微波高多层电路板工艺

随着微波领域的频率越来越高，PTFE多层板作为微波器件以及高速背 PTFE多层板的技术进行系统 12层的PTFE多层板样板。

试验设计 1 样板要求 DK=3.0，Df=0.0023(10G Hz),厚度3.7mm，有阶梯槽结构，有两层层间对位 +/-0.01mm。

1.1 基材选型

1.1.1 板材分类 板材可分为5类：

① PTFE+玻璃布。可加工性差。

② PTFE+无纺玻璃布。可加工性好。

③ PTFE+陶瓷填料可加工性最好。

④ PTFE+玻璃布+陶瓷填料。性能较纯PTFE加玻璃布加工性略好。

⑤ PTFE粘接片分为：PTFE粘接片，BT包裹PTFE半固化片，PTFE半固 根据样板性能要求以及材料性能价格等因素，我们作如下的材料选择： 芯板选择加工难度最大的PTFE＋玻璃布及PTFE＋玻璃布＋陶瓷填料的材 PTFE粘结片。

1.1.2 板材特性

a. 物理化学特性 PTFE材料具有优良的电性能，良好的化学稳定性。其介电常数较低，且在 之间，随频率变化不明显，1G和10G的介电常数基本没变化，因此常用 我们这里主要应用的就是这种性能。加陶瓷填料后

b. 加工特性 PTFE板材加工性极差。材质较软，压合时，PTFE流胶少；PTFE材料本身 PTFE材料具有以下的问题： 由于板材制作时，玻璃纤维所浸填料和玻璃纤维结合力小，压合流胶量亦小， 相互间没有结合力，因此钻孔容易将玻

① TFE材料本身极性小,基材和玻璃布之间基材和铜箔之间的结合力较差， 印制阻焊难度也较大，板材亦不耐机械力冲击，PTFE和玻璃

② 材料较软，材料软，易变形，对玻璃纤维及铜箔的支撑小，加上问题① 受机械力易变形且钻孔时对玻纤的切削效果不好，不易一次切断， PTFE也易产生未切断的PTFE钻屑。

c. PTFE粘结片简介 PTFE粘结片：一种透明的热塑性粘结片，厚度一般为1.5mil,3.0mil。介电 2.3，介质损耗为压合温度为220℃以上，流胶较少，易出现流胶不

1.1.3 选材结果 根据样板需求及试验需要，我们选用A、B、C供应商的材料进行试验，芯 DK=2.5~3.5。

样板材料为DK=3.0(10GHz),Df=0.0023(10Ghz)。

2 因素分析

由材料的特性,我们知道PTFE材料多层板加工的主要问题集中在压合，钻孔， ，油墨印制等方面。

针对以上问题我们作如下试验方法设计。

3 工艺方法设计

3.1 钻孔 由于材料比较软，玻璃纤维比较软，容易产生毛刺，因此需要加比较硬的特 PTFE材料也可能出现未切断而残留在孔壁上的情况，由于 PTFE的支撑少，因此需要采用较小的进钻速度（需要用试验确定 。

由于玻璃纤维之间没有树脂粘接所以相互之间没有 钻孔一次未切断就容易产生未玻纤未切断的情况，电镀形成镀瘤。

同时 PTFE材料较软，PTFE材料也可能出现未切断而残留在孔壁上的情况。

因 盖板和垫板上的树脂在高温下，会粘在孔壁，同时也会将部分钻屑（PTFE 由于每一种PTFE材料的填料，玻璃布选择等不一样，因此可能每一种材料 针对以上分析，我们将试验主要放在，垫盖板选择，钻孔参数试验，钻头型

a. 垫盖板选择 垫盖板目前比较理想的是选用酚醛树脂材料，这种板材料比较硬，但是酚醛

b. 参数试验

① 试验方法 试验者第一次试验该材料钻孔参数，对该材料的钻孔特性不能较精确的理解， PTFE钻孔参数为基准,根据单钻进刀量（转速和进刀量的综合参 并根据经验和理论分析，去掉一些可采用几率较小的参数组合。

在此基础 在该方向上再进行较大范围的参数组合，试验完成后就基 再在该小范围内进行参数组合，确定较精确的参②刀具选择 刀具我们选用如下直径为试验刀具： Ф0.5mm,Ф1.0mm, Ф1.5mm, Ф2.0mm, Ф3.0mm,Ф3.2mm, Ф4.5mm。

④测试方法 钻完孔后，高压水洗两次，用25倍强光下放大镜观察孔内情况，进行判断 25倍放大镜观察孔内情况。最后作切片观察钻孔情 并通过考察缠绕钻头情况和钻头磨损情况确定钻刀使用最大孔数。对最终确 5次若冲击试验，确定其可靠性。

3.2 孔化-电镀 由于PTFE材料极性小，不易和别的材料结合，因此沉铜困难，需要想办法 同时，由于钻孔时肯定会留下未切断的纤维和树脂以及树脂粘在孔壁上 针对PTFE材料和FR-4的区别我们主要集中在去钻污(去除孔壁钻污和其粘 )和确保沉铜的可靠性。

由于PTFE材料沉铜较为困难，目前采用三次沉铜三次电镀方式进行沉铜电 多层板需要PLASMA作去钻污和活化处理，以保证PTH的可靠性。

由于PTFE材料较软，电镀时，在电镀槽中的摆动易使板折坏或使板的可靠

3.3 阻焊－整平（化金） PTFE材料本身和油墨结合力很小，由于PTFE材料芯板压合时，在表面涂 PTFE和油墨 以免表面活化层失效，而导致油墨和板面结合力不好。

需要 另外一种工艺方法是用PLASMA对蚀刻后的PTFE材料表面进行活化处理， 影响油墨结合力的因素还有机械力损伤，如磨刷，刮伤，撞击等，因此阻焊 由于PTFE材 料的孔壁状况不是很好，且第一次沉铜电镀孔壁会留下孔壁 液体汽化太快导致孔口起泡及其它现象。

初步确定用分段逐级升 对于后固化参数要进行评估。同样道理，我们对整平前烘板处理的参数 通过试验确定化学镍金后的烘板参数。

由于化金后，烘板时间太长，可焊性 烘板时间不够，回流焊可能出现分层起泡，因此需要对烘板参数进行评估。

3.3.1 评估蚀刻后到油墨印制时的时间间隔 蚀刻后，分别等6小时，8小时，12小时，16小时，24小时，36小时开始 3M胶带，测试油墨结

3.3.2 确定油墨后固化参数 试验油墨后固化参数。

3.3 PTFE多层板 以上问题解决后，多层板的难度主要集中在过程控制，层压，钻孔，沉铜－ 多层板目前在压合参数试验上基本完成，钻孔问题比较大。没有PLASMA，

3.3.1 压合参数 a.压合情况 由于PTFE粘结片的压合温度较高，开始我们担心压机问题，压合最高温度 220℃，同时供应商提供压力参数也较小（700～1400Kpa）。

根据以上参数 两次压合的剥离强度均不到0.4N/mm；同时升温速率 直到我们将起始温度调整到190℃，最高温度调为228℃（高温段实际温度 235℃），并将牛皮纸减到12张（8张2次，4张一次），且压力 调高 2500Kpa后，剥离强度才达到1.2N/mm以上（TACONIC为1.6N/mm,Neclo 1.27N/mm）。

该次压合，热冲击5次后，孔口粘结片均内部出现分层现象，但可以接受， 芯板孔壁状况良好，非孔区域状况良好。

10次热冲击后，分层现象严重， 非孔区域也出现分层现象

。5次和10次热冲击NECLO的分层现象比 严重，我们初步选择TACONIC的HT1.5作为多层板的粘结片，但是 235℃的温度基本上是压机的一个极限，因为我们发现同样的参数在不同的 之间压合升温速率不一样，最大相差达8分钟。

因此正式生产时，每层放 b.现场操作控制 (a) 现场控制

①压合参数 3.3.2 PTFE多层板钻孔 多层板钻孔过程发现主要问题除双面板问题外，最突出的问题就是钻屑缠钻 Φ1.0mm～Φ2.5mm均缠钻头。且是从第一个孔开始就缠钻头。因此 Φ1.0mm～ 之间缠钻头。因此我们经过商议决定制作新型式钻头来解决这个问题。

3.3.3 沉铜－电镀 由于没有联系到PLASMA外协，我们第一块样板没有外协，采用以下流程 : 外层钻孔→烘板→高压水洗两次→沉铜（去钻污10分钟）→加厚→沉铜（不 →加厚→沉铜（不去钻污）→全板镀。

如果用PLASMA处理，采用如下流程（其中两次沉铜的可靠性需要试验论 外层钻孔→高压水洗两次→烘板→PLASMA→沉铜（不去钻污）→加厚→沉 →全板镀。

3.3.4 样板制作 已有一块样板（微波分配器，12层板）在线上走，但是在油墨后固化时， 直接过150℃烘板，7分钟内板即起泡，9块板已废掉8块。

板往后面继续作。 PCB叠层多层线路板 线路板厂家那家强 线路板加工 加工 软板加工 罗杰斯线路板加工线路板快速打样 PCB的整个系统设计的基础。

叠层设计如有缺陷，将最 EMC性能。

1. 每个走线层都必须有一个邻近的参考层(电源或地层);

2. 邻近的主电源层和地层要保持最小间距,以提供较大的耦合电容;

下面列出从两层板到十层板的叠层： PCB板和双面PCB板的叠层 EMI辐 造成这种现象的主要原因就是 不仅产生了较强的电磁辐射，

而且使电路对外界干扰敏 从电磁兼容的角度考虑，关键信号主要指产生较强辐射的信号和 能够产生较强辐射的信号一般是周期性信号，如时钟或地址

10KHz的低频模拟设计中: 在同一层的电源走线以辐射状走线，并最小化线的长度总和；

走电源、地线时，相互靠近；在关键信号线边上布一条地线，这条地线 这样就形成了较小的回路面积，减小差模辐射对外界干扰的 当信号线的旁边加一条地线后，

就形成了一个面积最小的回路，信号电 如果是双层线路板，可以在线路板的另一面，紧靠近信号线的下面，沿 一线尽量宽些。

这样形成的回路面积等于线路板的厚度乘

1. SIG－GND(PWR)－PWR (GND)－SIG；

2. GND－SIG(PWR)－SIG(PWR)－GND； 1.6mm（62mil）板厚。 不仅不利于控制阻抗，层间耦合及屏蔽；特别是电源地层 SI EMI性能来说并不是很好，主要要通过走线及其他细节来控制。

主 地层放在信号最密集的信号层的相连层，有利于吸收和抑制辐射；增大 20H规则。 放置所要求的电源覆铜层)的场合。此种方案PCB的外层均为地层，中间两层均 /电源层。

信号层上的电源用宽线走线，这可使电源电流的路径阻抗低， EMI控制 这是现有的最佳4层PCB结构。

主要注意：中间两层信号、电源混 20H 制走线阻抗，上述方案要非常小心地将走线布置在电源和接地 另外，电源或地层上的铺铜之间应尽可能地互连在一起，以确保 和低频的连接性。

6层板的设计 推荐叠层方式：

－GND－SIG－PWR－GND－SIG； 这种叠层方案可得到较好的信号完整性，信号层与接地层相 电源层和接地层配对，每个走线层的阻抗都可较好控制，

且两个地层都是能 并且在电源、地层完整的情况下能为每个信号层都提供较好 －SIG－GND－PWR－SIG －GND； 该种方案只适用于器件密度不是很高的情况，这种叠层具有 并且这样顶层和底层的地平面比较完整，能作为一个较好 来使用。

需要注意的是电源层要靠近非主元件面的那一层，因为底层 EMI性能要比第一种方案好。

,电源层与地层之间的间距应尽量减小，以获得好 62mil的板厚,层间距虽然得到减小,还是不容易把主电源与 层之间的间距控制得很小。

对比第一种方案与第二种方案，第二种方案成本 20H规则

规则设计

A:由于差的电磁吸收能力和大的电源阻抗导致这种不是一种好的叠层方式。

1.Signal 1 元件面、微带走线层

2.Signal 2 内部微带走线层，较好的走线层（X方向）

3.Ground

4.Signal 3 带状线走线层，较好的走线层（Y方向）

5.Signal 4 带状线走线层

6.Power

7.Signal 5 内部微带走线层

8.Signal 6 微带走线层 是第三种叠层方式的变种，由于增加了参考层，具有较好的EMI性能，

各 1.Signal 1 元件面、微带走线层，好的走线层

2.Ground 地层，较好的电磁波吸收能力

3.Signal 2 带状线走线层，好的走线层

4.Power 电源层，与下面的地层构成优秀的电磁吸收

5.Ground 地层

6.Signal 3 带状线走线层，好的走线层

7.Power 地层，具有较大的电源阻抗 微带走线层，好的走线层 C:最佳叠层方式，由于多层地参考平面的使用具有非常好的地磁吸收能力。

1.Signal 1 元件面、微带走线层，好的走线层

2.Ground 地层，较好的电磁波吸收能力

3.Signal 2 带状线走线层，好的走线层

4.Power 电源层，与下面的地层构成优秀的电磁吸收

5.Ground 地层

6.Signal 3 带状线走线层，好的走线层

7.Ground 地层，较好的电磁波吸收能力

8.Signal 4 微带走线层，好的走线层 要根据板上信号网络的数 PIN密度，信号的频率，板的大小等许多因素。对于这些因素我 合考虑。

对于信号网络的数量越多，器件密度越大，PIN密度越大，信 EMI性能最好保证每 有自己的参考层。

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