高頻微波PCB制造工藝

1、2022-3-高頻基材及其PCB產(chǎn)品制造技術(shù)簡(jiǎn)介 目目 錄錄高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)導(dǎo)線粗糙度和CCL的要求傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的局限性高頻PCB基材的種類和特點(diǎn)高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向高頻PCB制造工藝技術(shù)探討高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景 高頻顧名思義指頻率相對(duì)較高，一般指頻率高頻顧名思義指頻率相對(duì)較高，一般指頻率300MHz (300MHz (即波長(zhǎng)即波長(zhǎng)1m)1m)的頻的頻帶，即指通常的無(wú)線電頻率帶。而頻率帶，即指通常的無(wú)線電頻率帶。而頻率1GHz 1GHz 的電磁波稱作微波。的電磁波稱作微波。Typical frequen

2、cies for wireless applications: Current mobile: 0.9GHz - 2GHz 3G systems: 2.5GHz Bluetooth: 2.5GHz GPS: 12.6GHz LMDS: 24GHz and 40GHz Automotive: 77GHz高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景MARKET無(wú)線通訊無(wú)線通訊基站、天線基站、天線放大器放大器RFID消費(fèi)電子消費(fèi)電子軍工產(chǎn)品軍工產(chǎn)品高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景3G多功能無(wú)線高頻高速高頻材料高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸

3、高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景高頻高頻( (微波微波) )印制板即指在高頻印制板即指在高頻( (微波微波) )基材覆銅板上基材覆銅板上加工制造成的印制板，目前常見(jiàn)的類型有：加工制造成的印制板，目前常見(jiàn)的類型有：雙面板；多層板；雙面板；多層板；混合結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)：包括高性能特殊板材、包括高性能特殊板材、P P片片+ +普通性能板普通性能板材及材及P P片混壓結(jié)構(gòu)板：片混壓結(jié)構(gòu)板：高頻基材高頻基材+ +普通普通FR4FR4基材的混合型多層板；基材的混合型多層板；高頻基材高頻基材+ +金屬基的高頻金屬基印制板。金屬基的高頻金屬基

4、印制板。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景雙面板；多層板雙面板；多層板高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景高頻基材高頻基材+ +普通普通FR4FR4基材的混合型多層板基材的混合型多層板高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景高頻基材高頻基材+ +金屬基的高頻金屬基印制板。金屬基的高頻金屬基印制板。對(duì)于微波PCB的高速、高頻化的特性，主要通過(guò)兩方面的技術(shù)途徑：（1）使這種發(fā)展成為高密度布線微細(xì)導(dǎo)線及間距、微小孔徑、薄形以及導(dǎo)通、絕緣的高可靠性。這樣可以進(jìn)一步縮短信號(hào)傳輸?shù)木嚯x，以減少它在傳輸中的損失。（

5、2）采用具有高速、高頻特性的基板材料。這要求開展對(duì)這類基板材料比較深入的了解、研究工作找出并掌握準(zhǔn)確控制的工藝方法，以此來(lái)達(dá)到所選用的基板材料與的制造工藝、性能及成本要求能夠?qū)崿F(xiàn)合理匹配的目的。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸高頻材料的應(yīng)用背景高頻材料的應(yīng)用背景高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求由于PCB 基板的介質(zhì)層是由不同的介電常數(shù)物質(zhì)“復(fù)合”而組成的，因此組成和結(jié)構(gòu)不同，其介質(zhì)層的介電常數(shù)是不同的。 世間的所有物質(zhì)都存在著介電常數(shù)，只是介電常數(shù)值大小不同而已。介電常數(shù)又可稱為電容率，它表征著電介質(zhì)在外界電場(chǎng)作用下電極化性質(zhì)的一個(gè)物理量。 用于高頻化和高速數(shù)字化信號(hào)傳輸

6、的PCB 介質(zhì)層，不僅單純起著導(dǎo)體之間的絕緣層作用，而且更重要地是起著“特性阻抗”作用，還影響著信號(hào)的傳輸速度、信號(hào)衰減和發(fā)熱等問(wèn)題。相對(duì)介電常數(shù)：高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求介介電電常數(shù)常數(shù)高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求高頻線路中的信號(hào)傳播高頻線路中的信號(hào)傳播高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求 高頻線路中的信號(hào)傳播速度公式：高頻線路中的信號(hào)傳播速度公式： 降低降低DkDk，有利于提高信號(hào)的傳播速度。，有利于提高信號(hào)的傳播速度。V V：信號(hào)傳播速度；：信號(hào)傳播速度；K K：常數(shù)；：常數(shù)；C C：真空中的光速；：真空中的光速；

7、DkDk：基板的介電常數(shù)。：基板的介電常數(shù)。kDCKV高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求 可以看出，基板介電常數(shù)越低，信號(hào)傳播得越快，因此要得到高的信號(hào)傳輸速率，就必須研究開發(fā)低而均勻的介電常數(shù)基板材料。 由于C C L 中的介質(zhì)層是玻纖布、樹脂等組成的復(fù)合材料，其組成和結(jié)構(gòu)等因素決定了各處的介電常數(shù)值是不同的。因此，信號(hào)在介質(zhì)層中的傳輸速度是在變化著，其變化程度是取決于各處的介電常數(shù)值的波動(dòng)程度。 要在P C B 導(dǎo)線中獲得穩(wěn)定速度的傳輸信號(hào)，如采用薄型結(jié)構(gòu)的扁平式的玻纖布、結(jié)構(gòu)和樹脂與無(wú)機(jī)填料等來(lái)獲得均勻性好的介質(zhì)層，使各處的介電常數(shù)值趨于一致性，才能使高頻化和高速數(shù)字

8、化的信號(hào)傳輸速度波動(dòng)小。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求介介質(zhì)層質(zhì)層的介的介電電常數(shù)常數(shù)對(duì)對(duì)特性阻抗的影響特性阻抗的影響由于在信號(hào)傳輸?shù)碾娐分械膶?dǎo)體與地層之間存在著電感（L ）、電容（C ）、電阻（R ）和電導(dǎo)（G ），從而形成了分布常數(shù)，并決定了特性阻抗值（Z r ），如下式所示：式中的j 為（-1）1/2，角頻率w=2f如果特性阻抗值（Z0 ）發(fā)生變化，則傳輸信號(hào)便發(fā)生改變，這種信號(hào)改變的結(jié)果便導(dǎo)致信號(hào)“反射”、“駐波”而形成失真（噪聲）等?？梢哉f(shuō)信號(hào)傳輸過(guò)程各處產(chǎn)生的信號(hào)“反射”、“駐波”的大小是由該處的特性阻抗值（Zr ）與控制（要求）特性阻抗值（Z0）之差來(lái)決定

9、的。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求介介質(zhì)層質(zhì)層的介的介電電常數(shù)常數(shù)對(duì)對(duì)特性阻抗的影響特性阻抗的影響PCB中兩款常見(jiàn)的微帶線結(jié)構(gòu)和帶狀線結(jié)構(gòu)的特性阻抗示意圖及其中兩款常見(jiàn)的微帶線結(jié)構(gòu)和帶狀線結(jié)構(gòu)的特性阻抗示意圖及其關(guān)系式如下：關(guān)系式如下：H 介質(zhì)層厚度；Ln 自然對(duì)數(shù)；W 導(dǎo)線（體）寬度；T 導(dǎo)線（體）厚度。我們已經(jīng)知道介電常數(shù)變化對(duì)特性阻抗值的變化。因此在生產(chǎn)P C B 過(guò)程中對(duì)介質(zhì)層的介電常數(shù)和厚度的變化情況和結(jié)構(gòu)必須給于充分的注意與合適的選擇，才能獲得客戶滿意要求。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求介質(zhì)損耗高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CC

10、L的要求的要求介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗 (tan、Df)亦稱損耗因子、介質(zhì)損耗角正切。一般定義有：絕緣材料或電介質(zhì)在交變電場(chǎng)中，由于介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)，使電介質(zhì)內(nèi)流過(guò)的電流相量和電壓相量之間產(chǎn)生一定的相位差，即形成一定的相角，此相角的正切值即為損耗因子Df，由介質(zhì)電導(dǎo)和介質(zhì)極化的滯后效應(yīng)引起的能力損耗叫做介質(zhì)損耗。DfDf越高，滯后效應(yīng)越明顯。越高，滯后效應(yīng)越明顯。 高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求PCB上的信號(hào)傳輸損失與基板材料性質(zhì)的關(guān)系導(dǎo)體電路上的傳輸損失中的介質(zhì)損失主要是受到基板材料絕緣層的介電常數(shù)（r）、介質(zhì)損失因數(shù)（tan）所支配的。對(duì)傳輸損失的影響與

11、r、tan的大小成正比，并與介質(zhì)工作時(shí)的頻率大小相關(guān)。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求隨著頻率增加，基板中的損耗不能再忽略不計(jì)，信號(hào)的傳播損耗或衰減可以表示成：式中： Ad信號(hào)傳播衰減，單位為dB/m； r基板的介電常數(shù)； tan基板的介質(zhì)損耗因數(shù)或Df； f 頻率CCL 中介質(zhì)損耗（ad）的影響高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求介質(zhì)損耗（ad ）大小就意味著信號(hào)傳輸?shù)乃p程度，這種信號(hào)傳輸?shù)乃p往往是產(chǎn)生熱而消耗，信號(hào)衰減和熱耗必然隨著高頻化和高速數(shù)字化的信號(hào)傳輸而迅速增加。因此，對(duì)于高頻化和高速數(shù)字化的信號(hào)傳輸來(lái)說(shuō)，介質(zhì)損耗（ad ）越小越好，因此

12、要求C C L 的介質(zhì)層的介質(zhì)損耗（ad ）、介電常數(shù)、特別是介質(zhì)損耗角正切越小越好。當(dāng)然，在P C B 板中的總損耗（a）是導(dǎo)電損耗（ac）和介質(zhì)損耗（a d）之和。a = ac + ad這就是PCB 在使用過(guò)程中內(nèi)部產(chǎn)生（除了元器件發(fā)熱和傳導(dǎo)熱外）熱的根本原因。CCL 中介質(zhì)損耗（ad）的影響在高頻化和高速數(shù)字化的信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，介質(zhì)厚度主要是影響串?dāng)_（噪音）、特性阻抗值（Z 0 ）和絕緣性能。1）在確定線寬/ 間距（L / S ）下，介質(zhì)厚度太厚時(shí)，便會(huì)發(fā)生串?dāng)_（噪音），程度將隨著厚度增加而嚴(yán)重化，因此必須選擇合適的厚度。2）串?dāng)_（噪音）的影響將隨著線寬/ 間距（L / S ）的縮小或

13、隨著PCB 高密度化的持續(xù)發(fā)展和傳輸信號(hào)的高頻化和高速數(shù)字化的發(fā)展要求介質(zhì)厚度必須不斷薄型化。3）串?dāng)_（噪音）的影響將隨著傳輸信號(hào)的高頻化和高速數(shù)字化的發(fā)展而嚴(yán)重化，這是因?yàn)楫a(chǎn)生的串?dāng)_（噪音）的頻率（單位時(shí)間內(nèi)的次數(shù)）的累計(jì)而明顯增加了。CCL 中介質(zhì)厚度對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懜咚俑哳l信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求CCL 中介質(zhì)厚度對(duì)特性阻抗的影響高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)對(duì)CCL的要求的要求 介質(zhì)層厚度（H ）對(duì)特性阻抗值的影響主要表現(xiàn)在厚度大小、組成和厚度均勻性方面：1.介質(zhì)層厚度（H ）的增加，特性阻抗值呈“5.98 倍自然對(duì)數(shù)”增加著，這是影響特性阻抗值的主要因素。2

14、.介質(zhì)層厚度（H ）結(jié)構(gòu)、組成和厚度的均勻性和波動(dòng)變化程度影響著特性阻抗值。如在相同厚度的介質(zhì)層下，分別由106、1080、2116 或7628 等與樹脂組成的介質(zhì)層，其特性阻抗值是不相同的。因此可以理解PCB 各個(gè)介質(zhì)層中各處的特性阻抗值是不一樣的。所以，在高頻化和高速數(shù)字化的信號(hào)傳輸?shù)腜CB 產(chǎn)品，應(yīng)該選擇薄型玻纖布或開纖扁平M S ）布為宜，可以減小特性阻抗值的波動(dòng)。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求CCL 中銅箔表面粗糙度的影響為了提高C C L 中不同材料介面之間的結(jié)合力、耐熱性和減少滑動(dòng)而引起的內(nèi)應(yīng)力集中，大多采用在C C L 中樹脂（或介質(zhì)層）與

15、銅箔接合的介面進(jìn)行粗糙化處理，可增加與樹脂接觸“比表面積”來(lái)達(dá)到目的。與樹脂接觸的銅箔表面處理后的粗糙度如下表1示。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求CCL 中銅箔表面粗糙度的影響1.隨著信號(hào)傳輸高頻化和高速數(shù)字化的發(fā)展，趨膚效應(yīng)已經(jīng)越來(lái)越大地影響著信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量和可靠性，其信號(hào)傳輸厚度（d ）的關(guān)系式如公式2. 趨膚效應(yīng)是指信號(hào)的頻率傳輸越快，信號(hào)傳輸就越來(lái)越接近導(dǎo)體的表面。高頻化的趨膚效應(yīng)。越來(lái)越嚴(yán)重，傳輸信號(hào)損失越來(lái)越大。隨著信號(hào)傳輸頻率的提高，其在導(dǎo)體內(nèi)傳輸厚度嚴(yán)重性如下表所示。高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求CCL

16、 中銅箔表面粗糙度的影響當(dāng)信號(hào)傳輸頻率在500 MHZ時(shí)，其信號(hào)在導(dǎo)線表面的傳輸厚度為3mm ，CCL 銅箔底部粗糙度為3mm5mm 時(shí)，信號(hào)傳輸僅在粗糙度的厚度范圍內(nèi)進(jìn)行；當(dāng)信號(hào)傳輸頻率提高到1GHZ時(shí)，其信號(hào)在導(dǎo)線表面的傳輸厚度為2.1mm 左右，當(dāng)然其信號(hào)傳輸更是在粗糙度的厚度 范圍內(nèi)進(jìn)行；當(dāng)信號(hào)傳輸頻率提高到10GHZ時(shí)，其信號(hào)在導(dǎo)線表面的傳輸厚度為0.7mm 左右，當(dāng)然其信號(hào)傳輸更是在粗糙度的厚度范圍內(nèi)進(jìn)行；當(dāng)傳輸信號(hào)僅在“粗糙度”的尺寸層內(nèi)進(jìn)行傳輸時(shí)，那么必然產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)“駐波”和“反射”等，使信號(hào)造成損失，甚至形成嚴(yán)重或完全失真。為了減小這種“失真”，需要更嚴(yán)格控制導(dǎo)線粗糙度。

17、高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求CCL 中銅箔表面粗糙度的影響高速高頻信號(hào)傳輸高速高頻信號(hào)傳輸對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求對(duì)導(dǎo)線粗糙度的要求信號(hào)損失的幾個(gè)組成因素傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的局限性基材應(yīng)用的局限性 傳統(tǒng)傳統(tǒng)PCBPCB基材多采用酚醛樹脂和環(huán)氧樹脂，目前應(yīng)用最廣泛的是?；亩嗖捎梅尤渲铜h(huán)氧樹脂，目前應(yīng)用最廣泛的是玻璃纖維環(huán)氧樹脂璃纖維環(huán)氧樹脂(FR-4)(FR-4)。此類。此類PCBPCB板可在低頻電子產(chǎn)品中很好使用，但在板可在低頻電子產(chǎn)品中很好使用，但在高頻電路中，傳統(tǒng)高頻電路中，傳統(tǒng)PCBPCB板基材樹脂的主要性能逐漸暴露出一些缺點(diǎn)：板基材樹脂的主要

18、性能逐漸暴露出一些缺點(diǎn)：基材樹脂DkDfCTE/(ppm/)吸水率/%Tg/,DSCx,y-axialz-axial1MHz先進(jìn)電子設(shè)備要求3.50.0115602.0180酚醛5.50.042.5120環(huán)氧4.70.0216602.2130酚醛環(huán)氧4.40.052.3130多官能團(tuán)環(huán)氧4.20.01514501.5180傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR-4基材的基材的Dk/Df較大且隨頻率變化明顯，信號(hào)傳輸損耗大，不適合高頻高速應(yīng)用。較大且隨頻率變化明顯，信號(hào)傳輸損耗大，不適合高頻高速應(yīng)用。 傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的局限性基材應(yīng)用的局限性傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的局限性基材應(yīng)用的局限性 采取不同固化體系的三種基材

19、采取不同固化體系的三種基材(Dicy(Dicy固化、固化、PNPN固化及非固化及非DicyDicy非非PNPN固化固化) )、時(shí)域分析測(cè)試線寬、時(shí)域分析測(cè)試線寬4mil4mil、線長(zhǎng)、線長(zhǎng)15inch15inch、傳送速率、傳送速率3.125Gbps3.125Gbps的的帶狀線的瞪眼圖如下：帶狀線的瞪眼圖如下：非非DICY非非PN固化基材的眼狀高度固化基材的眼狀高度(噪音容量噪音容量)最大；最大；PN固化體系基材的抖動(dòng)固化體系基材的抖動(dòng)(信號(hào)帶信號(hào)帶闊度闊度)最大。最大。Df對(duì)信號(hào)完整性傳輸影響很大，目前客戶對(duì)對(duì)信號(hào)完整性傳輸影響很大，目前客戶對(duì)Df尤為重視。尤為重視。傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的

20、局限性基材應(yīng)用的局限性 PN固化、固化、Filler的添加是對(duì)信號(hào)損失影響很大。的添加是對(duì)信號(hào)損失影響很大。傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的局限性基材應(yīng)用的局限性 CCL廠商對(duì)高頻材料進(jìn)行了長(zhǎng)期的改善。但出于廠商對(duì)高頻材料進(jìn)行了長(zhǎng)期的改善。但出于CCL的結(jié)構(gòu)組成，的結(jié)構(gòu)組成，不外乎下述幾種思路：不外乎下述幾種思路： 采取極性更低、采取極性更低、Dk/Df更小的樹脂體系；如進(jìn)行環(huán)氧樹脂的改性更小的樹脂體系；如進(jìn)行環(huán)氧樹脂的改性(聚苯醚改性環(huán)氧樹脂、氰酸酯改性環(huán)氧樹脂聚苯醚改性環(huán)氧樹脂、氰酸酯改性環(huán)氧樹脂)或換用其它樹脂或換用其它樹脂(聚聚四氟乙烯、聚苯醚和改性聚苯醚、氰酸酯樹脂四氟乙烯、聚苯醚和改性聚苯

21、醚、氰酸酯樹脂)。 采用采用Dk更低而且均勻性一致的玻璃布材料；如扁平式玻璃布等。更低而且均勻性一致的玻璃布材料；如扁平式玻璃布等。 為了減少肌膚效應(yīng)，采用低粗糙度的反轉(zhuǎn)銅箔等。為了減少肌膚效應(yīng)，采用低粗糙度的反轉(zhuǎn)銅箔等。傳統(tǒng)傳統(tǒng)FR4基材應(yīng)用的局限性基材應(yīng)用的局限性高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)通常的改性方法有：增加支鏈數(shù)，增大材料的自由體積，降低極性基團(tuán)的濃度；環(huán)氧樹脂中加入雙鍵結(jié)構(gòu)，使樹脂分子不易旋轉(zhuǎn)；或引入占有空間體積較大的基團(tuán)或高分子非極性樹脂等方法，降低極性基團(tuán)的含量，提高其介電性能。樹脂改性：樹脂改性：1.聚苯醚改性環(huán)氧樹脂 使用改性聚苯醚對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行改性，聚苯醚（P

22、PO）分子結(jié)構(gòu)中含有重復(fù)的苯環(huán)與醚鍵，且具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)，在大分子中沒(méi)有強(qiáng)極性基團(tuán)，電氣絕緣性能優(yōu)良，r只有2.45 PPO摻混改性環(huán)氧體系，提高改性環(huán)氧覆銅板的介電性能，達(dá)到降低r和tan的目的。高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)樹脂改性：樹脂改性：2.氰酸酯改性環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂在固化反應(yīng)過(guò)程中，可在交聯(lián)點(diǎn)間生成含有OH等極性基團(tuán)，它們對(duì)介質(zhì)的r和tan均有強(qiáng)烈影響。降低交聯(lián)點(diǎn)間極性基團(tuán)的濃度，可以降低tan。在不減少環(huán)氧樹脂體系交聯(lián)密度的前提下，降低體系中OH的含量。在樹脂體系中加入氰酸酯，可降低樹脂固化體系中OH的濃度，提高了體系固化物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，這也是PCB基板所需要的。高頻基

23、材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)樹脂改性：樹脂改性：3.聚四氟乙烯樹脂u聚四氟乙烯（PTFE）是一種超高分子量的聚合物，其分子結(jié)構(gòu)為四個(gè)完全對(duì)稱的取向氟原子中心連接一個(gè)碳原子，Dk只有2.0（1MHz），加上C-F鍵的鍵能很高，其耐熱性好。具有優(yōu)良的電氣性能、耐化學(xué)腐蝕、耐熱、吸水性低。高頻率范圍內(nèi)高頻率范圍內(nèi)DkDk、DfDf變化小，非常適用于作為高速數(shù)字化和高頻的基板材料。變化小，非常適用于作為高速數(shù)字化和高頻的基板材料。u在PTFE和玻璃纖維布組成的復(fù)合材料中，其Dk隨PTFE樹脂重量百分?jǐn)?shù)的增加而減少；Df隨樹脂含量增加顯著減少。高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)玻璃纖維改性：

24、玻璃纖維改性：u玻纖增強(qiáng)材料是復(fù)合材料中力學(xué)強(qiáng)度的主要承擔(dān)者，一般來(lái)說(shuō)其介電常數(shù)高于樹脂基體，又在復(fù)合材料中占有較高的體積含量，因此是決定復(fù)合材料介電性能的主要因素。u目前，世界各國(guó)生產(chǎn)玻璃纖維織物組成大體相同，其基礎(chǔ)成分都是SiO2、Al2O3 、CaO三元系統(tǒng)。常溫下構(gòu)成玻璃網(wǎng)絡(luò)的硅氧或硼氧、鋁氧骨架無(wú)弱聯(lián)系離子幾乎不導(dǎo)電。但是網(wǎng)絡(luò)中充填了堿金屬離子時(shí)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)在堿金屬離子處中斷，產(chǎn)生熱離子極化。這是影響玻璃介電性能的主要因素。u目前通常采用的是無(wú)堿玻纖E玻纖，其介電常數(shù)為 7.2（1 MHz），不能滿足高頻電路的要求。采用的辦法是混雜，除了E玻纖外，還有介電性能優(yōu)秀的D玻纖（Dk4.7，

25、1 MHz）和Q玻纖（Dk3.9，1 MHz），但是它們加工性能和成本較高，單獨(dú)使用并不合適。通過(guò)對(duì)不同品種的玻纖進(jìn)行合理的選配，要求既保證優(yōu)良的低介電性能、加工性能，又能很好地解決工業(yè)化生產(chǎn)的成本問(wèn)題。高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)調(diào)整調(diào)整PCB介質(zhì)布層：介質(zhì)布層：除了對(duì)基板本身材料的改性外，還可以通過(guò)改進(jìn)基板整體結(jié)構(gòu)，調(diào)整多層介質(zhì)的分布，改善其介電性能。合理調(diào)整多層介質(zhì)的分布，可以在減小成本的前提下提高基板的介電性能。u常用的四層混合介質(zhì)布層方法。其中，外層是Low Dk和Low Df的高頻介質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)可以很好的控制阻抗，信號(hào)損失約為FR4的10%，信號(hào)傳播速度比FR- 快10

26、%，可以使總成本降低25%。u四層混合介質(zhì)帶狀線布層，多用于數(shù)字電路。這種結(jié)構(gòu)除了上圖結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)外，還具有串音和電磁干擾更低的優(yōu)點(diǎn)。另外還可以在PCB的制造過(guò)程中控制阻抗，所以可以精確控制傳輸線的寬度，控制阻抗。但這種結(jié)構(gòu)通常只適用于具有更好的抗噪聲能力的數(shù)字電路，可以承受一定的阻抗不連續(xù)。簡(jiǎn)單列舉部分高頻材料如下：簡(jiǎn)單列舉部分高頻材料如下：高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)l 各種各種PCB常用材料的介電特性：常用材料的介電特性：PTFECE基板（熱固基板（熱固性氰酸脂樹脂）性氰酸脂樹脂）PPO基板（熱固性聚苯醚樹脂）基板（熱固性聚苯醚樹脂）BT

27、PI改性改性EP EP ；l 各種各種PCB常用材料的信號(hào)傳輸速度：常用材料的信號(hào)傳輸速度：PTFECEPPO改性改性EPBTPIEP；l PTFE具有優(yōu)良的電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是最適具有優(yōu)良的電性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，是最適用于微波通信和高速數(shù)字處理的高頻材料之一。用于微波通信和高速數(shù)字處理的高頻材料之一。高頻材料的性能比較：高頻材料的性能比較：高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)的高頻材料選擇：設(shè)計(jì)的高頻材料選擇：建議在PCB設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者選取板材考慮如下關(guān)鍵因素：（1）工作在1GHz以下的PCB可以選用FR4，成本低、多層壓制板工藝成熟。（2）工作在622Mb/s以上

28、的光纖通信產(chǎn)品和1G以上3GHz以下的，可以選用改性環(huán)氧樹脂材料，由于其介電常數(shù)比較穩(wěn)定、成本較低、多層壓制板工藝與FR4相同。以便于制作多層板且板材成本略高于FR4（高4分/cm2左右）。（3）3GHz以下的大信號(hào)微波電路如功率放大器和低噪聲放大器建議選用類似RO4350板材，RO4350介電常數(shù)相當(dāng)穩(wěn)定、損耗因子較低、耐熱特性好、加工工藝與FR4相當(dāng)。其板材成本略高于FR4（高6分/cm2左右）。（4）10GHz以上的微波電路如功率放大器、低噪聲放大器、上下變頻器等對(duì)板材要求更高，建議選用性能類似PTFE（美國(guó)/歐洲等多用）的板材，或FR4和高頻板組合粘接組成低成本、高性能層壓板。信號(hào)完整

29、性改善高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)的高頻材料選擇：設(shè)計(jì)的高頻材料選擇：無(wú)鹵FR-4（G1）標(biāo)準(zhǔn)FR-4高Tg FR-4（G1）IsolaFR408IS415松下MegtronIsolaGetek &Getek HRBT環(huán)氧無(wú)鹵FR-4（G2）Megtron 5N4000-13SIN4000-13IS620 IT200DKArlon11NLG200LLNelcoN4360N4000-12IS625HitachiLX67RogersRO4350Isola IS640Speedboard CMegtron 6Arlon FR25PTFETaconicRF35TLG30R

30、O3000RO4230RO4003Df0.020Tier 6Tier 5Tier 4Tier 3Tier 2Tier1高頻基材的種類和特點(diǎn)高頻基材的種類和特點(diǎn)PCB設(shè)計(jì)的高頻材料選擇：設(shè)計(jì)的高頻材料選擇：高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向?qū)Ω哳l基材及印制板的評(píng)估驗(yàn)證需綜合考慮：對(duì)高頻基材及印制板的評(píng)估驗(yàn)證需綜合考慮： 對(duì)于介電性能：對(duì)于介電性能： 需重點(diǎn)考究特性阻抗的高精度控制需重點(diǎn)考究特性阻抗的高精度控制 、不同測(cè)量方法間的、不同測(cè)量方法間的DfDf值值偏差：偏差： 不同測(cè)量方法對(duì)不同測(cè)量方法對(duì)DkDk影響很小，但影響很小，但DfDf的測(cè)量系統(tǒng)誤差很大。的測(cè)量系統(tǒng)誤差很大。 對(duì)于機(jī)

31、械加工：對(duì)于機(jī)械加工： 需研究層壓加工性能、鉆孔加工特性、除膠特定要求等。需研究層壓加工性能、鉆孔加工特性、除膠特定要求等。高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向 對(duì)于耐熱性能：對(duì)于耐熱性能： 高頻板材的線路結(jié)合力都比較差，需考究加工工藝特點(diǎn)、藥水高頻板材的線路結(jié)合力都比較差，需考究加工工藝特點(diǎn)、藥水與板材的匹配性，以提供板件耐熱性能。與板材的匹配性，以提供板件耐熱性能。 對(duì)于加工成本：對(duì)于加工成本：高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向高頻基材評(píng)估驗(yàn)證的方向1、基材要求嚴(yán)格：在PCB設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)根據(jù)實(shí)際阻抗的需要，選擇了指定的介電常數(shù)、介質(zhì)厚度、銅箔厚度，因此，在接受訂單時(shí)，要認(rèn)真核對(duì)，一定要滿足設(shè)計(jì)

32、要求。2、高頻板結(jié)構(gòu)：一般為節(jié)省成本，大多數(shù)商用高頻板都使用RF+FR4的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在制作過(guò)程中必須要防止翹板。2、傳輸線制作精度要求高： 高頻信號(hào)的傳輸，對(duì)于印制導(dǎo)線的特性阻抗要求十分嚴(yán)格，即對(duì)傳輸線的制作精度要求一般為1mil ，傳輸線的邊緣要非常整齊，不允許毛刺、缺口，也不能補(bǔ)線。3、鍍層均勻性要求高： 高頻微波板傳輸線的特性阻抗直接影響微波信號(hào)的傳輸質(zhì)量。而特性阻抗的大小與銅箔的厚度有一定的關(guān)系，特別對(duì)于孔金屬化的微波板，鍍層厚度不僅影響總的銅箔厚度，而且影響蝕刻后導(dǎo)線的精度，因此，鍍層厚度的大小及均勻性，要嚴(yán)格控制。4、機(jī)械加工方面的要求： 首先高頻微波板的材料與印制板的環(huán)氧玻璃布材

33、料在機(jī)加工方面有很大的不同；其次是高頻微波板的加工精度比印制板的要求高很多，一般外形公差為0.1mm（精度高的一般為0.05mm或者為0-0.1mm）。5、阻抗要求嚴(yán)格：特性阻抗的內(nèi)容，它是高頻微波板最基本的要求，不能滿足特性阻抗的要求，一切都是徒勞的。加工特點(diǎn)：加工特點(diǎn)：高頻微波板制造工藝技術(shù)高頻微波板制造工藝技術(shù) 線路缺陷嚴(yán)控：線路缺陷嚴(yán)控： 高頻印制板線路中傳送的不是電流，而是高頻電脈沖信高頻印制板線路中傳送的不是電流，而是高頻電脈沖信號(hào)，線路上的凹坑、銅瘤、缺口、針孔等缺陷均會(huì)影響傳號(hào)，線路上的凹坑、銅瘤、缺口、針孔等缺陷均會(huì)影響傳輸，頻率越高影響越大，任何這類小缺陷都是不允許的，輸，

34、頻率越高影響越大，任何這類小缺陷都是不允許的，絕對(duì)不允許線路開短路修理。絕對(duì)不允許線路開短路修理。 訊號(hào)線寬嚴(yán)控：訊號(hào)線寬嚴(yán)控： 高頻信號(hào)傳輸?shù)奶匦宰杩箍刂埔蠓浅?yán)格，線寬控制高頻信號(hào)傳輸?shù)奶匦宰杩箍刂埔蠓浅?yán)格，線寬控制公差不能再按公差不能再按20控制，最嚴(yán)已達(dá)控制，最嚴(yán)已達(dá)0.010mm。由于線。由于線路結(jié)合力不同，高頻板料蝕刻時(shí)需及時(shí)調(diào)整蝕刻參數(shù)或做路結(jié)合力不同，高頻板料蝕刻時(shí)需及時(shí)調(diào)整蝕刻參數(shù)或做好線路線寬的工藝補(bǔ)償。好線路線寬的工藝補(bǔ)償。高精度圖形轉(zhuǎn)移和控制：高精度圖形轉(zhuǎn)移和控制：高精度圖形轉(zhuǎn)移和控制：高精度圖形轉(zhuǎn)移和控制：ABCDCu CoinDepthControlRoutE

35、PluggedHoles相對(duì)于常規(guī)相對(duì)于常規(guī)FR-4材料，高頻材料的線路結(jié)合力很低。材料，高頻材料的線路結(jié)合力很低。如對(duì)比某兩款陶瓷料和某如對(duì)比某兩款陶瓷料和某FR-4高頻材料：高頻材料：高精度圖形轉(zhuǎn)移和控制：高精度圖形轉(zhuǎn)移和控制： 高頻材料壓合一般都需要快速升溫高頻材料壓合一般都需要快速升溫(2.0-5.6/min)且需控制精準(zhǔn)、壓合溫度高且需控制精準(zhǔn)、壓合溫度高(190-200)且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)且高溫持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)(一般一般90min)等，對(duì)層壓工序的對(duì)位等，對(duì)層壓工序的對(duì)位/壓合設(shè)備、棕壓合設(shè)備、棕/黑化藥水是黑化藥水是一個(gè)極大挑戰(zhàn)。一個(gè)極大挑戰(zhàn)。 試驗(yàn)表明高溫壓合對(duì)一般的棕化藥水的耐熱性影

36、響明顯。對(duì)比試驗(yàn)表明高溫壓合對(duì)一般的棕化藥水的耐熱性影響明顯。對(duì)比料溫料溫200-207保持保持15min左右的棕化層微觀結(jié)構(gòu)，隨著高溫料溫的增加增長(zhǎng)，棕化層的典型蜂窩狀結(jié)構(gòu)遭到破壞：左右的棕化層微觀結(jié)構(gòu)，隨著高溫料溫的增加增長(zhǎng)，棕化層的典型蜂窩狀結(jié)構(gòu)遭到破壞：膜層塌陷增加、蜂窩狀變得不明顯、粗糙度降低等。膜層塌陷增加、蜂窩狀變得不明顯、粗糙度降低等。多層板的壓合控制：多層板的壓合控制：多層板的壓合控制：多層板的壓合控制：針對(duì)目前的高頻材料配方主要還是氰酸酯針對(duì)目前的高頻材料配方主要還是氰酸酯樹脂樹脂(CE)、聚苯醚或改性聚苯醚、聚苯醚或改性聚苯醚(PPO)結(jié)結(jié)構(gòu)，板材構(gòu)，板材Tg點(diǎn)較高，建議

37、層壓參數(shù)考究釋點(diǎn)較高，建議層壓參數(shù)考究釋放殘余熱應(yīng)力改善層壓板件品質(zhì)性能。否放殘余熱應(yīng)力改善層壓板件品質(zhì)性能。否則則Tg將嚴(yán)重偏大：將嚴(yán)重偏大：對(duì)于類似對(duì)于類似Rogers半固化片采用熱塑性半固化片采用熱塑性粘結(jié)片形式的高頻材料，層壓疊層設(shè)粘結(jié)片形式的高頻材料，層壓疊層設(shè)計(jì)、層壓生產(chǎn)操作計(jì)、層壓生產(chǎn)操作(如對(duì)位、疊板、如對(duì)位、疊板、清潔等清潔等)還需格外關(guān)注還需格外關(guān)注 ：多層板的機(jī)加工控制：多層板的機(jī)加工控制： 高頻材料含有大量的高頻材料含有大量的Filler或受樹脂特性影響或受樹脂特性影響 ，剛性強(qiáng)脆性差，鉆孔需考究疊板數(shù)、，剛性強(qiáng)脆性差，鉆孔需考究疊板數(shù)、進(jìn)給速及轉(zhuǎn)速，并適當(dāng)犧牲鉆咀及鑼

38、刀的使用壽命，否則容易出現(xiàn)鉆孔披鋒毛刺大、芯吸進(jìn)給速及轉(zhuǎn)速，并適當(dāng)犧牲鉆咀及鑼刀的使用壽命，否則容易出現(xiàn)鉆孔披鋒毛刺大、芯吸(燈芯燈芯)偏大等，相對(duì)于常規(guī)偏大等，相對(duì)于常規(guī)FR-4而言，鉆咀壽命需大大降低。而言，鉆咀壽命需大大降低。鉆孔需考究疊板數(shù)、進(jìn)給速及轉(zhuǎn)速，并適當(dāng)犧牲鉆咀及鑼刀的使用壽命，鉆孔需考究疊板數(shù)、進(jìn)給速及轉(zhuǎn)速，并適當(dāng)犧牲鉆咀及鑼刀的使用壽命，否則容易出現(xiàn)鉆孔披鋒毛刺大、芯吸否則容易出現(xiàn)鉆孔披鋒毛刺大、芯吸(燈芯燈芯)偏大等。如某款陶瓷料偏大等。如某款陶瓷料R-5對(duì)對(duì)鉆咀磨損的鉆咀磨損的SEM表征如下，相對(duì)于常規(guī)表征如下，相對(duì)于常規(guī)FR-4而言，鉆咀壽命需大大降低。而言，鉆咀壽命

39、需大大降低。多層板的機(jī)加工控制：多層板的機(jī)加工控制：高頻材料的高頻材料的Desmear工藝條件一般要求較嚴(yán)。工藝條件一般要求較嚴(yán)。 除除PTFE材料外，必須材料外，必須Plasma外，外，目前業(yè)界的高頻板料其實(shí)不必像供應(yīng)商所言必須目前業(yè)界的高頻板料其實(shí)不必像供應(yīng)商所言必須Plasma，但必須優(yōu)化，但必須優(yōu)化Desmear條件。條件。如某陶瓷高頻料，供應(yīng)商認(rèn)為如某陶瓷高頻料，供應(yīng)商認(rèn)為Tg點(diǎn)很高，無(wú)需點(diǎn)很高，無(wú)需Desmear處理，但試驗(yàn)證明即處理，但試驗(yàn)證明即使使Tg點(diǎn)再高，均需除膠流程，且若點(diǎn)再高，均需除膠流程，且若Desmear參數(shù)不好，還很容易出現(xiàn)內(nèi)層連參數(shù)不好，還很容易出現(xiàn)內(nèi)層連接失效接失效(ICD)或孔壁樹脂凹蝕不足：或孔壁樹脂凹蝕不足： 多層板的孔金屬化控制：多層板的孔金屬化控制：無(wú)論是陶瓷板高頻料還是無(wú)論是陶瓷板高頻料還是CE、PPO樹脂體系，通過(guò)調(diào)整堿性高錳樹脂體系，通過(guò)調(diào)整堿性高錳酸鉀藥水體系的工藝參數(shù)，雖可完全避免酸鉀藥水體系的工藝參數(shù)，雖可完全避免ICD現(xiàn)象，但很難得到?，F(xiàn)象，但很難得到常規(guī)規(guī)FR-4基材常見(jiàn)的典型蜂窩狀結(jié)構(gòu)，需考究電鍍參數(shù)保證孔銅可基材常見(jiàn)