加工難點分析及改善措施

 

3.1 壓合製作

 

3.1.1 製作難點分析

 

此板為某供應商的一款陶瓷材料
，板在設計上確實比較特殊，它是一個8層板，2次銅箔壓合
，2次激光孔，半固化片使用的是也為該陶瓷料，內層銅都是34.3 μm（1 oz），單張bond ply設計。而陶瓷料材料性能是一種低流動度的半固化片，而且還有單張設計，填充區域的銅厚都是34.3μm（1 oz），這樣以來，在正常的壓合過程中，要想把內層線路填充好，故壓合過程中出現空洞，表4為空洞壓合過程中產品料溫曲線及材料固化要求。

 

 

此ci類lei高gao頻pin陶tao瓷ci板ban材cai半ban固gu化hua片pian有you陶tao瓷ci和he膠jiao體ti構gou成cheng
，其qi半ban固gu化hua片pian含han膠jiao量liang極ji低di，幾ji乎hu為wei零ling，銅tong箔bo結jie合he力li較jiao差cha
，銅tong箔bo的de附fu著zhe力li較jiao弱ruo
，采cai用yong半ban固gu化hua片pian與yu銅tong箔bo壓ya合he後hou易yi出chu現xian銅tong皮pi氣qi泡pao或huo在zai後hou續xu加jia工gong過guo程cheng中zhong受shou到dao外wai力li，或huo者zhe對dui產chan品pin加jia熱re
，極ji易yi出chu現xian銅tong箔bo分fen層ceng、起泡缺陷。如圖3所示。

 

圖3 壓合容易出現的問題圖

 

3.1.2 改善措施

 

因為銅箔與半固化片結合力差，導致壓合已出現銅皮氣泡問題，此板HDImangkongweidiekongshejijiegou
，weigaishancileiwenti，jiantongboyubanguhuapianyahegaiweixinbanyuxinbanyahejiegou，youzhiqianliangciyahegaiweiyiciyahezhizuo，jutijiegougenggairutu4所示。

 

圖4 層壓結構更改為芯板結構壓合示意圖

 

壓合程序調整
，根據材料特性
，將壓力提升到650 PSI，恒溫時間，材料溫度在115 ℃時
，保持時間在原來基礎上增加15 min，100 ℃到120 ℃升溫速率調整為1 ℃/min（圖5）。

 

圖5 更改後的壓合料溫曲線圖

 

因此材料為陶瓷材料
，半固化片含膠量低，壓合過程中出現空洞等問題
，為改善此類問題，調整壓合排版方式
；因此板外層含有樹脂塞孔
，采用離型膜加Pacopad緩衝壓墊和PCB一起壓合易出現板麵凹凸不平
，外層樹脂塞孔製作過程中導致砂帶磨板出現漏基材等問題，故將離型膜加Pacopad調整到鋼板外麵，具體排板方式為：離形膜——Pacopad——離形膜——鋼板——PCB——鋼板——離形膜——Pacopad——離形膜。具體如圖6所示。

 

圖6 壓合排版結構改善前後對比

 

3.2 流程設計

 

3.2.1 優化前流程設計

 

此板原為兩張芯板加半固化片與銅箔疊加方式壓合，盲孔為疊孔設計，要求盲孔填平，內層銅厚控製最小34.3 μm（1 oz），為滿足客戶要求原流程為：

 

（1）第一次壓合（製作L3~L6層樹脂塞孔）。

 

開料→內層圖形→內層蝕刻→內層AOI→棕化→壓合（L3/L6層壓合）→內層圖形1→內層AOI1→棕化2

 

（2）第2次壓合（製作L2~L7層

，製作L2和L7層盲孔）。

 

壓合1（L2/L7層壓合）→棕化3→激光鑽孔→切片分析→退棕化→內層沉銅→整板填孔電鍍→切片分析→內層圖形→內層蝕刻→內層AOI→棕化4

 

（3）第3次壓合（製作L1~L8層，製作L1和L8層盲孔）。

 

壓合2（L1/8層壓合）→棕化→激光鑽孔→切片分析→退棕化→外層沉銅→整板填孔電鍍→切片分析→減銅→外層鑽孔→外層沉銅→全板電鍍→外層圖形→圖形電鍍→外層AOI→……→正常製作→……

 

3.2.2 優化後流程設計

 

調整為芯板與芯板壓合，可以起到簡化流程
，故對原流程需從新設計
，新流程設計如下：

 

（1）第一次壓合（製作L3~L6層樹脂塞孔）。

 

開料→內層圖形（L2、L7層盲孔對應的銅PAD需掏銅，掏銅直徑比激光鑽直徑小0.075 mm

，但比PAD小）→內層蝕刻→內層AOI→棕化→壓合（L3/6層壓合）→內層圖形1→內層AOI1→棕化2

 

（2）第二次壓合（製作L1~L8層）。

 

壓合（L1~8層）→鑽激光定位孔→盲孔開窗圖形（開窗直徑與激光鑽咀等大）→盲孔開窗蝕刻→激光鑽孔→切片分析→外層沉銅→整板填孔電鍍（孔內銅厚≥20 mm）→切片分析2→外層鍍孔圖形→點鍍填孔電鍍（盲孔填平）→切片分析→退膜→砂帶磨板→外層鑽孔→外層沉銅→全板電鍍→外層圖形→圖形電鍍→外層AOI→……→正常製作→……

 

3.3 鑽孔孔粗與除膠

 

3.3.1 製作難點分析

 

高頻陶瓷板材含有陶瓷和膠體材料
，無機填料偏多，物理特性較脆
、較硬
，鑽孔時對刀具的磨損很嚴重
，控製不當會出現爆孔、披鋒等異常（表5）。

 

 

由一種特殊成分和膠體組成的陶瓷材料


，無機填料偏多，物理特性較脆
、較硬，采用傳統的化學除膠方法（KMnO4+H2SO4）咬蝕效率較低，容易造成除膠不淨問題。

 

3.3.2 改善措施

 

鑽孔選用金剛石塗層的刀具，具體改善方法如下：

 

（1）蓋板
、墊板：使用酚醛材料；

 

（2）孔限設置：孔限設置為100孔，以避免基體材料疲勞破壞導致斷刀，同時調整鑽孔參數為如表6。

 

 

經(jing)分(fen)析(xi)，采(cai)用(yong)等(deng)離(li)子(zi)除(chu)膠(jiao)方(fang)法(fa)除(chu)鑽(zuan)汙(wu)效(xiao)果(guo)較(jiao)好(hao)。等(deng)離(li)子(zi)體(ti)是(shi)物(wu)質(zhi)存(cun)在(zai)的(de)第(di)四(si)種(zhong)狀(zhuang)態(tai)
，帶(dai)電(dian)的(de)離(li)子(zi)撞(zhuang)擊(ji)孔(kong)壁(bi)表(biao)麵(mian)
，可(ke)以(yi)除(chu)去(qu)表(biao)麵(mian)上(shang)附(fu)著(zhe)的(de)鑽(zuan)汙(wu)
，對(dui)不(bu)同(tong)物(wu)質(zhi)的(de)作(zuo)用(yong)均(jun)勻(yun)，經(jing)過(guo)DOE測試，本產品除鑽汙參數如表7所示，除膠改善前後孔壁效果見圖7所示。

 

 

圖7 除膠改善前後孔壁效果圖對比

 

3.4 盲孔製作

 

3.4.1 製作難點分析

 

此板為盲孔疊孔製作，此材料為陶瓷材料，材料惰性相對普通FR-4材cai料liao強qiang，更geng改gai壓ya合he疊die板ban結jie構gou後hou，要yao求qiu激ji光guang鑽zuan孔kong製zhi作zuo需xu一yi次ci擊ji穿chuan兩liang層ceng介jie質zhi厚hou度du，製zhi作zuo過guo程cheng中zhong因yin介jie質zhi太tai厚hou，無wu法fa一yi次ci擊ji穿chuan，而er采cai用yong背bei鑽zuan方fang式shi製zhi作zuo，由you因yin為wei不bu能neng傷shang到dao底di層ceng銅tong，易yi出chu現xian鑽zuan不bu到dao目mu標biao層ceng或huo傷shang到dao底di層ceng。

 

製作此盲孔電鍍，因為兩層盲孔直接打穿，按原孔徑設計
，此陶瓷材料code厚度固定為0.1 mm，加上內層銅厚，按原激光大小0.15 mm設計
，電鍍縱橫比過大
，已出現盲孔孔無銅等問題。具體見圖8所示。

 

圖8 盲孔疊孔異常切片圖

 

3.4.2 改善措施

 

因盲孔激光鑽孔異常，為改善此類問題
，現將疊孔位置L2和L7層在做內層圖形時
，將L2和L7層盲孔疊孔位置的銅掏掉，因為疊孔L2和L7層客戶設計需要與內層銅導通連接

，故開窗大小設計為PAD之間比激光鑽孔孔徑小0.075 mm，保證電鍍內層銅與電鍍層能夠連接
，因介質厚度＞0.2 mm，盲孔設計大小為0.25 mm，保證孔徑縱橫比＜1，便於電鍍製作。

 

電鍍采用整板填孔一次填孔將盲孔填平，外層線路為0.0762 mm/0.0762 mm（3 mil/3 mil）的線，電鍍均勻性的影響，易出現蝕刻不淨等問題
，為避免外層蝕刻不淨
，分兩步製作，因內層激光盲孔PAD開窗0.075 mm，所以內層L2-L3和L6-L7層盲孔位置最大0.175 mm，故第一步先采用整板填孔電鍍將內層位置盲孔填平；第二部采用點鍍盲孔的方法，將外層盲孔填平
，填平後經砂帶磨板將生產板磨平，保證板麵平整無凹坑。具體改善如圖9所示。

 

圖9 盲孔疊孔改善後的盲孔切片圖

 

4、產品製作效果

 

產品製作效果見圖10所示。

 

圖10 產品製作效果圖

 

5、總結

 

目mu前qian高gao頻pin微wei波bo材cai料liao用yong於yu高gao密mi度du互hu連lian板ban多duo次ci壓ya合he製zhi作zuo還hai不bu夠gou成cheng熟shu，通tong過guo我wo司si製zhi作zuo的de一yi款kuan陶tao瓷ci材cai料liao製zhi作zuo的de高gao頻pin微wei波bo板ban的de製zhi作zuo參can考kao，總zong結jie如ru下xia。

 

（1）高頻微波材料壓合條件比普通FR-4要求高


，調整壓合程式、排板方式等方法，解決了因材料性能問題造成的壓合空洞問題
；

 

（2）高gao頻pin陶tao瓷ci板ban材cai半ban固gu化hua片pian有you陶tao瓷ci和he膠jiao體ti構gou成cheng，其qi半ban固gu化hua片pian含han膠jiao量liang極ji低di，幾ji乎hu為wei零ling，銅tong箔bo結jie合he力li較jiao差cha
，銅tong箔bo的de附fu著zhe力li較jiao弱ruo，通tong過guo調tiao整zheng壓ya合he結jie構gou
，來lai改gai善shan此ci類lei問wen題ti；

 

（3）高頻微波板為陶瓷料，物理特性較脆
、較硬
，采用傳統的化學除膠方法（KMnO4+H2SO4）咬蝕效率較低，通過增加等離子除膠加大除膠量，同時通過調整鑽孔參數來改善鑽孔孔粗及除膠；

 

（4）此高頻微波板因半固化片與銅箔壓合
，出現氣泡，改為code壓合方式製作
，盲孔為疊孔，一次激光

，起到優化流程的作用
，在此過程中減少了棕化、電鍍和外層等工序的製作成本，同時在現有條件下人工成本和物料成本上升的情況下，能為公司效益提升做出不小的貢獻。

 

來源：《印製電路信息》

 

 

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