微波復(fù)合基材PCB板的特種制造工藝技術(shù)

鞠維國

（哈爾濱電工儀表研究所 黑龍江 哈爾濱 150081）

0 概述

高頻（>1 GHz）領(lǐng)域的PCB與普通的PCB板不同，不僅起著結(jié)構(gòu)件、連接件的作用，更重要的還起著功能器件的作用，是用PCB板制造工藝生產(chǎn)出來的微波器件。

通過我們對核磁共振設(shè)備的功率板的研究制造過程，得到了在普通PCB工藝之外的一些心得。

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計，PCB板采用了介電常數(shù)為10的復(fù)合聚四氟乙烯復(fù)合基材，厚度1.0mm，基板為聚四氟復(fù)合材料，表面銅箔厚度10μm。

在研制過程中，在掩膜制作、數(shù)控鉆孔、孔金屬化、圖形電鍍方面采用了不同于常規(guī)PCB生產(chǎn)的新工藝技術(shù)。

1 掩膜制作

目標(biāo)PCB板的設(shè)計圖形對導(dǎo)線的寬度、長度、轉(zhuǎn)彎半徑都有嚴(yán)格要求，而通常所用的光繪機(jī)屬于點陣輸出，其離散性和漂移性，使其出片的光滑度和位置精確度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到本產(chǎn)品的要求。而用繪圖儀繪制的原圖，由于紙張溫、濕度系數(shù)的各向異性，繪圖墨水浸潤性，使得用以上方法的實驗全都沒有達(dá)成要求。

經(jīng)過多次實驗，確定了刻圖拍照法制作掩膜的工藝。首先按10：1比例將所有圖形外輪廓的表述函數(shù)計算出來，用高精度刻圖機(jī)刻出紅膜。再使用微密工業(yè)相機(jī)拍出底片。拍照時選擇1：10.70到1：9.30范圍內(nèi)進(jìn)行實驗，最后確定1：10.13比例出片。

2 數(shù)控鉆孔

研制過程中發(fā)現(xiàn)，由于基材的硬度較低，常規(guī)的的鉆孔工藝使板面孔位周圍基材形成形變，一面下凹，另一面凸起，使基材性狀發(fā)生改變，影響到電氣性能。

通過實驗，鉆頭使用“大頭”系列的硬質(zhì)合金定柄鉆，每根鉆頭鉆孔數(shù)不超過1000孔。每組數(shù)控組件內(nèi)只裝一塊覆銅板，上墊板為厚度1.0mm的FR－4板，下墊板為厚度2.0mm的鋁板。

3 孔金屬化

在孔金屬化的研究過程中。我們對等離子技術(shù)、鈉萘溶液處理技術(shù)、化學(xué)溶液處理技術(shù)進(jìn)行了研究。

3.1 等離子技術(shù)

由于等離子技術(shù)使材料重的c-F鍵中的F原子受等離子體中的粒子作用，由原來的基態(tài)處于亞穩(wěn)活化狀態(tài)，使得物體表面能升高，因而親水性、潤濕性變好。

實驗中復(fù)合聚四氟乙烯基材通過等離子體處理之后，達(dá)到很好的孔化效果。但由于實驗設(shè)備的真空腔體積太小，而本次研制的產(chǎn)品尺寸相對大，無法投入實際使用。

3.2 鈉萘溶液處理

鈉萘溶液處理屬于化學(xué)表面改性的處理方法，作用于材料的c-F鍵使材料表面易于浸潤。

實驗中經(jīng)過鈉萘處理、沉銅后的PCB板，通過檢孔鏡發(fā)現(xiàn)：孔內(nèi)銅層疏松，有大量的空洞。通過多次返工調(diào)整工藝參數(shù)，空洞仍然未避免，經(jīng)分析得出結(jié)論是本復(fù)合基材內(nèi)其他材料被鈉萘溶液大量侵蝕，所以無法使用鈉萘工藝進(jìn)行處理。

3.3 氫氟酸處理

為了提高孔內(nèi)表面潤濕性，我們開發(fā)了新型的處理溶液。處理后，效果十分明顯。不僅消除了孔內(nèi)的沉銅空洞，而且增加了化學(xué)鍍銅層與孔壁的結(jié)合力，達(dá)到了產(chǎn)品要求。

研究中試驗了20%－5%含量的氫氟酸溶液，最終采用10%氫氟酸溶液、20－25℃、60－80秒、保持孔內(nèi)溶液流動。 處理后經(jīng)流動水洗3分鐘后進(jìn)入后面的工藝。

4 圖形電鍍

由于微波信號的集膚效應(yīng)，所以要求印制導(dǎo)電圖形的外表面電阻低。鉛錫合金因其電阻率較高，信號衰減大而被排除掉；銀的電阻率最低，但其化學(xué)穩(wěn)定性差、易氧化，氧化后的表面電阻率大大增加，致使工作點漂移，也不適用；金的電阻率不是最低，但其良好的化學(xué)穩(wěn)定性，和工藝的可控性讓我們最終選擇了電鍍金作為導(dǎo)線的表面材 料，同時也作為蝕刻時的抗腐蝕層。

PCB鍍金通常都是先鍍金屬鎳然后在鎳層上鍍金，但鎳的電阻率太高，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能，所以本工藝采用直接電鍍金作為抗蝕層和最終PCB板的表面涂覆層。這樣就要求鍍金層致密完整，為此專門設(shè)計了脈沖電源和恒溫流態(tài)化電鍍槽，保證鍍層的的致密性和電鍍的高效率，滿足了工藝要求。

蝕刻完成之后，由于銅箔斷面仍然裸露著，所以又在成型之后進(jìn)行化學(xué)浸金處理，這樣完成了PCB板的表面涂覆工作。

5 結(jié)論

微波復(fù)合PCB板與普通環(huán)氧玻璃布PCB板相比，將數(shù)字電路和射頻電路(RF)合為一體，有利于電子設(shè)備的小型化、輕量化、降低功耗、提高安全性，具有廣闊的應(yīng)用前景。在制造高頻微波用聚四氟乙烯復(fù)合PCB板的過程中，把握特殊的處理工藝，完全可以在普通的PCB生產(chǎn)線上進(jìn)行加工生產(chǎn)。以上內(nèi)容是我們在研究開發(fā)和生產(chǎn)過程中總結(jié)出的一些經(jīng)驗，供同行參考，不當(dāng)之處多提寶貴意見。

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