微波复合基材PCB板的特种制造工艺技术

鞠维国

（哈尔滨电工仪表研究所 黑龙江 哈尔滨 150081）

0 概述

高频（>1 GHz）领域的PCB与普通的PCB板不同，不仅起着结构件、连接件的作用，更重要的还起着功能器件的作用，是用PCB板制造工艺生产出来的微波器件。

通过我们对核磁共振设备的功率板的研究制造过程，得到了在普通PCB工艺之外的一些心得。

根据产品设计，PCB板采用了介电常数为10的复合聚四氟乙烯复合基材，厚度1.0mm，基板为聚四氟复合材料，表面铜箔厚度10μm。

在研制过程中，在掩膜制作、数控钻孔、孔金属化、图形电镀方面采用了不同于常规PCB生产的新工艺技术。

1 掩膜制作

目标PCB板的设计图形对导线的宽度、长度、转弯半径都有严格要求，而通常所用的光绘机属于点阵输出，其离散性和漂移性，使其出片的光滑度和位置精确度都远远达不到本产品的要求。而用绘图仪绘制的原图，由于纸张温、湿度系数的各向异性，绘图墨水浸润性，使得用以上方法的实验全都没有达成要求。

经过多次实验，确定了刻图拍照法制作掩膜的工艺。首先按10：1比例将所有图形外轮廓的表述函数计算出来，用高精度刻图机刻出红膜。再使用微密工业相机拍出底片。拍照时选择1：10.70到1：9.30范围内进行实验，最后确定1：10.13比例出片。

2 数控钻孔

研制过程中发现，由于基材的硬度较低，常规的的钻孔工艺使板面孔位周围基材形成形变，一面下凹，另一面凸起，使基材性状发生改变，影响到电气性能。

通过实验，钻头使用“大头”系列的硬质合金定柄钻，每根钻头钻孔数不超过1000孔。每组数控组件内只装一块覆铜板，上垫板为厚度1.0mm的FR－4板，下垫板为厚度2.0mm的铝板。

3 孔金属化

在孔金属化的研究过程中。我们对等离子技术、钠萘溶液处理技术、化学溶液处理技术进行了研究。

3.1 等离子技术

由于等离子技术使材料重的c-F键中的F原子受等离子体中的粒子作用，由原来的基态处于亚稳活化状态，使得物体表面能升高，因而亲水性、润湿性变好。

实验中复合聚四氟乙烯基材通过等离子体处理之后，达到很好的孔化效果。但由于实验设备的真空腔体积太小，而本次研制的产品尺寸相对大，无法投入实际使用。

3.2 钠萘溶液处理

钠萘溶液处理属于化学表面改性的处理方法，作用于材料的c-F键使材料表面易于浸润。

实验中经过钠萘处理、沉铜后的PCB板，通过检孔镜发现：孔内铜层疏松，有大量的空洞。通过多次返工调整工艺参数，空洞仍然未避免，经分析得出结论是本复合基材内其他材料被钠萘溶液大量侵蚀，所以无法使用钠萘工艺进行处理。

3.3 氢氟酸处理

为了提高孔内表面润湿性，我们开发了新型的处理溶液。处理后，效果十分明显。不仅消除了孔内的沉铜空洞，而且增加了化学镀铜层与孔壁的结合力，达到了产品要求。

研究中试验了20%－5%含量的氢氟酸溶液，最终采用10%氢氟酸溶液、20－25℃、60－80秒、保持孔内溶液流动。 处理后经流动水洗3分钟后进入后面的工艺。

4 图形电镀

由于微波信号的集肤效应，所以要求印制导电图形的外表面电阻低。铅锡合金因其电阻率较高，信号衰减大而被排除掉；银的电阻率最低，但其化学稳定性差、易氧化，氧化后的表面电阻率大大增加，致使工作点漂移，也不适用；金的电阻率不是最低，但其良好的化学稳定性，和工艺的可控性让我们最终选择了电镀金作为导线的表面材 料，同时也作为蚀刻时的抗腐蚀层。

PCB镀金通常都是先镀金属镍然后在镍层上镀金，但镍的电阻率太高，会严重影响产品性能，所以本工艺采用直接电镀金作为抗蚀层和最终PCB板的表面涂覆层。这样就要求镀金层致密完整，为此专门设计了脉冲电源和恒温流态化电镀槽，保证镀层的的致密性和电镀的高效率，满足了工艺要求。

蚀刻完成之后，由于铜箔断面仍然裸露着，所以又在成型之后进行化学浸金处理，这样完成了PCB板的表面涂覆工作。

5 结论

微波复合PCB板与普通环氧玻璃布PCB板相比，将数字电路和射频电路(RF)合为一体，有利于电子设备的小型化、轻量化、降低功耗、提高安全性，具有广阔的应用前景。在制造高频微波用聚四氟乙烯复合PCB板的过程中，把握特殊的处理工艺，完全可以在普通的PCB生产线上进行加工生产。以上内容是我们在研究开发和生产过程中总结出的一些经验，供同行参考，不当之处多提宝贵意见。

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