微波復合基材PCB板的特種制造工藝技術

鞠維國

（哈爾濱電工儀表研究所 黑龍江 哈爾濱 150081）

0 概述

高頻（>1 GHz）領域的PCB與普通的PCB板不同，不僅起著結構件、連接件的作用，更重要的還起著功能器件的作用，是用PCB板制造工藝生產出來的微波器件。

通過我們對核磁共振設備的功率板的研究制造過程，得到了在普通PCB工藝之外的一些心得。

根據產品設計，PCB板采用了介電常數為10的復合聚四氟乙烯復合基材，厚度1.0mm，基板為聚四氟復合材料，表面銅箔厚度10μm。

在研制過程中，在掩膜制作、數控鉆孔、孔金屬化、圖形電鍍方面采用了不同于常規PCB生產的新工藝技術。

1 掩膜制作

目標PCB板的設計圖形對導線的寬度、長度、轉彎半徑都有嚴格要求，而通常所用的光繪機屬于點陣輸出，其離散性和漂移性，使其出片的光滑度和位置精確度都遠遠達不到本產品的要求。而用繪圖儀繪制的原圖，由于紙張溫、濕度系數的各向異性，繪圖墨水浸潤性，使得用以上方法的實驗全都沒有達成要求。

經過多次實驗，確定了刻圖拍照法制作掩膜的工藝。首先按10：1比例將所有圖形外輪廓的表述函數計算出來，用高精度刻圖機刻出紅膜。再使用微密工業相機拍出底片。拍照時選擇1：10.70到1：9.30范圍內進行實驗，最后確定1：10.13比例出片。

2 數控鉆孔

研制過程中發現，由于基材的硬度較低，常規的的鉆孔工藝使板面孔位周圍基材形成形變，一面下凹，另一面凸起，使基材性狀發生改變，影響到電氣性能。

通過實驗，鉆頭使用“大頭”系列的硬質合金定柄鉆，每根鉆頭鉆孔數不超過1000孔。每組數控組件內只裝一塊覆銅板，上墊板為厚度1.0mm的FR－4板，下墊板為厚度2.0mm的鋁板。

3 孔金屬化

在孔金屬化的研究過程中。我們對等離子技術、鈉萘溶液處理技術、化學溶液處理技術進行了研究。

3.1 等離子技術

由于等離子技術使材料重的c-F鍵中的F原子受等離子體中的粒子作用，由原來的基態處于亞穩活化狀態，使得物體表面能升高，因而親水性、潤濕性變好。

實驗中復合聚四氟乙烯基材通過等離子體處理之后，達到很好的孔化效果。但由于實驗設備的真空腔體積太小，而本次研制的產品尺寸相對大，無法投入實際使用。

3.2 鈉萘溶液處理

鈉萘溶液處理屬于化學表面改性的處理方法，作用于材料的c-F鍵使材料表面易于浸潤。

實驗中經過鈉萘處理、沉銅后的PCB板，通過檢孔鏡發現：孔內銅層疏松，有大量的空洞。通過多次返工調整工藝參數，空洞仍然未避免，經分析得出結論是本復合基材內其他材料被鈉萘溶液大量侵蝕，所以無法使用鈉萘工藝進行處理。

3.3 氫氟酸處理

為了提高孔內表面潤濕性，我們開發了新型的處理溶液。處理后，效果十分明顯。不僅消除了孔內的沉銅空洞，而且增加了化學鍍銅層與孔壁的結合力，達到了產品要求。

研究中試驗了20%－5%含量的氫氟酸溶液，最終采用10%氫氟酸溶液、20－25℃、60－80秒、保持孔內溶液流動。 處理后經流動水洗3分鐘后進入后面的工藝。

4 圖形電鍍

由于微波信號的集膚效應，所以要求印制導電圖形的外表面電阻低。鉛錫合金因其電阻率較高，信號衰減大而被排除掉；銀的電阻率最低，但其化學穩定性差、易氧化，氧化后的表面電阻率大大增加，致使工作點漂移，也不適用；金的電阻率不是最低，但其良好的化學穩定性，和工藝的可控性讓我們最終選擇了電鍍金作為導線的表面材 料，同時也作為蝕刻時的抗腐蝕層。

PCB鍍金通常都是先鍍金屬鎳然后在鎳層上鍍金，但鎳的電阻率太高，會嚴重影響產品性能，所以本工藝采用直接電鍍金作為抗蝕層和最終PCB板的表面涂覆層。這樣就要求鍍金層致密完整，為此專門設計了脈沖電源和恒溫流態化電鍍槽，保證鍍層的的致密性和電鍍的高效率，滿足了工藝要求。

蝕刻完成之后，由于銅箔斷面仍然裸露著，所以又在成型之后進行化學浸金處理，這樣完成了PCB板的表面涂覆工作。

5 結論

微波復合PCB板與普通環氧玻璃布PCB板相比，將數字電路和射頻電路(RF)合為一體，有利于電子設備的小型化、輕量化、降低功耗、提高安全性，具有廣闊的應用前景。在制造高頻微波用聚四氟乙烯復合PCB板的過程中，把握特殊的處理工藝，完全可以在普通的PCB生產線上進行加工生產。以上內容是我們在研究開發和生產過程中總結出的一些經驗，供同行參考，不當之處多提寶貴意見。

［1］何小艇.電子系統設計[M].浙江大學出版社，2004，6.

［2］王健石，主編.印制電路板技術標準手冊[M].中國標準出版社，2007，4.

［3］毛柏南.印制電路板電鍍[M].化學工業出版社，2008，6.

［4］李曉麟.各種印制電路板設計加工生產工藝技術匯編[M].電子工業出版社，2011，04.

［5］廖承恩.微波技術基礎[M].電子科技大學出版社，2000.

［6］[美]曼特羅斯（Montrose，M.I.）.電磁兼容的印刷電路板設計[M].2版.呂英華，等，譯.機械工業出版社，2008，1.