高頻微波印制板制造技術(shù)探討

1、前言
　　微波印制板，是指在特定的微波基材覆銅板上，利用普通剛性印制板制造方法生產(chǎn)出來的微波器件。
　　在印制板導(dǎo)線的高速信號傳輸線中，目前可分為兩大類：一類是高頻信號傳輸類電子產(chǎn)品，這一類產(chǎn)品是與無線電的電磁波有關(guān)，它是以正弦波來傳輸信號的產(chǎn)品，如 雷達(dá)、廣播電視和通訊（移動電話、微波通訊、光纖通訊等）；另一類是高速邏輯信號傳輸類的電子產(chǎn)品，這一類產(chǎn)品是以數(shù)字信號傳輸?shù)模瑯右才c電磁波的方波 傳輸有關(guān)，這一類產(chǎn)品開始主要在電腦，計算機(jī)等應(yīng)用，現(xiàn)在已迅速推廣應(yīng)用到家電和通訊的電子產(chǎn)品上了。
　　為了達(dá)到高速傳送，對微波印制板基板材料在電氣特性上有明確的要求。在提高高速傳送方面，要實現(xiàn)傳輸信號的低損耗、低延遲，必須選用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切小的基板材料。
　　高速傳送的基板材料，一般有陶瓷材料、玻纖布、聚四氟乙烯、其它熱固性樹脂等。
　　在所有的樹脂中，聚四氟乙烯的介電常數(shù)（εr）和介質(zhì)耗角正切（tanδ）最小，而且耐高低溫性和耐老化性能好，最適合于作高頻基板材料，是目前采用量最大的微波印制板制造基板材料。
　　本文針對微波印制板制造的特點，就微波印制板的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造工藝等方面進(jìn)行了較為全面的探討。
　　2、微波印制板制造的特點
　　微波印制板制造的特點，主要表現(xiàn)在以下幾方面：
　　2.1、基材多樣化：
　　長期以來，國內(nèi)應(yīng)用最多的是國產(chǎn)玻璃布增強(qiáng)聚四氟乙烯覆銅板。但由于它的品種單一，介電性能均勻性較差，已越來越不適應(yīng)一些高性能要求的場合。進(jìn)入九十年代 后，美國Rogers公司生產(chǎn)的RT/Duroid系列和TMM系列微波基材板逐步得到應(yīng)用，主要有玻璃纖維增強(qiáng)聚四氟乙烯覆銅板、陶瓷粉填充聚四氟乙烯 覆銅板和陶瓷粉填充熱固性樹脂覆銅板，雖然價格昂貴，但它優(yōu)異的介電性能和機(jī)械性能仍較國產(chǎn)微波印制板基材擁有相當(dāng)大的優(yōu)勢。目前這類微波基材，特別是帶 鋁襯底的基材正得到大量應(yīng)用。
　　2.2、設(shè)計要求高精度化：
　　微波印制板的圖形制造精度將會逐步提高，但受印制板制造工藝方法本 身的限制，這種精度提高不可能是無限制的，到一定程度后會進(jìn)入穩(wěn)定階段。而微波板的設(shè)計內(nèi)容將會有很大地豐富。從種類上看，將不僅會有單面板、雙面板，還 會有微波多層板。對微波板的接地，會提出更高要求，如普遍解決聚四氟乙烯基板的孔金屬化，解決帶鋁襯底微波板的接地。鍍覆要求進(jìn)一步多樣化，將特別強(qiáng)調(diào)鋁 襯底的保護(hù)及鍍覆。另外對微波板的整體三防保護(hù)也將提出更高要求，特別是聚四氟乙烯基板的三防保護(hù)問題。
　　2.3、計算機(jī)控制化：
　　傳 統(tǒng)的微波印制板生產(chǎn)中極少應(yīng)用到計算機(jī)技術(shù)，但隨著CAD技術(shù)在設(shè)計中的廣泛應(yīng)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應(yīng)用計算機(jī)技 術(shù)已成為必然的選擇。高精度的微波印制板模版設(shè)計制造，外形的數(shù)控加工，以及高精度微波印制板的批生產(chǎn)檢驗，已經(jīng)離不開計算機(jī)技術(shù)。因此，需將微波印制板 的CAD與CAM、CAT連接起來，通過對CAD設(shè)計的數(shù)據(jù)處理和工藝干預(yù)，生成相應(yīng)的數(shù)控加工文件和數(shù)控檢測文件，用于微波印制板生產(chǎn)的工序控制、工序 檢驗和成品檢驗。
　　2.4、高精度圖形制造專業(yè)化：
　　微波印制板的高精度圖形制造，與傳統(tǒng)的剛性印制板相比，向著更為專業(yè)化的方 向發(fā)展，包括高精度模版制造、高精度圖形轉(zhuǎn)移、高精度圖形蝕刻等相關(guān)工序的生產(chǎn)及過程控制技術(shù)，還包含合理的制造工藝路線安排。針對不同的設(shè)計要求，如孔 金屬化與否、表面鍍覆種類等制訂合理的制造工藝方法，經(jīng)過大量的工藝實驗，優(yōu)化各相關(guān)工序的工藝參數(shù)，并確定各工序的工藝余量。
　　2.5、表面鍍覆多樣化：
　　隨 著微波印制板應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其使用的環(huán)境條件也復(fù)雜化，同時由于大量應(yīng)用鋁襯底基材，因而對微波印制板的表面鍍覆及保護(hù)，在原有化學(xué)沉銀及鍍錫鈰合金的 基礎(chǔ)上，提出了更高的要求。一是微帶圖形表面的鍍覆及防護(hù)，需滿足微波器件的焊接要求，采用電鍍鎳金的工藝技術(shù)，保證在惡劣環(huán)境下微帶圖形不被損壞。這其 中除微帶圖形表面的可焊性鍍層外，最主要的是應(yīng)解決既可有效防護(hù)又不影響微波性能的三防保護(hù)技術(shù)。二是鋁襯板的防護(hù)及鍍覆技術(shù)。鋁襯板如不加防護(hù)，暴露在 潮濕、鹽霧環(huán)境中很快就會被腐蝕，因而隨著鋁襯板被大量應(yīng)用，其防護(hù)技術(shù)應(yīng)引起足夠重視。另外要研究解決鋁板的電鍍技術(shù)，在鋁襯板表面電鍍銀、錫等金屬用 于微波器件焊接或其它特殊用途的需求在逐步增多，這不僅涉及鋁板的電鍍技術(shù)，同時還存在微帶圖形的保護(hù)問題。
　　2.6、外形加工數(shù)控化：
　　微 波印制板的外形加工，特別是帶鋁襯板的微波印制板的三維外形加工，是微波印制板批生產(chǎn)需要重點解決的一項技術(shù)。面對成千上萬件的帶有鋁襯板的微波印制板， 用傳統(tǒng)的外形加工方法既不能保證制造精度和一致性，更無法保證生產(chǎn)周期，而必須采用先進(jìn)的計算機(jī)控制數(shù)控加工技術(shù)。但帶鋁襯板微波印制板的外形加工技術(shù)既 不同于金屬材料加工，也不同于非金屬材料加工。由于金屬材料和非金屬材料共同存在，它的加工刀具、加工參數(shù)等以及加工機(jī)床都具有極大的特殊性，也有大量的 技術(shù)問題需要解決。外形加工工序是微波印制板制造過程中周期最長的一道工序，因而外形加工技術(shù)解決的好壞直接關(guān)系到整個微波印制板的加工周期長短，并影響 到產(chǎn)品的研制或生產(chǎn)周期。
　　2.7、批生產(chǎn)檢驗設(shè)備化：
　　微波印制板與普通的單雙面板和多層板不同，不僅起著結(jié)構(gòu)件、連接件的作 用，更重要的是作為信號傳輸線的作用。這就是說，對高頻信號和高速數(shù)字信號的傳輸用微波印制板的電氣測試，不僅要測量線路（或網(wǎng)絡(luò)）的“通”“斷”和“短 路”等是否符合要求，而且還應(yīng)測量特性阻抗值是否在規(guī)定的合格范圍內(nèi)。
　　此外，高精度微波印制板有大量的數(shù)據(jù)需要檢驗，如圖形精度、位置精 度、重合精度、鍍覆層厚度、外形三維尺寸精度等。目前國內(nèi)的微波印制板批生產(chǎn)檢驗技術(shù)非常落后，現(xiàn)行方法基本是以人工目視檢驗為主，輔以一些簡單的測量工 具。這種原始而簡單的檢驗方法很難應(yīng)對大量擁有成百上千數(shù)據(jù)的微波印制板批生產(chǎn)要求，不僅檢驗周期長，而且錯漏現(xiàn)象多，因而迫使微波印制板制造向著批生產(chǎn) 檢驗設(shè)備化的方向發(fā)展。
　　3、微波印制板的選材
　　微波印制板基材的選用首先應(yīng)該考慮其介電性能，但同時也必須考慮其表面銅箔種類及厚度、環(huán)境適應(yīng)性、可加工性等因素，當(dāng)然還有成本問題。
　　3.1、銅箔種類及厚度選擇
　　目前最常用的銅箔厚度有35μm和18μm兩種。銅箔越薄，越易獲得高的圖形精密度，所以高精密度的微波圖形應(yīng)選用不大于18μm的銅箔。如果選用35μm的銅箔，則過高的圖形精度使工藝性變差，不合格品率必然增加。
　　研究表明，銅箔類型對圖形精度亦有影響。目前的銅箔類型有壓延銅箔和電解銅箔兩類。壓延銅箔較電解銅箔更適合于制造高精密圖形，所以在材料訂貨時，可以考慮選擇壓延銅箔的基材板。