混合介质多层板制造技术研究

    【集萃网观察】一、前言

　　随着现代通讯技术的迅速发展，对印制电路板制造的需求已不满足于单一介质多层印制电路板的生产，对混合介质多层印制电路板制造的需求越来越明显。同时，在国外和国内少数印制电路板专业制造企业中，混合介质多层印制电路板的制造正处于方兴未艾的发展阶段，受到越来越多企业的关注。

　　至于本文所提及之混合介质多层印制电路板的制造技术研究，则主要是针对传统FR-4覆铜板材料和通讯经常选用的聚四氟乙烯介质覆铜板材料的混合电路多层制造。

　　其中，聚四氟乙烯类多层微波印制电路板制造技术研究，主要集中解决微波多层印制基板制造技术中的特性阻抗控制技术、多层微波基板层间互联制造技术等关键技术问题。通过突破关键技术，确定多层微波印制电路板制造技术和层压制造工艺。

　　论及混合介质多层印制电路板的制造，除了各自介质材料的制造及层间多层化结合以外，还将不可避免的面临一个两种不同介质材料间的稳定可靠结合问题。

　　微波类覆铜板介质基板材料的生产商，主要有美国Rogers公司、美国ARLON公司和美国TACONIC公司等。其中，美国Rogers公司生产的RT/Duroid系列、TMM系列和RO系列微波基材板逐步得到应用，主要有玻璃纤维增强聚四氟乙烯覆铜板、陶瓷粉填充聚四氟乙烯覆铜板和陶瓷粉填充热固性树脂覆铜板，虽然价格昂贵，但它优异的介电性能和机械性能仍较国产微波印制电路板基材拥有相当大的优势。美国ARLON公司，在今年以来，秉承服务于用户的经营理念，从设计源头抓起，大有奋起直追之态势，正以前所未有之发展速度攻城掠地，迅速强占有利地位，其CLTE及CLTE-XT等介质材料为显著代表。

　　众所周知，无论何种形式多层板的制造实现技术，基本离不开层压实现所发挥重要作用的粘结片材料。目前，包括美国ROGERS公司、美国ARLON公司和美国TACONIC公司在内，均有针对其不同类型微波介质基板材料，实现多层板制造的半固化片材料提供。除此以外，尚有多家公司提供的半固化片材料，可用于层压制造。

　　从粘结片材料来看，纯微波多层印制电路板的制造将不会是问题，相对来说，针对混合介质多层印制电路板的制造，将需一个持续探索和研究的过程。

　　本文所介绍的将是选用GORE公司的SPEEDBO-ARD C半固化片材料，尝试开展聚四氟乙烯树脂介质体系和环氧树脂介质体系的混合多层板制造研究。具体而言，通过选用来自Rogers公司的RT/duroid 6002板材、传统的FR-4板材和GORE公司的SPEEDBOARD C半固化片材料，实施混合介质多层板的制造。

　　二、混合介质多层板层压制造用材简介

　　2.1 ROGERS公司RT/duroid 6002覆铜箔层压板

　　本次所进行的一种陶瓷粉填充、玻璃短纤维增强的聚四氟乙烯（PTFE)微波多层印制电路板的制造研究，是选用的美国Rogers公司生产的RT/duroid 6002板材，它具有以下显著特点：

　　（1）卓越的高频低损耗特性；

　　（2）严格的介电常数和厚度控制；

　　（3）极佳的电气和机械性能；

　　（4）极低的介电常数热系数；

　　（5）与铜相匹配的平面膨胀系数；

　　（6）低Z轴膨胀；

　　（7）低的逸气性，是空间应用的理想材料。

　　由于具有上述之种种优点，目前该种高频介质材料广泛应用于以下诸方面：

　　（1）相列天线；

　　（2）地面和机载雷达系统；

　　（3）全球定位系统天线；

　　（4）大功率底板；

　　（5）高可靠性复杂多层线路；

　　（6）商业用航空防撞系统。

　　2.2 GORE公司SPEEDBO-ARD C半固化片

　　Speedboard C半固化片材料，可被用于微波多层板的制造。它通常使用标准的热固化工艺，而不是使用经常用于PTFE微波线路板的熔融键合处理工艺。该半固化片的性能指标。

　　三、混合介质多层板制造简介

　　鉴于SPEEDBOARD C半固化片材料的特性，在选用其进行多层印制电路板层压制造时，将优先选用真空层压技术。并注意以下各点：

　　（1）真空层压运用时，应在加热前预先抽真空大于十分钟；

　　（2）确保在半固化片融化前施全压；

　　（3）全压压力应大于300PS；

　　（4）热压结束后，须即时将热压板转置冷压机中，在保持压力的情况下进行冷压操作，直至板温降低到120℃以下。

　　此外，选用SPEEDB-OARD C半固化片进行层压制造时，可分为低Tg层压技术和高Tg层压技术。

　　3.1 低Tg层压技术

　　典型的低Tg层压过程，其控制的关键技术指标。

　　3.2 高Tg层压技术

　　典型的高Tg层压过程，其控制的关键技术指标。

　　四、混合介质多层板的层压制造研究

　　4.1 SPEEDBOARD C半固化片的低Tg层压制造

　　对于微波多层印制电路板制造来说，层压制造的实施可靠性，将直接关系到最终微波多层印制电路板的质量。其中，需特别注重的是，层压过程中各个阶段升温速率的控制。

　　实际层压时，为了更好地控制升温速率，可通过热电偶温度测量仪，全程对待压板内温度进行监控测量。

　　4.2 SPEEDBOARD C半固化片的高Tg层压制造

　　五、讨论

　　5.1 层间结合力问题

　　众所周知，多层印制电路板的制造，首先与所选择粘结材料的特性有关；其次，层压过程各相关工艺参数的优化也很重要。

　　鉴于聚四氟乙烯介质面与FR-4介质面结合之图形设计要求之差异，还需有针对性的进行层压前的相关表面前处理工作。

　　通过此次选用GORE公司的SPEEDBOARD C半固化片材料进行混合介质多层板的制造技术研究，获得下列几点经验总结：

　　（1）针对粘结面为大面积聚四氟乙烯介质情况，为确保能够获得理想的层间结合力，需有针对性的进行等离子表面活化处理；

　　（2）对于线路铜表面，特别是大面积铜表面，为确保能够获得理想的层间结合力，需有针对性的进行铜表面的黑化处理；

　　（3）对于非上述情况之大面积聚四氟乙烯介质间相互粘结、大面积聚四氟乙烯介质与大面积铜表面相互粘结，或大面积铜表面间相互粘结，可适当降低表面前处理要求，有时对于图形设计相对均匀之混合介质多层印制电路板，可免去针对聚四氟乙烯介质表面的等离子处理和针对铜表面的黑膜氧化处理，直接实施层压制造。

　　大面积聚四氟乙烯介质间相互粘结和大面积聚四氟乙烯介质与大面积铜表面相互粘结的层间结合情况。

　　至于本次研究内容，聚四氟乙烯介质与FR-4环氧树脂介质之结合，通过选择采用GORE公司的SPEEDBOARD C半固化片材料，在多次层压试验的基础上，也获得了较为满意的粘合效果。

　　5.2 孔金属化制造问题

　　对于混合介质多层印制电路板孔金属化制造来说，由于涉及到聚四氟乙烯介质材料、环氧树脂介质材料和SPEEDBOARD C半固化片材料，必须从多方面着手，进行有效过程工艺和质量控制，方可获得满意的孔金属化效果。

　　（1）数控钻孔控制

　　对于聚四氟乙烯介质材料、环氧树脂介质材料各自介质印制电路板的数控钻孔操作，想必相关制造企业已有一定经验。但选用SPEEDBOARD C半固化片材料进行多层印制电路板的制造后，GORE公司有针对性的给出了一个数控钻孔控制工艺参数。

　　（2）孔壁处理

　　对于纯FR-4多层印制电路板孔金属化制造来讲，目前业界已有相当成熟之处理经验，即于孔金属前，进行碱性高锰酸钾孔壁凹蚀处理。而对于纯聚四氟乙烯介质多层印制电路板孔金属化制造来讲，各相关企业也具有了一定的应对手段，例如干法制程的等离子处理技术，或湿法制程的钠萘溶液（或相关其他商业处理溶液)处理技术。

　　针对此次混合介质多层印制电路板制造技术研究，由于有聚四氟乙烯介质和环氧树脂介质贯穿于整个金属化孔，所以，必须采用上述应对两种不同介质的处理技术，并加以结合，方可成功实现孔金属化制造效果。

　　具体实施时，必须根据各制造企业制程设置之相应特点，例如，可在对待加工多层板进行等离子处理的基础上，选用碱性高锰酸钾溶液进行进一步的处理，然后进行孔金属化相应制程的制作。

　　至于等离子设备，采用的是我所工艺部研制生产的水平式等离子处理设备。

　　5.3 混合介质多层印制电路板可靠性问题

　　对于多层印制电路板制造而言，用户对最终产品可靠性的要求日渐提升。通常，必须满足热应力试验条件下的可靠性测试。为此，此次混合介质多层板制造技术研究，有针对性的进行了金属化孔板的热应力试验，并制作了金相切片，将热应力试验前后的金属化孔孔壁状况进行对比。

　　六、结论

　　混合介质多层印制电路板的制造，随着通讯市场发展需求之日渐提升，正呈现越来越多之态势。对于混合介质多层印制电路板制造而言，尽管过去未曾涉及，但可在传统FR-4多层印制电路板制造的经验基础上，利用现有多层印制电路板层压制造设备，在充分考虑层间定位方式的前提下，有针对性地进行摸索。相信在不久的将来，会为广大印制电路板制造业界朋友所运用，成为一个新的加工亮点，完全满足客户的需求。

来源：greattong