1、前言

　　眾所周知，我們將波長(zhǎng)短于300mm或頻率高于1000MHz（1GHz）之電磁波，稱(chēng)為微波。微波印制板是指在特定的微波基材覆銅板上，利用普通剛性印制板制造方法生產(chǎn)出來(lái)的微波基板。

　　在印制板導(dǎo)線(xiàn)的高速信號(hào)傳輸線(xiàn)中，一類(lèi)是高頻信號(hào)傳輸類(lèi)電子產(chǎn)品，這一類(lèi)產(chǎn)品是與無(wú)線(xiàn)電的電磁波有關(guān)，它是以正弦波來(lái)傳輸信號(hào)的產(chǎn)品，如雷達(dá)、廣播電視和通訊（移動(dòng)電話(huà)、微波通信、光纖通信等）。

　　為了達(dá)到高速傳送，對(duì)微波印制板基板材料在電氣特性上有明確的要求。在提高高速傳送方面，要實(shí)現(xiàn)傳輸信號(hào)的低損耗、低延遲，必須選用介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切小的基板材料。高速傳送的基板材料，一般有陶瓷材料、玻纖布、聚四氟乙烯、其它熱固性樹(shù)脂等。在所有的樹(shù)脂中，聚四氟乙烯的介電常數(shù)（εr）和介質(zhì)耗角正切（tanδ）最小，而且耐高低溫性和耐老化性能好，最適合于作高頻基板材料，是目前采用量最大的微波印制板制造基板材料。

　　隨著3G通訊的迅猛發(fā)展，設(shè)計(jì)者對(duì)印制板介質(zhì)材料的選擇，更加復(fù)雜。遙想當(dāng)年，材料的選擇是基于價(jià)格和性能的抉擇。通常來(lái)講，設(shè)計(jì)師選擇材料時(shí)，注重的往往是電性能指標(biāo)、溫度穩(wěn)定性、頻率穩(wěn)定性和熱膨脹系數(shù)指標(biāo)。

　　反過(guò)來(lái)，相當(dāng)于微波印制板的制造者來(lái)說(shuō)，更加關(guān)注的是微波材料的可加工特性。在微波印制板的制作過(guò)程中，鉆孔、孔金屬化前的活化處理、金屬化孔制作、層壓及表面涂敷處理等工序的加工及過(guò)程控制，將直接制約著最終微波印制板的質(zhì)量及可靠性。

　　縱觀(guān)微波印制板的加工歷史，經(jīng)歷了簡(jiǎn)單雙面微帶板的制作、雙面耦合微波板的制作、孔金屬化微波印制板的制作，以及目前方興未艾的微波多層印制板的制作。林林總總，所有這些，都是建立在印制板制作工藝技術(shù)不斷提升的基礎(chǔ)之上。

　　在多層微波印制板的制造方面，美國(guó)同行已掌握并實(shí)現(xiàn)了多種型號(hào)雙面微波層壓板基材的微波印制板多層化制造技術(shù)。其中包括微波介質(zhì)基板多層化層壓制造、金屬化孔互連及埋/盲孔制造、多層微波印制板電裝及耐環(huán)境保護(hù)性阻焊膜制造、多層微波線(xiàn)路表面電鍍鎳金以及多層微波印制基板的三維數(shù)控銑加工等制造技術(shù)。

　　2、微波覆銅箔板材料的特性

　　毋庸置疑，在目前微波多層板的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，選用較多的是介電常數(shù)為2.94的聚四氟乙烯覆銅箔板材料。由于制造的工藝實(shí)現(xiàn)，需依據(jù)不同微波板材的各性特性，所以通過(guò)以下簡(jiǎn)介，希望給各位一個(gè)初步認(rèn)識(shí)。

　　這里著重介紹的是一種陶瓷粉填充、玻璃短纖維增強(qiáng)的聚四氟乙烯（PTFE）微波覆銅箔板材料，通過(guò)它的多層化加工，可以實(shí)現(xiàn)微波多層印制板的制造。此類(lèi)材料應(yīng)用最多的是美國(guó)Rogers公司生產(chǎn)的RT / duroid 6002板材，它具有以下顯著特點(diǎn)：

　?。?）卓越的高頻低損耗特性；
（2）嚴(yán)格的介電常數(shù)和厚度控制；
（3）極佳的電氣和機(jī)械性能；
（4）極低的介電常數(shù)熱系數(shù)；
（5）與銅相匹配的平面膨脹系數(shù)；
（6）低Z軸膨脹；
（7）低的逸氣性，是空間應(yīng)用的理想材料。

　　由于具有上述之種種優(yōu)點(diǎn)，目前該種微波高頻介質(zhì)材料廣泛應(yīng)用于以下諸方面：

　?。?）相列天線(xiàn)；
（2）地面和機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)；
（3）全球定位系統(tǒng)天線(xiàn)；
（4）大功率底板；
（5）高可靠性復(fù)雜多層線(xiàn)路；
（6）商業(yè)用航空防撞系統(tǒng)；

　　此種高頻介質(zhì)板材RT / duroid 6002的主要性能，參見(jiàn)表1。

表1 RT / duroid 6002微波印制板材性能一覽

　　3、微波印制板多層化制造工藝流程

　　微波多層板的制造，按照設(shè)計(jì)的需求，可以有多種實(shí)現(xiàn)途徑。鑒于設(shè)計(jì)具體需求的差異，可采取各自不同的工藝路線(xiàn)。以下列出的是一種典型微波多層板的制造工藝流程：

　?。?）光繪模版及內(nèi)層圖形制作：

（2）層壓制作及表面涂覆：

　　4、討論

　　由于微波多層板所需用介質(zhì)材料的特點(diǎn)，給多層板的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了一系列問(wèn)題。例如，多層板制造用粘結(jié)片的選擇、多層微波印制板的層壓實(shí)現(xiàn)方式、以及聚四氟乙烯類(lèi)微波多層印制板的孔金屬化制造前的材料表面活化處理，都將是微波多層印制板工藝所必須加以深入研究的課題。下面，將簡(jiǎn)單加以介紹。

　　4.1 微波印制板多層化制造的粘結(jié)片選擇

　　眾所周知，無(wú)論何種形式多層板的制造實(shí)現(xiàn)技術(shù)，基本離不開(kāi)層壓實(shí)現(xiàn)所發(fā)揮重要作用的粘結(jié)片材料。目前，包括美國(guó)ROGERS公司、美國(guó)ARLON公司和美國(guó)TACONIC公司在內(nèi)，均有針對(duì)其不同類(lèi)型微波介質(zhì)基板材料，實(shí)現(xiàn)多層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，可用于層壓制造，現(xiàn)將各公司半固化片情況綜合列表如下。

表2半固化片性能一覽

　　從上述表2所列粘結(jié)片材料來(lái)看，微波多層印制電路板的制造將會(huì)較為復(fù)雜，由于各類(lèi)型粘結(jié)片的特性差異，在選用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的困難，最終將需一個(gè)持續(xù)探索和研究的過(guò)程。

　　4.2 微波印制板多層化制造的層壓控制

　　由于粘結(jié)片選用類(lèi)型的差異，相應(yīng)之層壓制造工藝，將會(huì)有所區(qū)別。這里將選用幾種粘結(jié)片材料來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。

　　4.2.1 半固化片25FR層壓工藝研究

表3 層壓過(guò)程溫度記錄（25FR）

　　4.2.2 半固化片SpeedBoard C低Tg層壓工藝研究

表4 層壓過(guò)程溫度記錄（SPEEDBOARD C）

　　4.2.3　半固化片RO4450B層壓工藝研究

表5 層壓過(guò)程溫度記錄（4450B）

　　4.3 孔金屬化制造前材料表面活化問(wèn)題

　　由于聚四氟乙烯材料的憎水性及其表面能很低的特性，其印制板孔金屬化不同于常規(guī)的印制板，對(duì)它進(jìn)行孔金屬化和電鍍是很困難的。而金屬化孔質(zhì)量的好壞直接影響多層微波基板的質(zhì)量。

　　眾所周知，對(duì)于聚四氟乙烯高頻多層印制電路板的孔金屬化制造，其最大的難點(diǎn)是化學(xué)沉銅前的活化前處理，也是最為關(guān)鍵的一步。

　　有多種方法可用于化學(xué)沉銅前處理，但總結(jié)起來(lái)，能達(dá)到保證產(chǎn)品質(zhì)量并適合于批生產(chǎn)的，主要有以下兩種方法：

　　4.3.1 化學(xué)處理法

　　金屬鈉和萘，于非水溶劑如四氫呋喃或乙二醇二甲醚等溶液內(nèi)反應(yīng)，形成一種萘鈉絡(luò)合物。各組份之配比請(qǐng)參見(jiàn)下表6。
該鈉萘處理液，能使孔內(nèi)之聚四氟乙烯表層原子受到浸蝕，從而達(dá)到潤(rùn)濕孔壁的目的。此為經(jīng)典成功的方法，效果良好，質(zhì)量穩(wěn)定。

　表6 鈉萘處理液各組份配比示例

　　世事無(wú)絕對(duì)，凡事都要采取一分為二的態(tài)度。對(duì)于此種聚四氟乙烯鈉萘處理液來(lái)說(shuō)，也有其制備、使用和儲(chǔ)存方面不易的一面，簡(jiǎn)述如下：

　?。?）該種聚四氟乙烯鈉萘處理液之制備反應(yīng)，屬非水溶劑化反應(yīng)（類(lèi)似于有機(jī)合成之格氏反應(yīng)）。對(duì)于具備一定化學(xué)合成經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，尚不能保證每次合成之成功率。對(duì)于不具備此類(lèi)水平的人員來(lái)講，實(shí)現(xiàn)該處理液的配制，較為困難。

　?。?）由上可知，制備前對(duì)反應(yīng)瓶的去水之烘干處理很重要。

　　（3）上述反應(yīng)，需在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下進(jìn)行。因此，對(duì)反應(yīng)裝置的搭建，需進(jìn)行一定的考慮，并善于進(jìn)行總結(jié)。

　?。?）該反應(yīng)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，而此反應(yīng)成功之關(guān)鍵之一，是確保反應(yīng)過(guò)程藥液溫度需低于5℃?？赏ㄟ^(guò)冰浴或冰鹽浴來(lái)保證。

　　（5）作為反應(yīng)主要成份的金屬鈉，易燃，危險(xiǎn)性大。一方面需專(zhuān)人管理，另一方面在反應(yīng)前需對(duì)其進(jìn)行小塊化處理，只有這樣，才能確保該種聚四氟乙烯鈉萘處理液的成功合成。有時(shí)，金屬鈉來(lái)料質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到最終之成敗。

　?。?）最后，對(duì)于鈉萘處理液來(lái)講，其毒性大，且保質(zhì)期較短，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行配制。不用時(shí)，選用棕色細(xì)口瓶進(jìn)行密閉保存。此外，采用該處理液對(duì)聚四氟乙烯進(jìn)行孔壁作用后，可將其及時(shí)倒回棕色瓶?jī)?nèi)，留作下回再次使用。

　　4.3.2 等離子體處理法（PLASMA）

　　等離子體，是指像紫色光、霓虹燈光一樣的光，也有稱(chēng)其為物質(zhì)的第四相態(tài)。等離子體相態(tài)是由于原子中激化的電子和分子無(wú)序運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，所以具有相當(dāng)高的能量。

　?。?）機(jī)理：

　　在真空室內(nèi)部的氣體分子里施加能量（如電能），由加速電子的沖撞，使分子、原子的最外層電子被激化，并生成離子，或反應(yīng)性高的自由基。

　　如此產(chǎn)生之離子、自由基被連續(xù)的沖撞和受電場(chǎng)作用力而加速，使之與材料表面碰撞，并破壞數(shù)微米范圍以?xún)?nèi)的分子鍵，誘導(dǎo)削減一定厚度，生成凹凸表面，同時(shí)形成氣體成分的官能團(tuán)等表面的物理、化學(xué)變化，提高鍍銅粘結(jié)力、除污等作用。

　　上述等離子體處理用氣體常見(jiàn)的有氧氣、氮?dú)夂退姆細(xì)狻Ｏ旅嫱ㄟ^(guò)由氧氣和四氟化碳?xì)馑M成之混合氣體，舉例說(shuō)明等離子體處理之機(jī)理：

　　（2）用途：

　　1、凹蝕 / 去孔壁樹(shù)脂沾污；

　　2、提高表面潤(rùn)濕性（聚四氟乙烯表面活化處理）；

　　3、采用激光鉆孔之盲孔內(nèi)碳的處理；

　　4、改變內(nèi)層表面形態(tài)和潤(rùn)濕性，提高層間結(jié)合力；

　　5、去除抗蝕劑和阻焊膜殘留。

　　（3）舉例：

　　A．純聚四氟乙烯材料的活化處理

　　對(duì)于純聚四氟乙烯材料的活化處理，是采用單步活化通孔工藝。所用氣體絕大部分是氫氣和氮?dú)獾慕M合。

　　待處理板無(wú)需加熱，因?yàn)榫鬯姆蚁┍惶幚沓苫钚?，?rùn)濕性有所增加。真空室一旦達(dá)到操作壓力，啟用工作氣體和射頻電源。

　　大多數(shù)純聚四氟乙烯板的處理僅需約20分鐘。然而，由于聚四氟乙烯材料的復(fù)原性能（回復(fù)到不潤(rùn)濕表面狀態(tài)），化學(xué)沉銅之孔金屬化處理需在經(jīng)等離子體處理后的48小時(shí)內(nèi)完成。

　　B．含填料聚四氟乙烯材料的活化處理

　　對(duì)于含填料的聚四氟乙烯材料制造的印制電路板（如不規(guī)則的玻璃微纖維、玻璃編織增強(qiáng)和陶瓷填充之聚四氟乙烯復(fù)合物），需兩步處理。

　　第一步，清潔和微蝕填料。該步典型之操作氣體為四氟化碳?xì)?、氧氣和氮?dú)狻?/p>

　　第二步，等同于前述純聚四氟乙烯材料表面活化處理所采用的一步法工藝。

　　 5、結(jié)論

　　各類(lèi)通訊用特種印制板之一的微波印制板，尤其是聚四氟乙烯類(lèi)微波材料的運(yùn)用，在原有對(duì)印制板之單、雙面制造要求的基礎(chǔ)上，逐漸向微波多層化電路板制造方向邁進(jìn)。這種微波多層印制電路板有別于傳統(tǒng)意義上的多層印制板，由于其層壓制造之特殊性，除了微波多層板粘結(jié)材料的選擇、微波多層板的層壓制造、以及微波多層板的孔金屬化前活化處理，必須認(rèn)真研究對(duì)待以外，對(duì)層間重合精度、圖形制作精度、層間介質(zhì)層厚度一致性、鍍層均勻性及涂覆類(lèi)型，也提出了更為苛刻的要求。

　　進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，無(wú)論是各類(lèi)微波多層印制板的設(shè)計(jì)需求數(shù)量，還是制造工藝要求質(zhì)量，都在迅速發(fā)展之中。由于其獨(dú)特的產(chǎn)品特征，在電子、通信、汽車(chē)、軍事、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域中將大顯身手，未來(lái)的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。