在微波高频技术快速渗透通信、雷达、航空航天等领域的今天,材料作为核心载体,其性能直接决定了器件与系统的整体表现。微波高频场景通常指频率介于 300MHz 至 300GHz 的电磁应用环境,此区间内材料的电磁特性、物理稳定性与工艺兼容性呈现出与低频场景截然不同的需求。如何科学选择适配材料,已成为提升设备性能、降低成本与保障可靠性的关键命题。
一、微波高频材料的核心性能指标体系
材料在微波高频场中的表现由多维度指标共同决定,这些指标直接关联信号传输质量、能量损耗与系统稳定性,是材料选择的首要考量依据。
介电常数(εr)与介电损耗角正切(tanδ)是介质材料的核心参数。介电常数反映材料储存电磁能的能力,其数值稳定性对信号相位控制至关重要 —— 在天线阵列与相控阵系统中,介电常数的温度系数(TCε)需控制在 ±5ppm/℃以内,否则会导致波束指向偏移。介电损耗则代表能量转化为热能的效率,高频场景下损耗每降低 0.001,器件信噪比可提升约 3dB,这对长距离通信与高灵敏度雷达尤为关键。
导电性能指标主要针对金属与导电复合材料,除直流电阻率外,高频集肤效应下的表面电阻率更具实际意义。例如铜在 10GHz 时的集肤深度仅约 1μm,此时材料表面粗糙度对信号衰减的影响远大于体电阻,因此精密微波器件常采用电解抛光铜或镀金工艺降低表面损耗。
磁性材料则需重点关注磁导率(μr)、磁损耗(tanδμ)与饱和磁化强度(Ms)。在微波吸收与隔离场景中,磁导率的实部决定能量存储能力,虚部反映损耗特性,理想吸收材料需实现介电损耗与磁损耗的匹配平衡。而在高频电感与滤波器中,高饱和磁化强度可提升器件抗饱和能力,适应大功率应用需求。
此外,材料的物理稳定性不可忽视。在航空航天等极端环境下,材料需具备宽温度范围(-55℃至 125℃)内的性能稳定性、低吸湿性(吸水率<0.1%)与良好的力学强度,避免因环境变化导致器件失效。
二、主流微波高频材料分类及特性解析
根据功能与应用场景的差异,微波高频材料可分为介质材料、导电材料、磁性材料三大类,各类材料具有独特的性能优势与适用范围。
(一)介质材料:信号传输的 “稳定基石”
介质材料主要承担信号传输、阻抗匹配与结构支撑功能,按性能可分为通用型与高性能型。通用型介质材料以 FR-4 环氧树脂玻璃布为代表,介电常数约 4.4,介电损耗 0.02,成本低廉且加工性好,广泛应用于民用通信设备的低频段电路。但其高频性能不足,在 10GHz 以上场景损耗急剧增加,无法满足精密器件需求。
高性能介质材料则聚焦低损耗与高稳定性,典型代表包括聚四氟乙烯(PTFE)基复合材料、陶瓷材料与液晶聚合物(LCP)。PTFE 基材料介电常数可在 2.1 至 10 之间调控,介电损耗低至 0.001,且具有优异的耐化学腐蚀性与宽温稳定性,是微波印制电路板(PCB)的首选材料,尤其适用于 5G 基站与卫星通信系统。陶瓷介质材料如氧化铝(Al₂O₃)、氮化铝(AlN),介电常数稳定(Al₂O₃约 9.8),导热性能优异(AlN 导热率可达 200W/m・K),但脆性大、加工难度高,多用于毫米波器件的基板与封装。LCP 作为新型高分子材料,介电常数约 3.0,介电损耗 0.002,且具备良好的柔韧性与可焊接性,在柔性微波电路与穿戴式设备中展现出巨大潜力。
(二)导电材料:电磁能量的 “传导核心”
导电材料负责电磁信号的传导与屏蔽,需兼顾低损耗与高可靠性。纯金属材料中,铜因导电率高(58MS/m)、成本适中成为主流选择,常用形式包括无氧铜、镀银铜与抛光铜,分别适用于普通传输线、高频连接器与精密波导。银的导电率更高(63MS/m),但成本昂贵且易氧化,通常以镀层形式应用于要求极低损耗的微波器件表面。
金属基复合材料通过基体与增强相的协同作用优化性能,如碳化硅颗粒增强铝基复合材料,既保留了铝的轻量化优势,又通过碳化硅提升了导热性与尺寸稳定性,适用于航空航天领域的微波结构件。导电聚合物复合材料则将导电填料(如碳纳米管、石墨烯)掺入聚合物基体,兼具导电性与柔韧性,可用于柔性电磁屏蔽膜与低成本天线,但其导电率通常低于纯金属,适用于对损耗要求不极致的场景。
(三)磁性材料:电磁调控的 “关键抓手”
磁性材料主要用于电磁屏蔽、信号隔离与微波吸收,按矫顽力可分为软磁与硬磁材料,微波高频场景中以软磁材料为主。软磁材料如铁氧体、非晶合金与纳米晶合金,具有高磁导率与低磁损耗的特点。锰锌铁氧体在中低频段(1-10GHz)磁导率可达 1000 以上,常用于滤波器与电感;而镍锌铁氧体则在高频段(10GHz 以上)表现更优,是毫米波器件的常用磁芯材料。
非晶与纳米晶合金通过快速凝固工艺形成无定形或纳米晶结构,磁损耗显著低于传统铁氧体,且饱和磁化强度更高,如铁基纳米晶合金的饱和磁化强度可达 1.2T,适用于大功率微波器件的磁屏蔽。微波吸收材料则多为复合体系,如羰基铁粉 / 环氧树脂复合材料、碳纳米管 / 陶瓷复合材料,通过调控介电与磁损耗特性,实现特定频段的高效吸波,用于雷达隐身与电磁兼容(EMC)设计。
三、微波高频材料的场景化选择策略
材料选择需建立在对应用场景深入分析的基础上,结合性能需求、成本预算与工艺条件形成最优方案,以下为典型场景的选择逻辑。
(一)通信系统:平衡损耗与成本
在 5G 基站的射频前端模块中,PCB 基板需同时满足高频低损耗与批量生产需求,PTFE 基复合材料因介电损耗低(<0.003)、加工成熟成为首选;而在终端设备的天线中,LCP 材料凭借轻薄、柔性的优势,可适配复杂的机身结构。卫星通信系统对材料的耐辐射性要求极高,通常选用石英纤维增强 PTFE,其在太空环境下的性能衰减可控制在 5% 以内。
(二)雷达系统:聚焦高功率与高灵敏度
军用雷达需承受大功率电磁辐射,波导材料常采用无氧铜镀银,表面粗糙度控制在 0.1μm 以下,以降低传输损耗;雷达天线的反射面则选用碳纤维增强复合材料,兼具轻量化与高刚度,可保障波束的精准指向。在隐身雷达中,吸波材料的选择需实现 “薄、轻、宽、强”,多采用纳米晶合金与碳材料的复合体系,在 8-18GHz 频段的吸波性能可达 - 20dB 以上。
(三)精密仪器:追求性能稳定性
微波测量仪器的校准件对材料的介电常数稳定性要求严苛,通常选用氧化铝陶瓷,其介电常数温度系数可低至 ±1ppm/℃;在微波滤波器中,磁性材料需具备低磁滞损耗,锰锌铁氧体因其磁损耗角正切<0.005,成为中低频滤波器的理想选择。
四、微波高频材料的发展趋势与挑战
随着微波高频技术向毫米波(30-300GHz)与太赫兹(>300GHz)频段延伸,材料面临着性能极限与工艺瓶颈的双重挑战。未来材料发展将呈现三大趋势:一是低损耗化,通过分子设计与纳米调控技术,进一步降低介电损耗与磁损耗,如二维材料(石墨烯、六方氮化硼)有望实现介电损耗<0.0005;二是多功能集成,开发兼具导电、导热、屏蔽与结构支撑功能的复合材料,如碳化硅 / 铝基复合基板可同时满足导电与散热需求;三是极端环境适配,针对高温、高压、强辐射场景,研发新型陶瓷基与金属基复合材料,提升材料的环境耐受性。
同时,材料选择也面临着成本与性能的平衡难题 —— 高性能材料如氮化铝陶瓷的价格是 FR-4 的 20 倍以上,限制了其在民用领域的广泛应用。此外,材料与工艺的兼容性也需重点关注,例如 LCP 材料的焊接温度需精确控制在 260-280℃,否则会导致性能衰减。

一、塞孔的核心价值:筑牢电路防护线

导通孔作为多层 PCB 层间信号传输与电源连接的关键桥梁,其塞孔处理已成为 SMT(表面贴装技术)与 BGA(球栅阵列封装)工艺中的硬性技术要求,直接决定电路产品的稳定性与使用寿命。在波峰焊工序中,未塞孔的导通孔会因焊锡流动性强,出现焊锡贯穿板面的透锡现象,进而引发相邻线路短路,尤其在汽车电子、工业控制等高压场景中,这类故障可能导致设备骤停甚至安全事故。

对于 BGA 焊盘区域,由于焊点密集且间距通常小于 0.5mm,必须先完成塞孔处理再进行镀金工艺。若省略塞孔步骤,焊盘与孔壁间的缝隙会导致镀金层不连续,焊接时易出现焊球脱落,使芯片与 PCB 的连接可靠性下降 50% 以上。同时,塞孔能彻底杜绝助焊剂在孔内的滞留 —— 助焊剂中的有机酸成分若长期残留,会缓慢腐蚀孔壁铜层,形成电化学迁移现象,最终造成线路断路;而在 SMT 贴片环节,塞孔可避免锡膏流入孔内导致的焊盘锡量不足,从根源上解决虚焊隐患,这对医疗设备、航空航天等精密电子领域尤为关键。

二、工艺适配与质量控制标准

行业针对 PCB 导通孔塞孔制定了严格的技术规范,不同应用场景的参数要求差异显著。从基础要求来看,所有塞孔后的导通孔孔壁必须保留完整铜层,铜层厚度需符合 IPC-6012 标准中的 2 类以上要求(即最小铜厚≥18μm);在通信设备等高频场景中,还需对孔内进行锡铅镀层处理,镀层厚度需≥4μm,且孔内不得残留阻焊油墨,防止信号传输时出现阻抗突变。

针对 BGA 贴装这一特殊区域,塞孔表面平整度需控制在 ±25μm 以内,平面度误差超过 30μm 会导致钢网印刷时锡膏量不均,增加焊接不良率。同时,该区域塞孔需达到无锡圈、无锡珠的视觉标准,锡圈宽度若超过 0.1mm,可能引发相邻焊点桥连。当前主流的同步阻焊塞孔工艺,通过选用 36T-43T 的高目数丝网(目数越高,塞孔精度越高),配合预固化(70℃/30min+ 完全固化(150℃/60min的双重固化流程,可将传统塞孔工序的时间压缩 30% 以上,且良率稳定在 99.2% 以上,完美兼顾生产效率与质量。

三、结构与测试的双重保障

塞孔填充材料不仅能实现电路防护,更能强化 PCB 的结构稳定性。常用的树脂填充材料(如环氧树脂)与 PCB 基材的热膨胀系数(CTE)差异小于 5ppm/℃,在 - 55℃~125℃的高低温循环环境中,可有效抵御层间应力导致的变形开裂。实验数据显示,未塞孔的 PCB 在经历

1000 次热循环测试后,层间分离的失效概率高达 52%,而塞孔产品的失效概率仅为 5%,可靠性提升近 10 倍。

在质量检测环节,塞孔形成的密闭表面为多种测试提供了基础条件。在真空负压测试中(测试压力≤-90kPa),未塞孔的导通孔会因漏气导致测试失败,而合格塞孔可确保负压状态稳定保持 10s 以上,准确排查孔内空洞、填充不饱满等隐患。此外,通过 X 射线检测(XRD)可观察孔内填充密度,要求气泡直径≤50μm;采用金相切片分析,能直观检查孔壁与填充材料的结合状态,确保无间隙、无剥离,全方位保障塞孔质量。

四、塞孔材料分类与场景适配

目前 PCB 行业常用的塞孔材料主要分为三类,各有明确的应用场景。第一类是树脂材料,具有良好的绝缘性(体积电阻率≥10¹⁴Ωcm)和耐温性(玻璃化转变温度 Tg≥130℃),适用于通信基站、服务器等高频、高温场景;第二类是锡膏材料,导电性能优异(电阻率≤1.5×10⁻⁶Ωcm),但耐温性较差(长期使用温度≤120℃),多用于消费电子的低频信号孔;第三类是导电胶材料,兼具导电性与柔韧性,主要用于柔性 PCBFPC)的折叠区域,可抵御反复弯曲导致的断裂。

在材料选择时,需综合考量产品需求:例如汽车 PCB 的发动机周边区域,需选用耐温≥150℃的高温树脂;而智能手表等穿戴设备的 FPC,则需优先选择柔韧性好的导电胶。同时,材料的环保性也需符合 RoHS 2.0 标准,禁止使用铅、镉等有害物质,确保产品符合全球环保法规。

 

PCBA为什么要涂覆三防漆? 三防漆(共性覆膜)是一种特殊配方的涂料,用于保护PCBA线路板及其相关设备免受坏境的侵蚀,从而提高并延长它们的使用寿命,确保使用的安全性和可靠性,PCBA三防漆对PCBA具有防水、防潮、防尘三种作用,故称“PCBA三防漆”。 PCBA三防漆有哪些涂覆方式? 1、浸渍(dipping):对大型设备较经济,但是涂布后的厚度会受浸渍的温度、时间、抽出的速度、垂流的时间、是否加风刀…等因素影响。 2、喷涂(spraying):对中小型设备较经济。使用喷涂的时候就像喷漆一样,涂布的均匀度取决于相对移动的速度、喷涂位置、喷涂的压力、是否有较高零件而定。另外零件底部无法喷涂到,可能需要额外处理。 3、刷涂(brushing):对小型的设备较经济。涂布的时候容易因为涂布的技巧熟练度而造成涂布不均匀发生,另外也要留意毛刷掉毛的问题。零件底部也较难涂布。 4、选择性涂布(Selective Coating):涂布虽然好处很多,但往往费时又费工,也可以选择有需要的部份位置涂布即可。 PCBA涂覆三防漆需用哪些工具? 三防漆、装漆盒、橡胶手套、口罩或防毒面具、毛刷、美文胶纸、镊子、通风设备、晾干架、烤箱。 PCBA涂覆三防漆有哪些技术要求? 1、刷三防漆保护须在PCBA组装前经测试、检验合格并彻底清洁干净后进行。 2、使用的毛刷要保持清洁,禁止再用于其他作业;毛刷涂漆时要注意不要滴漏到不需涂漆的部分;使用后的毛刷要用稀料等清洗干净。 3、涂覆层要透明,并且均匀覆盖PCB板和组件,色泽和稠度均匀一致。 4、工艺步骤为: 涂刷A面→表干→涂刷B面→室温固化 5、喷涂厚度: 喷涂厚度为0.1mm—0.3mm 6、所有涂覆作业应不低于16℃及相对湿度低于75%的条件下进行。PCB作为复合材料会吸潮,如不去潮,三防漆不能充分起保护作用,预干、真空干燥可去除大部分湿气。

目前PCB生产过程中涉及到的环境问题显得尤为突出。目前有关铅和溴的话题是最热门的;无铅化和无卤化将在很多方面影响着PCB的发展。虽然目前来看,PCB的表面处理工艺方面的变化并不是很大,好像还是比较遥远的事情,但是应该注意到:长期的缓慢变化将会导致巨大的变化。在环保呼声愈来愈高的情况下,PCB的表面处理工艺未来肯定会发生巨变。

 

现在有许多PCB表面处理工艺,常见的是热风整平、有机涂覆、化学镀镍/浸金、浸银和浸锡这五种工艺,下面将逐一介绍。

1. 热风整平

 

  热风整平又名热风焊料整平,它是在PCB表面涂覆熔融锡铅焊料并用加热压缩空气整(吹)平的工艺,使其形成一层既抗铜氧化,又可提供良好的可焊性的涂覆层。热风整平时焊料和铜在结合处形成铜锡金属间化合物。保护铜面的焊料厚度大约有1-2mil。

 

  PCB进行热风整平时要浸在熔融的焊料中;风刀在焊料凝固之前吹平液态的焊料;风刀能够将铜面上焊料的弯月状最小化和阻止焊料桥接。热风整平分为垂直式和水平式两种,一般认为水平式较好,主要是水平式热风整平镀层比较均匀,可实现自动化生产。热风整平工艺的一般流程为:微蚀→预热→涂覆助焊剂→喷锡→清洗。

 

  2. 有机涂覆

 

  有机涂覆工艺不同于其他表面处理工艺,它是在铜和空气间充当阻隔层;有机涂覆工艺简单、成本低廉,这使得它能够在业界广泛使用。早期的有机涂覆的分子是起防锈作用的咪唑和苯并三唑,最新的分子主要是苯并咪唑,它是化学键合氮功能团到PCB上的铜。在后续的焊接过程中,如果铜面上只有一层的有机涂覆层是不行的,必须有很多层。这就是为什么化学槽中通常需要添加铜液。在涂覆第一层之后,涂覆层吸附铜;接着第二层的有机涂覆分子与铜结合,直至二十甚至上百次的有机涂覆分子集结在铜面,这样可以保证进行多次回流焊。试验表明:最新的有机涂覆工艺能够在多次无铅焊接过程中保持良好的性能。

 

  有机涂覆工艺的一般流程为:脱脂→微蚀→酸洗→纯水清洗→有机涂覆→清洗,过程控制相对其他表面处理工艺较为容易。

 

  3. 化学镀镍/浸金

 

  化学镀镍/浸金工艺不像有机涂覆那样简单,化学镀镍/浸金好像给PCB穿上厚厚的盔甲;另外化学镀镍/浸金工艺也不像有机涂覆作为防锈阻隔层,它能够在PCB长期使用过程中有用并实现良好的电性能。因此,化学镀镍/浸金是在铜面上包裹一层厚厚的、电性良好的镍金合金,这可以长期保护PCB;另外它也具有其它表面处理工艺所不具备的对环境的忍耐性。镀镍的原因是由于金和铜间会相互扩散,而镍层能够阻止金和铜间的扩散;如果没有镍层,金将会在数小时内扩散到铜中去。化学镀镍/浸金的另一个好处是镍的强度,仅仅5微米厚度的镍就可以限制高温下Z方向的膨胀。此外化学镀镍/浸金也可以阻止铜的溶解,这将有益于无铅组装。

 

  化学镀镍/浸金工艺的一般流程为:酸性清洁→微蚀→预浸→活化→化学镀镍→化学浸金,主要有6个化学槽,涉及到近100种化学品,因此过程控制比较困难。

 

  4. 浸银

 

  浸银工艺介于有机涂覆和化学镀镍/浸金之间,工艺比较简单、快速;不像化学镀镍/浸金那样复杂,也不是给PCB穿上一层厚厚的盔甲,但是它仍然能够提供好的电性能。银是金的小兄弟,即使暴露在热、湿和污染的环境中,银仍然能够保持良好的可焊性,但会失去光泽。浸银不具备化学镀镍/浸金所具有的好的物理强度因为银层下面没有镍。另外浸银有好的储存性,浸银后放几年组装也不会有大的问题。

 

  浸银是置换反应,它几乎是亚微米级的纯银涂覆。有时浸银过程中还包含一些有机物,主要是防止银腐蚀和消除银迁移问题;一般很难测量出来这一薄层有机物,分析表明有机体的重量少于1%。

 

  5. 浸锡

 

  由于目前所有的焊料都是以锡为基础的,所以锡层能与任何类型的焊料相匹配。从这一点来看,浸锡工艺极具有发展前景。但是以前的PCB经浸锡工艺后出现锡须,在焊接过程中锡须和锡迁徙会带来可靠性问题,因此浸锡工艺的采用受到限制。后来在浸锡溶液中加入了有机添加剂,可使得锡层结构呈颗粒状结构,克服了以前的问题,而且还具有好的热稳定性和可焊性。

 

  浸锡工艺可以形成平坦的铜锡金属间化合物,这个特性使得浸锡具有和热风整平一样的好的可焊性而没有热风整平令人头痛的平坦性问题;浸锡也没有化学镀镍/浸金金属间的扩散问题——铜锡金属间化合物能够稳固的结合在一起。浸锡板不可存储太久,组装时必须根据浸锡的先后顺序进行。

 

  6. 其他表面处理工艺

 

  其他表面处理工艺的应用较少,下面来看应用相对较多的电镀镍金和化学镀钯工艺。

 

  电镀镍金是PCB表面处理工艺的鼻祖,自从PCB出现它就出现,以后慢慢演化为其他方式。它是在PCB表面导体先镀上一层镍后再镀上一层金,镀镍主要是防止金和铜间的扩散。现在的电镀镍金有两类:镀软金(纯金,金表面看起来不亮)和镀硬金(表面平滑和硬,耐磨,含有钴等其他元素,金表面看起来较光亮)。软金主要用于芯片封装时打金线;硬金主要用在非焊接处的电性互连。

 

  考虑到成本,业界常常通过图像转移的方法进行选择性电镀以减少金的使用。目前选择性电镀金在业界的使用持续增加,这主要是由于化学镀镍/浸金过程控制比较困难。

 

  正常情况下,焊接会导致电镀金变脆,这将缩短使用寿命,因而要避免在电镀金上进行焊接;但化学镀镍/浸金由于金很薄,且很一致,变脆现象很少发生。

 

  化学镀钯的过程与化学镀镍过程相近似。主要过程是通过还原剂(如次磷酸二氢钠)使钯离子在催化的表面还原成钯,新生的钯可成为推动反应的催化剂,因而可得到任意厚度的钯镀层。化学镀钯的优点为良好的焊接可靠性、热稳定性、表面平整性。

 

  四. 表面处理工艺的选择

 

  表面处理工艺的选择主要取决于最终组装元器件的类型;表面处理工艺将影响PCB的生产、组装和最终使用,下面将具体介绍常见的五种表面处理工艺的使用场合。

 

  1. 热风整平

 

  热风整平曾经在PCB表面处理工艺中处于主导地位。二十世纪八十年代,超过四分之三的PCB使用热风整平工艺,但过去十年以来业界一直都在减少热风整平工艺的使用,估计目前约有25%-40%的PCB使用热风整平工艺。热风整平制程比较脏、难闻、危险,因而从未是令人喜爱的工艺,但热风整平对于尺寸较大的元件和间距较大的导线而言,却是极好的工艺。在密度较高的PCB中,热风整平的平坦性将影响后续的组装;故HDI板一般不采用热风整平工艺。随着技术的进步,业界现在已经出现了适于组装间距更小的QFP和BGA的热风整平工艺,但实际应用较少。目前一些工厂采用有机涂覆和化学镀镍/浸金工艺来代替热风整平工艺;技术上的发展也使得一些工厂采用浸锡、浸银工艺。加上近年来无铅化的趋势,热风整平使用受到进一步的限制。虽然目前已经出现所谓的无铅热风整平,但这可将涉及到设备的兼容性问题。

 

  2. 有机涂覆

 

  估计目前约有25%-30%的PCB使用有机涂覆工艺,该比例一直在上升(很可能有机涂覆现在已超过热风整平居于第一位)。有机涂覆工艺可以用在低技术含量的PCB,也可以用在高技术含量的PCB上,如单面电视机用PCB、高密度芯片封装用板。对于BGA方面,有机涂覆应用也较多。PCB如果没有表面连接功能性要求或者储存期的限定,有机涂覆将是最理想的表面处理工艺。

 

  3. 化学镀镍/浸金

  化学镀镍/浸金工艺与有机涂覆不同,它主要用在表面有连接功能性要求和较长的储存期的板子上,如手机按键区、路由器壳体的边缘连接区和芯片处理器弹性连接的电性接触区。由于热风整平的平坦性问题和有机涂覆助焊剂的清除问题,二十世纪九十年代化学镀镍/浸金使用很广;后来由于黑盘、脆的镍磷合金的出现,化学镀镍/浸金工艺的应用有所减少,不过目前几乎每个高技术的PCB厂都有化学镀镍/浸金线。考虑到除去铜锡金属间化合物时焊点会变脆,相对脆的镍锡金属间化合物处将出现很多的问题。因此,便携式电子产品(如手机)几乎都采用有机涂覆、浸银或浸锡形成的铜锡金属间化合物焊点,而采用化学镀镍/浸金形成按键区、接触区和EMI的屏蔽区。估计目前大约有10%-20%的PCB使用化学镀镍/浸金工艺。

 

  4. 浸银

 

  浸银比化学镀镍/浸金便宜,如果PCB有连接功能性要求和需要降低成本,浸银是一个好的选择;加上浸银良好的平坦度和接触性,那就更应该选择浸银工艺。在通信产品、汽车、电脑外设方面浸银应用的很多,在高速信号设计方面浸银也有所应用。由于浸银具有其它表面处理所无法匹敌的良好电性能,它也可用在高频信号中。EMS推荐使用浸银工艺是因为它易于组装和具有较好的可检查性。但是由于浸银存在诸如失去光泽、焊点空洞等缺陷使得其增长缓慢(但没有下降)。估计目前大约有10%-15%的PCB使用浸银工艺。

 

  5. 浸锡

 

  锡被引入表面处理工艺是近十年的事情,该工艺的出现是生产自动化的要求的结果。浸锡在焊接处没有带入任*元素,特别适用于通信用背板。在板子的储存期之外锡将失去可焊性,因而浸锡需要较好的储存条件。另外浸锡工艺中由于含有致癌物质而被限制使用。估计目前大约有5%-10%的PCB使用浸锡工艺。

 

 

  五. 结束语

一、无卤素基材:

 

按照JPCA-ES-01-2003标准:氯(C1)、溴(Br)含量分别小于0.09%Wt(重量比)的覆铜板,定义为无卤型覆铜板。(同时,CI+Br总量≤0.15%[1500PPM])

 

二、为什么要禁卤:

 

卤素:

 

指化学元素周期表中的卤族元素,包括氟(F)、氯(CL)、溴(Br)、碘(1)。目前,阻燃性基材,FR4、CEM-3等,阻燃剂多为溴化环氧树脂。

 

 

 

相关机构研究表明,含卤素的阻燃材料(聚合多溴联苯PBB:聚合多溴化联苯乙醚PBDE),废弃着火燃烧时,会放出二嗯英(dioxin戴奥辛TCDD)、苯呋喃(Benzfuran)等,发烟量大,气味难闻,有高毒性气体,致癌,人体摄入后无法排出,严重影响健康。

 

 

 

因此,欧盟的法律禁止使用的是PBB和PBDE等六种物质。中国信息产业部同样文件要求,投入市场的电子信息产品不能含有铅、汞、六价铬、聚合多溴联苯或聚合多溴化联苯乙醚等物质。

 

 

 

据了解,PBB和PBDE在覆铜板行业已基本上不在使用,较多使用的是除PBB和PBDE以外的溴阻燃材料,例如四溴双苯酚A,二溴苯酚等,其化学分子式是CISHIZOBr4。这类含溴作阻燃剂的覆铜板虽未有任何法律法规加以规定,但这类含溴型覆铜板,燃烧或电器火灾时,会释放出大量有毒气体(溴化型),发烟量大;在PCB作热风整平和元件焊接时,板材受高温(>200)影响,也会释放出微量的溴化氢;是否也会产生有毒气体,还在评估中。

 

 

综上。卤素作为原材料使用带来的负面后果影响巨大,禁卤是有很必要的。

 

三、无卤基板的原理:

 

就目前而言,大部分的无卤材料主要以磷系和磷氮系为主。含磷树脂在燃烧时,受热分解生成偏聚磷酸,极具强脱水性,使高分子树脂表面形成炭化膜,隔绝树脂燃烧表面与空气接触,使火熄灭,达到阻燃效果。含磷氮化合物的高分子树脂,燃烧时产生不燃性气体,协助树脂体系阻燃。

 

四、无卤板材的特点:

 

1、材料的绝缘性

 

由于采用P或N来取代卤素原子因而一定程度上降低了环氧树脂的分子键段的极性,从而提高质的绝缘电阻及抗击穿能力。

 

2、材料的吸水性

 

无卤板材由于氮磷系的还氧树脂中N和P的狐对电子相对卤素而言较少,其与水中氢原子形成氢键的机率要低于卤素材料,因而其材料的吸水性低于常规卤素系阻燃材料。对于板材来说,低的吸水性对提高材料的可靠性以及稳定性有一定的影响。

 

3、材料的热稳定性

 

无卤板材中氮磷的含量大于普通卤系材料卤素的含量,因而其单体分子量以及Tg值均有所增加。在受热的情况下,其分子的运动能力将比常规的环氧树脂要低,因而无卤材料其热膨胀系数相对要小。

 

相对于含卤板材,无卤板材具有更多优势,无卤素板材取代含卤板材也是大势所趋。

 

五、生产无卤PCB的体会

 

1、层压

 

层压参数,因不同公司的板材可能会有所不同。就拿上面所说的生益基板及PP做多层板来说,其为保证树脂的充分流动,使结合力良好,要求较低的板料升温速率(1.0-1.5℃/min)及多段的压力配合,另在高温阶段则要求时间较长,180℃维持50分钟以上。以下是推荐的一组压板程序设定及实际的板料升温情况。压出的板检测其铜箔与基板的结合力为1.ON/mm,图电后的板经过六次热冲击均未出现分层、气泡现象。

 

2、钻孔加工性

 

钻孔条件是一个重要参数,直接影响PCB在加工过程中的孔壁质量。无卤覆铜板由于采用P、N系列官能团增大了分子量同时增强了分子键的刚性,因而也增强了材料的刚性,同时,无卤材料的Tg点一般较普通覆铜板要高,因此采用普通FR-4的钻孔参数进行钻孔,效果一般不是很理想。钻无卤板时,需在正常的钻孔条件下,适当作一些调整。

 

3、耐碱性

 

一般无卤板材其抗碱性都比普通的FR-4要差,因此在蚀刻制程上以及在阻焊后返工制程上,应特别注意,在碱性的退膜液中浸泡时间不能太长,以防出现基材白斑。

 

4、无卤阻焊制作

 

目前世面上推出的无卤阻焊油墨也有很多种,其性能与普通液态感光油墨相差不大具体操作上也与普通油墨基本差不多。

 

无卤PCB板由于具有较低的吸水率以及适应环保的要求,在其他性能也能够满足PCB板的品质要求,因此,无卤PCB板的需求量已然越来越大。

因为电子技能的飞速停滞,驱使了印制通路技能的一直停滞。PCB板经由单面-双面一多层停滞,况且多层板的比率正在逐年增多。多层板体现正在向高*精*密*细*大和小二个极其停滞。而多层板打造的一度主要岁序就是层压,层压质量的掌握正在多层板打造中显示愈来愈主要。因而要保障多层板层压质量,需求对于多层板层压工艺有一度比拟好的理解.为此就积年的层压理论,对于如何进步多层板层压质量正在工艺技能上作如次小结:

 

  一、设想相符层压请求的内层芯板。

 

  因为层压工具技能的逐渐停滞,热压机由先前的非真空热压机到现正在的真空热压机,热压进程在于一度开启式零碎,看没有到,摸没有着。因而正在层压前需对于内层板停止正当的设想,正在此需要一些参考请求:

 

  1、要依据多层板总薄厚请求取舍芯板薄厚,芯板薄厚分歧,偏偏向小,下料经纬位置分歧,尤其是6层之上多层板,各个内层芯板经纬位置定然要分歧,即经位置与经位置堆叠,纬位置与纬位置堆叠,预防无须要的板蜿蜒。

 

  2、芯板的形状分寸与无效单元之间要有定然的距离,也就是无效单元到板边间隔要正在没有糜费资料的大前提下过分留有较大的时间,正常四层板请求距离大于10mm,六层板请求距离大于15mm、层数愈高,距离愈大。

 

  3、定位孔的设想,为缩小多层板层与层之间的偏偏向,因而正在多层板定位孔设想范围需留意:4层板仅需设想钻孔用定位孔3个之上即可。6层之上多层板除需设想钻孔用定位孔外还需设想层与层堆叠定位铆钉孔5个之上和铆钉用的机器板定位孔5个之上。但设想的定位孔,铆钉孔,机器孔正常是层数愈高,设想的孔的个数呼应多一些,况且地位过分靠边。次要手段是缩小层与层之间的对于位偏偏向和给消费打造留有较大的时间。对于靶形设想过分满意打靶机主动辨认靶形的请求、正常设想为完好圆或者齐心圆。

 

  4、内层芯板请求无开、短、路劫、无氧化、柜面干净腌臜、无残留膜。

 

  二、满意PCB用户请求,取舍适合的PP、CU箔配置。

 

  存户对于PP的请求次要体现正在介质层薄厚、介电常数、特点阻抗、耐电压、层压板表面润滑水平等范围的请求,因而取舍PP时可依据如次范围去取舍:

 

  1、层压时Resin能填满印制导线的空儿。

 

  2、能正在层压时充足扫除叠片间气氛和蒸发物。

 

  3、能为多层板需要必需的介质层薄厚。

 

  4、能保障粘结强度和润滑的表面。

 

  依据积年的消费经历,集体以为4层板层压时PP可用7628、7630或者7628+1080、7628+2116等配置。6层之上多层板PP取舍次要以1080或者2116为主,7628次要作为增多介质层薄厚用PP。同声PP请求对于称搁置,确保卡面效应,预防板弯。

 

  5、CU箔次要依据PCB用户请求辨别的配置没有同型号,CU箔品质相符IPC规范。

 

  三、内层芯板解决工艺

 

  多层板层压时、需对于内层芯板停止解决工艺。内层板的解决工艺有黑氧化解决工艺和棕化解决工艺,氧化解决工艺是正在内层铜箔上构成一层彩色氧化膜,彩色氧化膜薄厚为0.25-4).50mg/cm2。棕化解决工艺(程度棕化)是正在内层铜箔上构成一层无机膜。内层板解决工艺作用有:

 

  1、 增多内层铜箔与树脂接触的比名义,使二者之间的联合力加强。

 

  2、增多融熔树脂活动时对于铜箔的无效潮湿性,使活动的树脂有充足的威力伸人氧化膜中,固化后展示微弱的抓地力。

 

  3、 阻绝低温下液态树脂中固化剂双氰胺的合成一潮气对于铜面的反应。

 

  4、使多层板正在湿流水线岁序中进步抗酸威力、防止妃色圈。四、层压参数的无机婚配多层板层压参数的掌握次要系指层压"量度、压力、工夫"三者的无机婚配。

 

  1、量度、层压进程中有多少个量度参数比拟主要。即树脂的熔化量度、树脂的固化量度、热盘设容量度、资料实践量度及升压的进度变迁。熔化量度系量度降低到70℃时树脂开端凝结。正是因为量度的进一步降低,树脂进一步凝结并开端活动。正在量度70-140℃这段工夫内,树脂是易流体,正是因为树脂的可流性,才保障树脂的填胶、潮湿。随着量度逐步降低,树脂的活动性阅历了一度由小变大、再到小、化学当量度到达160-170℃时,树脂的活动度为0,那时的量度称为固化量度。为使树脂能较好的填胶、潮湿,掌握好升压速率就得很重 要,升压速率是层压量度的详细化,即掌握几时量度升到多高。升压速率的掌握是多层板层压质量的一度主要参数,升压速率正常掌握为2-4℃/MIN。升压速率与PP没有同型号,单位等亲密有关。对于7628PP升压速率能够快小半即为2-4℃/min、对于1080、2116PP升压速率掌握正在1.5-2℃/MIN同声PP单位多、升压速率没有能太快,由于升压速率过快,PP的潮湿性差,树脂活动性大,工夫短,简单形成滑板,反应层压质量。热盘量度次要起源于钢盘、誊写钢版、皮牛纸等的预热忱况,正常为180-200℃。

 

  2、压力、多层板层压压力大小是以树脂是否填充层间空泛, 排尽层间气体和蒸发物为根本准则。因为热压机分非真空压机和抽真空热压机,因而从压力起程有一段加压。二段加压和多段加压多少种形式。正常非真空压机采纳正常加压和二段加压。抽真空机采纳二段加压和多段加压。对于高、精、细多层板一般采纳多段加压。压力大小正常依据P P供给商需要的压力参数肯定,正常为15-35kg/cm2。

 

  3、工夫、工夫参数次要是层压加压机遇的掌握、升压机遇的掌握、凝胶工夫等范围。对于二段层压和多段层压,掌握好主压的机遇,肯定好初压到主压的转换时辰是掌握好层压品质是非的要害。若强加主压工夫过早,会招致腾出树脂、流胶太多,形成层压板缺胶、板薄,以至滑板等没有良景象。若强加主压工夫过迟,则会形成层压粘结界面没有牢、空泛、或者有卵泡等缺点。

 

  因而如何肯定好层压量度、压力、工夫软体参数是多层板层压加工的要害技能,依据积年层压理论经历以为层压软体参数"量度、压力、工夫"无机婚配,只要正在先试压OK的根底上,能力肯定现实的"量度、压力、工夫"软体参数。但"量度、压力、工夫"参数可依据没有同的PP结合构造、没有同的PP供给商、没有同的PP型号、以及PP自身特点的没有同肯定与之绝对于应的层压参数。

 

多顶层PCB:高密度互联时期的中心技能打破

随着5G通讯、AI芯片及高功能打算设施的迸发式增加,电子零碎对于PCB的集成度与信号完好性请求延续攀升。多顶层PCB(一般指8层及之上)凭仗其高密度布线、抗搅扰威力及三维封装劣势,变化高端电子设施的中心载体。白文从设想原理、打造难题及前沿技能立场,讨论多顶层PCB的技能演进与财物化门路。

 

一、多顶层PCB的技能特色与设想应战

层间架设设想?

 

垂范构造?:8-32层为支流,超高端货物可达64层(如HBM存储重叠基板)。中心层采纳“信号层-电源层-接地板”交替排布,经过盲孔(Blind Via)、埋孔(Buried Via)完成跨层互联。信号完好性(SI)?:正在20 GHz之上高频段,需经过电磁场仿真优化传输线阻抗(如差分对于100 Ω),串扰(Crosstalk)需掌握正在-40 dB以次。

资料取舍?

 

基材?:低消耗介质(如松下MEGTRON 6,Dk=3.7@10 GHz,Df=0.0015)变化支流,陶瓷填充PTFE用来毫米波频段。

铜箔?:超低轮廓(VLP)铜箔(Rz≤3 μm)缩小趋肤效应消耗。

热治理应战?

 

多层PCB热阻叠加招致全部温升(如CPU周边达120°C),需嵌入非金属芯(如铝基)、导电通孔(Thermal Via)及石墨烯散热层。

 

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二、打造工艺的中心难题

层压对于准精密度?

 

层间对于位差役需≤25 μm,采纳X射线钻靶(X-Ray Drilling)与AOI(主动光学检测)实时校准。

微孔加工技能

激光钻孔:CO2/UV激光完成微孔直径≤50 μm,深径比10:1(如0.1 mm孔深)。

镀银填孔:脉冲镀银工艺确保孔内铜厚匀称性(±10%),防止空泛缺点。

阻抗掌握

篆刻弥补算法静态调动线宽(±5 μm),铜厚差役需≤3%以保持阻抗分歧性。

翘曲掌握?

 

多层压合后翘曲度请求≤0.7%(IPC-6012规范),经过对于称层设想、低CTE(热收缩系数)资料及应力开释工艺完成。

 

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三、垂范使用场景

5G基站AAU

 

华为64层AAU主板集成1024个地线振子,采纳混压构造(FR4+高频PTFE),插损<0.2 dB/cm@28 GHz。

AI效劳器

 

NVIDIA DGX H100的18层PCB集成10万+过孔,支撑72 GT/s PCIe 5.0信号传输,串扰抑止比达-45 dB。

 

 

四、将来技能趋向

超高密度互连(HDI)

 

mSAP(改进型半加成法)工艺完成线宽/线距≤15/15 μm,搭配恣意层互连(Any-layer HDI),满意3D IC封装需要。

嵌入无源部件

 

正在介质层内集成库容(如AVX的Embedded Capacitor Material)、电感,缩小名义贴装机件(SMD)单位,晋升牢靠性。

资料翻新

 

二维资料(如石墨烯)用来高频高速传输,试验室已完成Df≤0.0005@100 GHz的打破。

增材打造技能

 

喷墨打印导热银浆间接成型路线,合作3D打印介质层,可打造非立体异形PCB(如曲面部手机主板)。

智能化检测

 

AI驱动的AOI零碎经过深浅进修辨认微裂纹、孔铜没有均等缺点,检测频率晋升300%,误报率低于0.1%。

 

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