说说高频微波印制板和铝基板

这二三年，在我们这个行业里，最时髦的技术和产品是 HDI（高密度互连）、 Build-up Multilayer（积层印制板）。然而，在市场经济和高科技含量产品 的发展潮流中，还有另外一个分支，就是高频微波印制板和金属基印制板。 今天，我就来说说这二个问题。 一、先说高频微波印制板 1.高频微波印制板在中国大地上热起来了。 近年来，在华东、华北、珠三角已有众多印制板企业在盯着高频微波板这一 市场，在收集高频波、聚四氟乙烯（Teflon，PTFE）的动态和信息，将这类 印制板新品种视为电子信息高新科技产业必不可少的配套产品，加强调研和 开发。一些公司老总认定高频微波板为未来企业新的经济增长点。 国外专家预测，高频微波板的市场发展会非常快。在通信、医疗、军事、汽 车、电脑、仪器等领域，对高频微波板的需求正急速窜起。数年后，高频微 波板可能占到全球印制板总量的约 15%，台湾、韩国、欧、美、日不少 PCB 公司纷纷制订朝此方向发展计划。 欧美高频微波板材供应商 Rogers、 Arlon、 Taconic、 Metclad、 GIL 日本 Chukoh 近二年始向中国这个潜在的大市场进军，寻找代理、讲授相关技术。美国 GIL 公司在深圳举办一场“高频微波印制板之应用与制造技术”讲座，数百个座 位全部满座，走廊亦站满了企业代表听演讲，不少老总级的人物听了一整天 的技术讲座。真没想到国内同行对高频板产生如此浓厚的兴趣。欧美板材供 应商已可提供介电常数从 2.10、2.15、2.17，……直到 4.5，甚至更高的板 材系列 100 多个品种。 在珠三角、长三角，据了解已有不少企业标榜可以批量订 Teflon 和高频板订 单。据说，有企业已达到月产数千平方米的水平。国内不少雷达、通信研究 所的印制板厂需求高频微波板材在逐年增大。国内华为、贝尔、武汉邮科院 等大通信企业需求高频微波印制板在逐年增多，国外从事高频微波产品的企 业亦搬迁来中国，就近采购高频微波用印制板。 种种迹象表明，高频微波板在中国热起来了。 （什么叫高频？300MHZ 以上，即波长 1 米以上的短波频率范围，一般称为高 频。） 2.为什么热了起来？ 有三方面原因。 （1）原属军事用途的高频通信的部分频段让给民用（1996 年开始），使民 用高频通信大大发展。在远距高通信、导航、医疗、运输、交通、仓储等各 个领域大显身手。 （2）高保密性、高传送质量，使移动电话、汽车电话，无线通信向高频化发 展，高画面质量，使广播电视传输，用甚高频、超高频播放节目。高信息量 传送，要求卫星通信，微波通信和光纤通信必须高频化。 （3）计算机技术处理能力增加，信息记忆容量增大，迫切要求信号传送高速 化。 总之，电子信息产品高频化、高速化对印制板的高频特性提出了高的要求。 3.为什么要求印制板低 ε（Dk）? ε 或 Dk，叫介电常数，是电极间充以某种物质时的电容与同样构造的真空电 容器的电容之比。通常表示某种材料储存电能能力的大小。当ε 大时，储存 电能能力大，电路中电信号传输速度就会变低。通过印制板上电信号的电流 方向通常是正负交替变化的，相当于对基板进行不断充电、放电的过程。在 互换中，电容量会影响传输速度。而这种影响，在高速传送的装置中显得更 为重要。ε 低表示储存能力小，充、放电过程就快，从而使传输速度亦快。 所以，在高频传输中，要求介电常数低。 另外还有一个概念，就是介质损耗。电介质材料在交变电场作用下，由于发 热而消耗的能量称之谓介质损耗，通常以介质损耗因数 tanδ 表示。ε 和 tanδ 是成正比的，高频电路亦要求 ε 低，介质损耗 tanδ 小，这样能量损 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电常数 ε 最低， 典型的仅为 2.6~2.7， 而一般的玻璃布环氧树脂基材的 FR4 的介电常数 ε 为 4.6~5.0， 因此， Teflon 印刷板信号传输速度要比 FR4 快得多（约 40%）。Teflon 板的介于损耗因素 为 0.002，比 FR4 的 0.02 低了 10 倍，能量损耗也小得多。加上聚四氟乙烯 称之为“塑料王”，电绝缘性能优良，化学稳定性和热稳定性也好（至今尚 无一种能在 300℃以下溶解它的溶剂），所以，高频高速信号传递就要先用 Teflon 或其它介电常数低的基材了。 笔者看到， Polyflon、 Rogers、 Taconic、 Arlon、Meclad 都可提供介电常数为 2.10、2.15、2.17、2.20 的基材，其介 质损耗因素在 10GHZ 下是 0.0005~0.0009。聚四氟乙烯基材性能很好，但其 加工成印制板的过程同传统的 FR4 有着完全不同的工艺途径，这方面在后面 会谈到。 这二年，我们在实践中，除用到要求 ε 为 2.15、2.6 的以外，还经常用到 ε3.38、3.0、3.2、3.8 等 Rogers RO4000、GIL1000 系列等。 5.高频微波板的基本要求 ·由于是高频信号传输，要求成品印制板导线的特性阻抗是严格的要求成品印制板导线的特性阻抗是严格的，板的线 宽通常要求±0.02mm（最严格的是±0.015mm）。因此，蚀刻过程需严格控制， 光成像转移用的底片需根据线宽、铜箔厚度而作工艺补偿。 ·这类印制板的线路传送的不是电流，而是高频电脉冲信号，导线上的凹坑、 缺口、针孔等缺陷会影响传输，任何这类小缺陷都是不允许的任何这类小缺陷都是不允许的。有时候，阻 焊厚度也会受到严格控制，线路上阻焊过厚、过薄几个微米也会被判不合格。 ·热冲击热冲击 288℃，288℃，1010 秒，秒，1~31~3 次，不发生孔壁分离次，不发生孔壁分离。对于聚四氟乙烯板，要 解决孔内的润湿性，作到化学沉铜孔内无空穴，电镀在孔内的铜层经得起热 冲击，这是作好Teflon 孔化板的难点之一。正因为如此，许多基材厂商研发 生产出 ε 高一点，而化学沉铜工艺同常规 FR4 作法一样的替代品，Rogers Ro4003(ε3.38)和西安 704 厂的 LGC-046(ε3.2±0.1)就是这类产品。 ·翘曲度：通常要求成品板 0.5~0.7%。 6.高频微波板的加工难点 基于聚四氟乙烯板的物理、化学特性，使其加工工艺有别于传统的 FR4 工艺， 若按常规的环氧树脂玻纤覆铜板相同条件加工，则无法得到合格的产品。 （1）钻孔：基材柔软，钻孔叠板张数要少，通常 0.8mm 板厚以二张一叠为宜； 转速要慢一些；要使用新钻头，钻头顶角、螺纹角有其特殊的要求。 （2）印阻焊：板子蚀刻后，印阻焊绿油前不能用辊刷磨板，以免损坏基板。 推荐用化学方法作表面处理。要做到这一点：不磨板，印完阻焊后线路和铜 面均匀一致，没有氧化层，决非易事。 （3）热风整平：基于氟树脂的内在性能，应尽量避免板材急速加热，喷锡前 要作 150℃， 约 30 分钟的预热处理， 然后马上喷锡。 锡缸温度不宜超过 245℃， 否则孤立焊盘的附着力会受到影响。 （4）铣外形：氟树脂柔软，普通铣刀铣外形毛刺非常多，不平整，需要以合 适的特种铣刀铣外形。 （5）工序间运送：不能垂直立放，只能隔纸平放筐内，全过程