高性能高頻多層混壓電路板技術研究與應用

2022-06-11 11:36:17班萬平

今日自動化 2022年4期

班萬平

[摘? ? 要]隨著我國的電子行業興起，普通的電路板已經難以適應當前電子設備要求的質量，包括電路板的適應性、物理強度、信息傳遞效率、工作精度以及各種參數和指標。為了彌補電路板的劣勢，高性能高頻多層混壓電路板技術應運而生，這種高頻混壓電路板，使用多種材料疊構而成，利用高分子導電膜沉孔技術、半固化片、弧形隔齒固定技術等，在制作技術上與其他電路板相比有著不少優點，保證了電路板的低功耗高效率、良好的耐熱性和適應性、高精度以及特性阻抗，能夠應用在各種領域中。文章通過對高頻混壓電路板的制作技術、優勢以及應用前景等角度，對高頻混壓電路板的特性做一個簡單的闡述。

[關鍵詞]高性能電路板;高頻多層混壓電路板;電路板技術;技術應用探索

[中圖分類號]TN41 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–00–03

Research and Application of High-performance High-frequency

Multi-layer Hybrid Circuit Board Technology

Ban Wan-ping

[Abstract]With the rise of my country's electronic industry， ordinary circuit boards have been difficult to meet the quality requirements of current electronic equipment， including circuit board adaptability， physical strength， information transmission efficiency， working accuracy and various parameters and indicators. In order to make up for the disadvantages of circuit boards， high-performance high-frequency multi-layer hybrid circuit board technology came into being. Compared with other circuit boards， it has many advantages in production technology， ensuring low power consumption， high efficiency， good heat resistance and adaptability， high precision and characteristic impedance of the circuit board. Can be applied in various fields. This article briefly expounds the characteristics of the high-frequency mixed-voltage circuit board from the perspective of the production technology， advantages and application prospects of the high-frequency mixed-voltage circuit board.

[Keywords]high-performance circuit board; high-frequency multi-layer mixed-voltage circuit board; circuit board technology; technology application exploration

隨著我國科技的發展，我國對電子產品行業有了更全面的要求，一定要具備加工成型以及適應性，在耐熱方面達到一定的標準，在信號傳輸的方面，一定要保障延時短、信號失真率低，保障信號傳輸不受損失，在介電特性方面，其低介質損耗因素Df與低介電常數Dk這兩個重要指標，能夠在溫度頻率以及濕度等環境的變化下保持穩定工作，不會發生太大的改變，最后還要具有高精度控制的特性阻抗Zo。以往傳統電路板的制作，已經無法滿足國家對電子產品的新要求，為此發展出了高性能高頻多層混壓電路板，采用多種材料結合疊構設計，實現電路板的高耐熱性、特性阻抗控制、信號傳輸損失小、良好的介電特性，能夠勝任在無線天線、航空航天功、率放大器等精密電子通信設備中，并且由于混壓電路板的結構特性，可以適應多種不同的工作環境中，具有良好的應用前景。

1 高頻混壓電路板的制造技術

相對于普通的電路板，只有一種材料構筑基本的電路板，高性能高頻多層混壓電路板，使用多種材料混合疊構，能夠實現節約材料成本，具有較強的抗電磁干擾能力，且合成的種類較多，能夠應用各種不同的電子設備。高頻混壓板的制作需要固定裝置、混壓板以及高頻芯片，其中高頻芯片通過金屬腳，與混壓板中內部凹形槽中的金屬片連接，從而固定在混壓板上，將固定座與固定桿進行固定，并與高頻芯片的底部相接觸。整個材料的應用過程中，通常金屬腳的數量控制在5個左右，且呈環狀分布，在混壓板的凹形槽內必須帶有耐熱圈，方便高頻芯片的固定。而高性能高頻混壓電路板的制作方案，比傳統制作方法還要具有幾項優勢：①通過高分子導電膜沉銅技術，改善沉銅效果;②利用高速半固化片開窗內縮值和壓合參數，將板翹程度控制在最低;③通過弧形隔齒固定技術，在利用烘干設備提高電路板的清潔度。

1.1 高分子導電膜沉孔

以FPC孔金屬化流程為例，在生產的過程中容易產生大量廢水，其中含有大量絡合銅離子，清理的時候還需要使用大量甲醛，對施工工人會產生一定危險，而采用高分子導電膜沉銅技術，可以避免沉銅弊端。①可以降低生產成本，節約能源以及保護環境;②也會讓電路板孔內的沉銅效果降低，縮短了制作的時間和工期，更能優化電路板的質量。

1.2 降低板翹程度

通過利用高速半固化片開窗內縮值和壓合參數這項技術，是以高溫高壓將半固化片熱熔，使其處于流動狀態后再變成固化片，是混壓板中銅箔與混壓板黏合的過程，流程中以黑棕化內層基板為基礎，加入熱熔半固化片，定位之后再與銅箔進行黏合排版，再到壓合與鉆定位孔，最后通過外形加工得到外層制作的混壓板。這種在壓合過程中加入半固化片的技術，能夠有效保障混壓板的壓合質量，既不會破壞壓合板中銅箔的電子線路，又不會讓混壓板疏松易碎，更可以有效防止板翹情況的發生。即便面對六層以上的板數，這種方法也能完美適用，首先需要對內層板進行預定位，尤其是孔位與線路必須要良好的對應，這時無論是柳釘定位還是焊點定位，都可以完成半固化片熱熔壓合的操作，詳細過程如圖1所示。

1.3 電路板的烘干

在電路板初步制作完成之后，都會有一段時間的保質期，如果在保質期內不對電路板進行烘干處理的話，很容易在接下來SMT上線制作時發生爆版問題，經過烘烤后的電路板水分更低、焊接效果更強，在翹曲度方面有較大的改善，同時也固定了電路板的尺寸，降低了修補率。而在以往的烘干過程中，裝置過于簡潔，僅設置烘干架本體和套筒裝置，這樣在電路板集體烘干處理的過程中容易發生電路板之間相互摩擦損壞電路板，或是個別元件粘連到其他電路板上，影響電路板的潔凈度。而使用烘干設備弧形隔齒固定技術，則可以有效避免這些問題，在保證效率的同時，增大電路板之間的間隔減少電路板表面碰撞的概率，從而提高電路板的潔凈度以及電路板生產的整體質量和效率。

2 高頻混壓電路板的優點

高頻混壓電路板屬于一種電子頻率較高的電路板，其頻率通常要大于1 GHz或波長，應用領域的頻率也要在300 MHz以上，這就要求電路板的材料要具有良好的化學穩定性和電氣性能，不能因為功率信號增強變增大電路板的損耗，而這種高頻電路板的作用，大多應用于通信系統、衛星系統、無線電傳輸系統等技術參數要求非常高的領域，所以在高頻混壓電路板的生產過程中，必須要求其具有以下幾項優勢。

2.1 高效率低功耗

高頻混壓電路板的介電常數較小，所以電路板的損耗也會更小，主要取決于電路板內的微帶傳輸線的傳輸特性。板材的使用大多為環氧樹脂FR4，該材料的介電常數εr以及損耗因子）tgδ都有良好的表現，按照微帶傳輸線特性阻抗的計算方式，得知線寬與板厚之間對于特性阻抗的影響呈現正相關，由此得出損耗最低的微帶傳輸線，在該傳輸線內信號傳輸的波長與相速都達到了高頻標準，傳輸速率極快，且具有非常高的穩定性，從而保證電路板的運行效率，詳細情況見表1。另外在表面導體導電率、抗彎強度以及表面光潔度等硬性指標也十分不錯，生產過程又節能環保。

2.2 可調控性大

在各行各業對高頻電路板的要求中，其中對精密金屬材質的加熱處理較高，一般的材質難以抵抗高溫，很容易在溫度較高的情況下發生溶解、斷路等情極大地阻礙阻礙了電路板的正常工作，而在高性能高頻混壓電路板的制作中，能夠利用獨特的工藝實現增強高頻混壓電路板的可調控性，從而能夠對不同深度的部件加熱，甚至局部的重點加熱也能勝任，無論是分散性還是集中性的加熱方式，表面層或者深層次的操作領域，高頻混壓電路板都能夠輕松完成對金屬材料的加熱處理。

2.3 電路板種類繁多，耐受性和適應性廣泛

除了使用環氧樹脂FR4作為基礎材料制作的高性能高頻混壓電路板，還可以使用其他材料，如多脂氟乙烯PTFE、改性環氧樹脂FR4以及聚四氟乙烯玻璃布F4等。由這些材料制成的高性能高頻混壓電路板又分RO3000系列、RO4000系列、F4B-1/2系列以及TL系列等。這些不同材料不同系列的高頻混壓電路板，對應的使用場合也有所不同，大到航空航天，小到家用電器。能夠應用廣泛，主要是因為這些電路板都各具特點，有些具有耐化學腐蝕性，有些具有一定的抗潮能力，還有一些耐高溫和剝離強度大等優點。

3 高頻混壓電路板的應用領域

3.1 汽車防碰撞系統

在日常交通方面，汽車是人們最普遍的交通工具，但汽車也有諸多的安全隱患。例如，追尾。碰撞事物就頻繁發生，大多數碰撞起因主要是司機部分方位出現盲區，或是在開車時注意力不集中，無意間超速或低速導致的。為了防止這類情況的發生，汽車防碰撞系統應運而生，它主要的作用是協助司機避免高速、低速、偏離軌道，甚至還可以通過影像分析，實現追尾預警、碰撞預警等提示功能，從而避免發生車禍。為了能讓汽車防碰撞系統，能夠正常工作，對電路板方面的準確性以及高效性都有著一定要求，在超大量的運算工作下，普通的電路板難以勝任，工作中容易出現電路板燒毀、斷路等情況，而高性能高頻混壓電路板，在工作中能夠保證系統的準確性和穩定性。

3.2 航空航天領域

我國在航空航天的領域也在積極探索，并且取得了良好的成就，這其中就離不開高性能高頻混壓電路板的應用。一旦涉及太空領域，就必須考慮到電路板的工作環境已經處于一個真空、低壓、低溫的狀態，并且電路板要工作的涵蓋遠距離信號傳輸、圖像、音頻的采集，要求電路板具有良好的精度、物理性能以及技術參數，這些往往是普通電路板不具備的。

3.3 光電信號、無線電的傳輸

對比普通電路板的高介電常數，高頻混壓電路板的介電常數更低在信號傳輸上更快，利用這一優點能夠將高頻混壓電路板應用在無線信號的傳輸上。例如，高空信號基站，在信號傳輸的過程中，信號基站往往會接收和轉發大量信息，讓基站的功率增大，而高平混壓電路板不僅具有信號傳輸效率上的優勢，同時在能耗上也更低，能夠維持信號基站的穩定。同時我國各個不同地區的環境也會有所不同，部分高空基站會處于潮濕環境當中，普通電路板難以應對潮濕環境，但高頻混壓電路板的適應性則可以完全勝任。

4 結束語

高頻混壓電路板對比普通電路板而言具有諸多優勢，包括在生產工藝上的技術，以及具有耐熱性、高功率低能耗、適應范圍廣控制性強等特點，基于這種特點和優勢，能夠將高頻混壓電路板應用在各種不同的領域中，具有良好的發展前景。

參考文獻

[1] 林金堵.世界PCB市場有多大？[J].印制電路信息，2012（10）：5-7，10.

[2] 蔡積慶.各種PCB的技術動向[J].印制電路信息，2012（9）：12-19.

[3] 祝大同.高導熱性PCB基板材料的新發展（二）[J].覆銅板資訊，2012（4）：5.

[4] 張家亮.2011年全球PCB市場總結及其未來發展預測[J].覆銅板資訊，2012（3）：10.

[5] 李瑛，陳苑明，何為，等.高頻混壓多層板散熱性能的局限與改善[J].印制電路信息，2012（2）：4.

[6] 陸彥輝，何為，周國云，等.高頻高速印制板材料導熱性能的研究進展[J].印制電路信息，2011（12）：5.

[7] 王棟，林玉敏，季興橋.高低頻復合基板研究[J].電子工藝技術，2011，32（2）：5.

[8] 楊宏強.全球PCB產業和頂尖PCB企業現狀分析（2010）[J].印制電路信息，2011.

[9] 崔玉美.高速電路PCB板的反射問題分析及仿真[J].計算機應用與軟件，2010，27（11）：3.