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(jie)HDI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 GHzdediancibochengweiweibo。congdianciboputuzhongkejian，weibodedipinduanjiejinyuchaoduanbo，gaopinduanyuhongwaixianxiangpilin，yincitashiyigepindaihenkuandepinduan，qikuanduwei3 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HDI盲(mang)孔(kong)為(wei)疊(die)孔(kong)設(she)計(ji)結(jie)構(gou)，為(wei)改(gai)善(shan)此(ci)類(lei)問(wen)題(ti)，見(jian)銅(tong)箔(bo)與(yu)半(ban)固(gu)化(hua)片(pian)壓(ya)合(he)改(gai)為(wei)芯(xin)板(ban)與(yu)芯(xin)板(ban)壓(ya)合(he)結(jie)構(gou)，由(you)之(zhi)前(qian)兩(liang)次(ci)壓(ya)合(he)改(gai)為(wei)一(yi)次(ci)壓(ya)合(he)製(zhi)作(zuo)，具(ju)體(ti)結(jie)構(gou)更(geng)改(gai)如(ru)圖(tu)4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。

 

 

jingfenxi，caiyongdenglizichujiaofangfachuzuanwuxiaoguojiaohao。denglizitishiwuzhicunzaidedisizhongzhuangtai，daidiandelizizhuangjikongbibiaomian，keyichuqubiaomianshangfuzhedezuanwu，duibutongwuzhidezuoyongjunyun，jingguoDOE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

 

muqiangaopinweibocailiaoyongyugaomiduhulianbanduociyahezhizuohaibugouchengshu，tongguowosizhizuodeyikuantaocicailiaozhizuodegaopinweibobandezhizuocankao
，zongjieruxia。

 

（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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