????隨著信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，超高速、超高頻微波技術(shù)被廣泛應(yīng)用，特別是美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，已將高頻微波技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，如制導(dǎo)、無線電通訊、巡航導(dǎo)彈等。用于高頻微波方面的印制板也向高密度、多層數(shù)方面發(fā)展。高頻微波用多層板要求比普通多層板更低的介質(zhì)損耗。通常采用聚四氟乙烯(PTFE)或聚苯醚/環(huán)氧材料。常見的高頻微波用多層板共分為兩類：第一類是采用低介電常數(shù)聚四氟乙烯層壓板和粘結(jié)片的全聚四氟乙烯多層板；第二類是復(fù)合的聚四氟乙烯多層板，即采用低介電常數(shù)聚四氟乙烯層壓板和其它類型粘結(jié)材料如玻璃布增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂(FR-4)半固化片或聚酰亞胺的半固化片、或其他熱塑性材料壓制而成，其中最常用的是玻璃布增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂(FR—4)半固化片。第一類由于成本極高只應(yīng)用于高頻要求的軍事設(shè)備，而第二類則廣泛應(yīng)用于商業(yè)的微波電路中。環(huán)氧半固化片復(fù)合的聚四氟乙烯多層板不僅成本低，可以采用常規(guī)多層板的制造設(shè)備和工藝。在電路設(shè)計(jì)方面，它最大的優(yōu)點(diǎn)是能將數(shù)字電路和射頻電路(RF)合為一體，從而不僅減小了整個(gè)印制板的尺寸和組裝的體積，而且增加了聚四氟乙烯印制板的硬度。國(guó)外已廣泛應(yīng)用于功率放大器、微波的發(fā)射接收、無線電通訊如無繩電話等。采用環(huán)氧半固化片的復(fù)合聚四氟乙烯多層板的工藝流程見圖1，本文將著重討論這種復(fù)合聚四氟乙烯多層板的制造技術(shù)。

復(fù)合聚四氟乙烯多層板的工藝流程
????2.1 復(fù)合聚四氟乙烯板的多層壓制技術(shù)
????復(fù)合聚四氟乙烯多層板采用的粘結(jié)材料主要分為兩大類：熱塑性和熱固性。當(dāng)應(yīng)用的頻率較高(高于1GHz)時(shí)，應(yīng)采用與聚四氟乙烯電性能接近的熱塑性材料。熱塑性材料沒有玻璃化溫度(Tg)，當(dāng)工作溫度較高時(shí)，就會(huì)隨濕度的升高而變軟，當(dāng)溫度超過了熔點(diǎn)時(shí)，熱塑性材料就會(huì)再次熔化甚至導(dǎo)致分層。因此使用這種材料時(shí)，一定要注意控制工作溫度在額定范圍內(nèi)。聚四氟乙烯本身雖然屬于熱塑性材料，但具有非常穩(wěn)定的化學(xué)性和高頻高溫下優(yōu)異的電氣性能，優(yōu)于常用的熱固性材料，當(dāng)應(yīng)用的頻率不高(低于1GHz)時(shí)，可以使用熱固性材料如環(huán)氧、聚酰亞胺等半固化片，雖然半固化片在溫度高時(shí)也會(huì)變軟，但即使是當(dāng)溫度接近玻璃化溫度時(shí)，也不會(huì)分層。熱固性材料雖然具有良好的結(jié)合力，但卻犧牲了多層板的電性能。低介電常數(shù)的熱塑材料和環(huán)氧半固化片特別適用于高速數(shù)字電路的應(yīng)用、微波的發(fā)射和接受系統(tǒng)等。這不但保證了印制板特殊的電性能要求，而且還可以采用環(huán)氧多層板相同的壓制工藝。
????復(fù)合聚四氟乙烯多層板的壓制工藝因使用的材料不同而不同，環(huán)氧半固化片復(fù)合的聚四氟乙烯多層板層壓的工藝參數(shù)與常規(guī)多層板一樣，典型值為：溫度173℃，壓力20~30Kg／cm2，時(shí)間90min，150℃下后固化4小時(shí)。
????2．2 機(jī)加工
????2．2.1 鉆孔
????通常機(jī)械加工參數(shù)的確定取決于以下因素：材料的類型(編織的、不編織的或陶瓷填充的等)，板厚孔徑比、基材的含膠量、鉆頭的幾何參數(shù)等。玻璃布增強(qiáng)的聚四氟乙烯基材是眾多聚四氟乙烯板材中最常用的一種，同時(shí)也是機(jī)加工最麻煩的材料。FR—4板材本身的硬度對(duì)玻璃纖維束起到了支撐的作用，能防止纖維束被鉆頭推入基材中。而聚四氟乙烯樹脂比較柔軟，當(dāng)鉆頭不夠鋒利或切削速度不當(dāng)時(shí)，不但會(huì)產(chǎn)生鉆污、毛刺及造成纏刀，而且玻璃纖維束還可能嵌入基材中或造成纖維的撕裂，導(dǎo)致金屬化孔內(nèi)的空洞。
????通常FR—4印制板使用的頂角為130°的硬質(zhì)合金鉆頭，完全適用于聚四氟乙烯覆銅板或復(fù)合聚四氟乙烯多層板，鉆孔應(yīng)使用新的鉆頭，一般不應(yīng)使用翻磨過的鉆頭，每1，000~2，000孔換鉆頭。鉆?1．0mm孔的進(jìn)給和轉(zhuǎn)速的典型值分別為：41mm／sec和37，000RPM，退鉆速度為750in／min。按照經(jīng)驗(yàn)，采用較低的進(jìn)給和轉(zhuǎn)速能得到較好的鉆孔質(zhì)量，但還應(yīng)綜合考慮孔徑大小、基材的含膠量以及是否纏刀等。上墊板可采用0．3~0．5mm厚的酚醛紙板，下墊板可采用2．3~3．2mm厚的酚醛纖維板。聚四氟乙烯覆銅板鉆孔時(shí)常常發(fā)生纏刀的情況，應(yīng)注意觀察每種孔徑的纏刀情況，適當(dāng)調(diào)整吸塵水平和退鉆速度。高質(zhì)量的鉆孔應(yīng)沒有鉆污，并且板子兩面的毛刺都非常小?？傊趦?yōu)化了鉆孔的進(jìn)給、轉(zhuǎn)速、退鉆速度、壓腳的壓力、吸塵水平以及適當(dāng)?shù)纳舷聣|板后，完全可以取消去毛刺工序。??
????2．2. 2 外形銑??
????復(fù)合聚四氟乙烯多層板外形銑的典型工藝參數(shù)為：進(jìn)給為60mm／sec，轉(zhuǎn)速為20，000RPM，上墊板為0．3~0．5mm厚的酚醛紙板，下墊極為2．3~3．2mm厚的酚醛纖維板，反時(shí)針方向銑，根據(jù)印制板的厚度選擇1~4塊的疊層。聚四氟乙烯板材的外形銑經(jīng)常產(chǎn)生毛邊，要避免毛邊除調(diào)整工藝參數(shù)外，正確的疊板方法也很重要(見圖2)。外形銑后的印制板應(yīng)表面清潔、邊緣無明顯的熔化毛邊，否則應(yīng)用鋒利的刀子刮去，注意不要削掉基材和邊緣的銅箔，微波電路對(duì)導(dǎo)線和外形的精度要求十分嚴(yán)格。
????2．3 去鉆污、凹蝕及孔化
????聚四氟乙烯屬于非極性分子并且具有特殊的憎水性，憎水性造成材料本身不易潤(rùn)濕，這就給去鉆污及凹蝕孔化帶來相當(dāng)大的難度。處理方法通常有兩種，第一種采用等離子體處理，第二種采用化學(xué)溶液處理。前者需要專用設(shè)備，后者比較容易，成本低，但效果稍差。我們對(duì)這兩種方法都進(jìn)行了研究。
????2.3．1 等離子體處理??
采用專用的等離子體設(shè)備處理，具體工藝參數(shù)如表1所示。
表1 復(fù)合聚四氟乙烯板等離子體處理的典型參數(shù)
第一階段??第二階段??第三階段
N2%??100??0??0
O2%??0??85~90??100
CF4%??0??10~15??0
系統(tǒng)壓力（mTorr）??250??250??250
功率（KW）??3.5??3.5??3.5
溫度（℃）??~40??40~110??40~110
時(shí)間（min）??5??15~40??5
????通過等離子體處理之后，既可以清除孔壁鉆污及凹蝕，同時(shí)還可以達(dá)到改善聚四氟乙烯表面的電性和分子改性的目的，從而使聚四氟乙烯多層板的孔壁能較好的被后續(xù)孔化溶液所潤(rùn)濕，從而達(dá)到最佳的孔化效果。
????2．3．2 化學(xué)溶液處理
首先需要采用普通剛性多層板洗孔用堿性高錳酸鉀系列溶液清洗鉆污，然后采用我中心研制的專用敏化和粗化溶液處理。未經(jīng)處理的聚四氟乙烯基材按常規(guī)的孔金屬化工藝孔化后，通過檢孔鏡我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：不但純聚四氟乙烯基材上無法沉銅，暴露在孔壁的玻璃纖維頭和玻璃纖維束上也無法沉積上化學(xué)鍍銅層。通過多次返工偶爾沉上銅也出現(xiàn)銅層剝落的現(xiàn)象，結(jié)合力不強(qiáng)。為了玻璃纖維表面粗化提高其表面潤(rùn)濕性，我們開發(fā)了一種新型的粗化處理溶液。為了驗(yàn)證粗化效果，我們進(jìn)行了一組對(duì)比試驗(yàn)。
表2 粗化處理對(duì)孔金屬化的影響
工藝路線??孔化后效果??不粗化??粗化
孔壁玻璃纖維上有無空洞??大量空洞??無
有無銅層剝落??有??無
????通過新型粗化溶液處理后，效果十分明顯。不僅消除了玻璃纖維上的沉銅空洞，而且增加了化學(xué)鍍銅層與孔壁的結(jié)合力，未發(fā)現(xiàn)化學(xué)鍍層剝落的現(xiàn)象。這是由于粗化能使玻璃纖維表面產(chǎn)生微觀粗化，有利于化學(xué)鍍前處理溶液的潤(rùn)濕，有利于吸附活化劑，從而有利于化學(xué)鍍銅。
新型的粗化處理溶液的組成及工藝條件如下：
??NH4HF??10—20g/l
??H2SO4(98％)??100ml/L
??35℃-40℃??1~1．5min
????粗化采用H2SO4，避免使用HCl，這是由于隨著處理溶液中銅濃度的增加，銅離子和CL建立起CuCl2蝕刻體系，隨Cu離子濃度的增加對(duì)Cu的腐蝕速度呈現(xiàn)加快的趨勢(shì)。如圖3所示。
????采用H2SO4體系減少了Cu的積累，從而延長(zhǎng)了粗化液的壽命，并可防止聚四氟乙烯多層板產(chǎn)生負(fù)凹蝕和粉紅圈。粗化不能太長(zhǎng)，否則易引起玻璃纖維頭產(chǎn)生芯吸現(xiàn)象，很容易在孔化時(shí)殘存溶液，使金屬化孔的可靠性下降。但粗化時(shí)間也不能太短，否則不能起到粗化的效果。
????粗化處理基本上解決了孔壁暴露的玻璃纖維部分的粗化和潤(rùn)濕問題，而對(duì)純聚四氟乙烯部分效果不明顯。還需要對(duì)這部分采取特殊的潤(rùn)濕處理。根據(jù)多年積累的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和大量試驗(yàn)工作，我們采用新型潤(rùn)濕處理溶液，該溶液不含任何表面活性劑，是一種無機(jī)鹽的酸性溶液。通過其潤(rùn)濕處理后，聚四氟乙烯表面的親水性明顯好轉(zhuǎn)，極易清洗，不會(huì)在孔壁產(chǎn)生任何影響鍍層結(jié)合力的殘余物。就潤(rùn)濕處理效果我們進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。
從表2可以看出該潤(rùn)濕處理能明顯改善孔金屬化效果，提高孔化的一次合格率。
表3??潤(rùn)濕處理對(duì)聚四氟乙烯基材孔金屬化的影響
工藝路線??孔徑??未經(jīng)潤(rùn)濕處理??潤(rùn)濕處理
?0.6??良-中??優(yōu)-良?? ? 1.2??優(yōu)-良??優(yōu)?? ? 3.2??優(yōu)-良??優(yōu)
為了比較化學(xué)溶液處理工藝、等離子體處理以及常規(guī)化學(xué)鍍銅前處理工藝對(duì)聚四氟乙烯基材孔金屬化的效果，我們進(jìn)行一組對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如下表4。通過表4可以發(fā)現(xiàn)采用這種新型的前處理工藝完全可以達(dá)到或接近等離子體處理的效果。
表4??不同處理方法聚四氟乙烯基材孔金屬化的效果
工藝路線??孔徑??常規(guī)化學(xué)鍍銅前處理工藝??新型前處理工藝??等離子體處理
?0.6??差??優(yōu)-良??優(yōu)?? ? 1.2??差??優(yōu)??優(yōu)?? ? 3.2??差??優(yōu)??優(yōu)
??2.4 熱應(yīng)力試驗(yàn)
由于聚四氟乙烯基材的熱膨脹系數(shù)隨介電常數(shù)的減小而增大(見表5)，某X和Y方向的膨脹因受到玻璃布的控制和環(huán)氧基材相近，但是Z方向的熱膨脹卻遠(yuǎn)大于環(huán)氧多層板。制造高頻微波用聚四氟乙烯多層板一般使用ε＞2．75的聚四氟乙烯基材，Z方向的熱膨脹較大，需要嚴(yán)格控制鍍銅工藝，確保電鍍銅的高延展性和抗拉強(qiáng)度。為了試驗(yàn)復(fù)合聚四氟乙烯多層印制板金屬化孔的可靠性，我們按印制板測(cè)試方法國(guó)標(biāo)GB／T××××(等效IEC326—2)的9.2.6節(jié)的要求進(jìn)行熱應(yīng)力試驗(yàn)。試驗(yàn)后未發(fā)現(xiàn)基材分層起泡等現(xiàn)象，作顯微剖切未發(fā)現(xiàn)金屬化孔分離或斷裂。如圖4所示。
表5 聚四氟乙烯覆銅板的熱膨脹系數(shù)及應(yīng)用范圍
聚四氟乙烯基材介電常數(shù)??Z-方向的熱膨脹系數(shù)（PPM/℃）??XY-方向的熱膨脹系數(shù)（PPM/℃）??蝕刻掉銅后基材尺寸的變化（PPM）??應(yīng)用頻率（GHz）??適于制作的多層板的層數(shù)??與基材的結(jié)合力
2.95~3.2??70??9??200~400??0.1~15??1-5??好
2.75~2.95??70??9??220~400??0.1~15??1-10??好
2.45~2.65??140??12??400~600??0.8~35??1-4??一般
2.17~2.40??300??20??400~800??0.8~110??1-2??差
環(huán)氧4.7??215??16??<1??無層數(shù)限制??好
??三 結(jié)論
????環(huán)氧復(fù)合多層板與普通環(huán)氧玻璃布多層板相比，能提高信號(hào)的傳輸速度，減小印制板的尺寸，特別適用于時(shí)鐘頻率高于100MHz的工作站、芯片以及測(cè)試板和無線通訊等。同時(shí)在電路設(shè)計(jì)方面，它還能將數(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多層板的過程中，應(yīng)嚴(yán)格按工藝要求操作，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。以上內(nèi)容是我們?cè)谘芯块_發(fā)和生產(chǎn)過程中總結(jié)出的一些經(jīng)驗(yàn)，供同行參考，不對(duì)之處多提寶貴意見。