浅析高频微波印制板制造技术

安徽四创电子股份有限公司 李晓丽

一、前言

高频微波印制板在我国获得飞速发展的主要原因高保密性、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。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。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、基础概念

1）微波定义

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。

表1 微波波段的划分

表2 微波中的常用波段

2）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、各种高频微波板材

高频微波覆铜板基板材料的介电常数从1.15开始，直至10.2，共有一百余种。

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3.2～3.8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。

四、高频微波板基本要求

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0.5%。

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0.02mm，更严格的是0.015mm。一旦材料选定后，介电常数变化很小，介质厚度变化也小，导线厚度较易控制，而导线宽度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（PTFE）板材的孔金属化加工，无论是双面或多层板，均要求热冲击288C、10秒、1～3次。

五、高频微波印制板制造特点

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。

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。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，更重要的是作为信号传输线的作用。这就是说，对高频信号和高速数字信号的传输用微波印制板的电气测试，不仅要测量线路（或网络）的“通”“断”和“短路”等是否符合要求，而且还应测量特性阻抗值是否在规定的合格范围内。此外，高精度微波印制板有大量的数据需要检验，如图形精度、位置精度、重合精度、镀覆层厚度、外形三维尺寸精度等。

六、微波印制板的选择

1.微 波印制板选用之一

微波高频介质板的选用中通常应当考虑的因素包括：电性能，温度稳定性，频率稳定性和热膨胀系数（CTE）。

1）电性能。通常，实现相同的功能，用高介电常数的材料可以使电路做得更小。

2）温度稳定性。温度稳定性是指介电常数随温度变化的稳定程度。在设计对温度变化较为敏感的电路如：带通滤波器，压控振荡器及天线时，随温度变化较大的材料会带来许多问题。

3）频率稳定性。频率稳定性是指介电常数随频率变化的程度。该项指标是根据IPC-650 2.5.5.5.1 , 在500MHZ到 10GHZ范围内测量的。

4）热膨胀系数。热膨胀系数是衡量材料随温度变化的机械特性。IPC-TM-650 2.4.24.规定了板材的CTE的测量方法。

2.微 波印制板选用之二

1）铜箔种类及厚度选择。目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。

2）孔适应性选择。一是孔化与否对基材选择的影响，对于要求通孔金属化的微波板，基材Z轴热膨胀系数越大，意味着在高低温冲击下，金属化孔断裂的可能性越大，因而在满足介电性能的前提下，应尽可能选择Z轴热膨胀系数小的基材；二是湿度对基材板选择的影响，基材树脂本身吸水性很小，但加入增强材料后，其整体的吸水性增大，在高湿环境下使用时会对介电性能产生影响，因而选材时应选择吸水性小的基材，或采取结构工艺上的措施进行保护。

3）可加工性选择。随着设计要求的不断提升，一些微波印制板基材带有铝衬板。此类带有铝衬基材的出现给制造加工带来了额外的压力，图形制作过程复杂化，外形加工复杂化，生产周期加长，因而在可用可不用的情况下，尽量不采用带铝衬板的基材。

3.微 带线制造特性阻抗问题

对于信号传输线的缺陷之控制，主要是：（1）工作室的净化控制；（2）曝光底片的保管于维护；（3）铜箔的表面处理；（4）显影和蚀刻的操作。

因此，从某种意义上来看，制造生产信号传输线的微波印制板，实质上是如何加工出理想或完善导线宽度的问题。从另外一种角度而言，利用导线宽度的调整，是改变和控制特性阻抗Z0值的最有效和最重要的方法。

4.吸 潮和加工中化学溶液的吸附

通常，潮气是通过质量不好的镀通孔进入树脂和支撑材料之间，或者是层间。有些材料会比别的材料具有更宽的作业窗口。潮气和加工过程中的潮气吸收，在加工后段温度急速上升，常常造成分层和起泡。这是因为温度突然上升至100C，造成吸入的水汽化，膨胀的应力使得层间分离，严重的会造成板子的孔壁断裂。材料在加工以后的完整性同样影响到设计性能，如插损。所以，考虑材料的加工后特性也尤为重要。

5.埋 入式电阻的一致性

微波PCB对埋入式电阻的最关键要求是一致性。铜和电阻层、基材层的热膨胀系数不一样，会造成电阻层的变化。所以，电阻铜箔制造商和PCB制造商都面临提高性能的挑战，材料必须能耐受700F，400PSI的层压过程。

6.尺 寸稳定性

由于微波板的外形越来越复杂，而且尺寸精度要求高，同品种的生产数量很大，必须要应用数控铣加工技术。因而在进行微波板设计时应充分考虑到数控加工的特点，所有加工处的内角都应设计成为圆角，以便于一次加工成形。参照国外的规范设计，微带线端距板边应保留0.2mm的空隙，这样即可避免外形加工偏差的影响。