張軍杰 李會(huì)霞 殷仁友 李加余

（勝宏科技（惠州）股份有限公司，廣東 惠州 516211）

0 前言

當(dāng)今世界電子體系的高頻化的發(fā)展是非?？焖俚?，數(shù)十年來高頻化信號(hào)傳輸在“衛(wèi)星”、“雷達(dá)”系統(tǒng)等發(fā)展與進(jìn)步，主要應(yīng)用于國防軍事、航空航天等方面。目前，國防軍事、航空航天等方面的電子通訊產(chǎn)品大多數(shù)是在100 GHz～1000 GHz，甚至更高。近幾年來，在電子產(chǎn)品高密度化、多功能化和商業(yè)利益的驅(qū)使下，“毫米波”的高頻技術(shù)也迅速“大規(guī)?！奔尤氲缴逃?、家用、個(gè)人等領(lǐng)域，這些領(lǐng)域都在向信號(hào)高頻化和高速數(shù)字化發(fā)展。例如，廣泛應(yīng)用的無線“高清晰度多通道界面（HDMI）”和“無線個(gè)人域網(wǎng)絡(luò)WPAN”系統(tǒng)的信號(hào)傳輸頻率達(dá)到60 GHz，自動(dòng)化的“雷達(dá)”的信號(hào)傳輸頻率達(dá)到77 GHz，而“毫米波”的成像系統(tǒng)的信號(hào)傳輸頻率達(dá)到94 GHz。目前各個(gè)國家對(duì)車載毫米波雷達(dá)分配的頻段各有不同，但主要集中在24 GHz和77 GHz，少數(shù)國家（如日本）采用60 GHz頻段。由于77 GHz相對(duì)于24 GHz的諸多優(yōu)勢(shì)，未來全球車載毫米波雷達(dá)的頻段會(huì)趨同于77 GHz頻段（76～81 GHz）。那么，符合車載毫米波雷達(dá)用的印制電路板（PCB）也有高性能要求，必需采用高頻高速材料。

1 毫米波用PCB的基板材料

1.1 基板的選擇

高頻化信號(hào)傳輸?shù)陌l(fā)展，已經(jīng)強(qiáng)烈要求進(jìn)入以毫米波體系的微波設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，相應(yīng)要求有更薄型、低介電常數(shù)（Dk）、低介電損耗（Df）等高性能PCB的基板材料。在高頻化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中必須細(xì)心地選擇相關(guān)材料，才能達(dá)到既有利于生產(chǎn)加工可行性與生產(chǎn)效率，又能夠達(dá)到高“性能、價(jià)格比”的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

高頻高速材料耐熱性好、信賴性好、加工性能好、Z軸膨脹系數(shù)小，需選用Tg值≥200 ℃的高頻高速板料及半固化片。故在選擇材料時(shí)需要綜合考慮性能，從板材Tg值（玻璃轉(zhuǎn)化溫度）、Td值（熱分解溫度）、X-Y-Z軸膨脹系數(shù)、T260-T288耐熱性、Dk值、Df值、剝離強(qiáng)度、吸水率幾個(gè)方面進(jìn)行綜合評(píng)估，最終選擇B材料進(jìn)行PCB的制作見表1。

表1 B材料主要性能

1.2 粘結(jié)材料的選擇

作為層間粘結(jié)材料半固化片必須有多種類型可供選擇。采用兩種或兩種以上形成的粘結(jié)材料，由于不同的粘結(jié)材料的熔化溫度是不同的，這是對(duì)復(fù)合粘結(jié)材料結(jié)合的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。從性能和成本上看，以毫米波頻率的芯片封裝往往要求有兩種無鹵材料結(jié)合在一起的熱固性基板材料。

2 工程資料設(shè)計(jì)

2.1 工藝流程設(shè)計(jì)

工藝流程圖和層板壓合結(jié)構(gòu)見圖1、圖2所示。

圖1 工藝流程圖

圖2 8層板壓合結(jié)構(gòu)

2.2 相關(guān)信息

相關(guān)產(chǎn)品基本信息見表2、圖3。

3 生產(chǎn)過程制作關(guān)鍵控制點(diǎn)

3.1 內(nèi)層線路制作

3.1.1 內(nèi)層采用分層補(bǔ)償

該板為三種不同的材料混壓，所用樹脂體系均有差，再加上每層芯板厚度不一樣，在內(nèi)層蝕刻后壓合會(huì)導(dǎo)致層間錯(cuò)位。同每個(gè)角2組，1組不加補(bǔ)償用于鉚合后層間對(duì)準(zhǔn)度檢查，1組用于壓合后層間對(duì)準(zhǔn)度的檢查，每層一個(gè)圓環(huán)，層與層之間圓環(huán)相距0.075 mm（見圖3）。

3.1.2 內(nèi)層線路資料尖角補(bǔ)償：分內(nèi)角和外角兩種補(bǔ)償方式（見表4）

表2 產(chǎn)品基本信息

圖3 77 GHz毫米波汽車?yán)走_(dá)PCB

（1）外尖角補(bǔ)償形式：以外角頂點(diǎn)為圓心，半徑R的輔助圓弧耳朵，補(bǔ)償大小定義：先根據(jù)客戶要求計(jì)算完成銅厚，依據(jù)銅厚選擇添加輔助圓弧大小。

表3 分層補(bǔ)償系數(shù)表

（2）內(nèi)尖角補(bǔ)償形式：以內(nèi)尖角補(bǔ)償采用30 ℃內(nèi)切角掏銅設(shè)計(jì)，內(nèi)切角頂點(diǎn)選擇方法，圖形補(bǔ)償后工作稿按單邊虛擬內(nèi)縮L得到圖形交點(diǎn)（見表4）。

3.2 壓合制作

3.2.1 壓合輔助物料選擇及排板方法

為改善壓合時(shí)填膠均勻及平衡板厚，壓力均勻性和輔助材料的緩沖能力很重要，排板時(shí)壓合采用熔鉚結(jié)合技術(shù)壓合，同時(shí)層間采高膨脹鋼板[（16～17）×10-6/℃與銅箔的熱膨脹系數(shù)相同）]和特殊緩沖材料（美國Pacothane公司推出的Pacopads和Pacoplus）作為緩沖層，緩沖壓力，并在鋼板層間加新牛皮紙防滑（見圖4）。

3.2.2 壓合參數(shù)控制及程序優(yōu)化

壓合程序需要從轉(zhuǎn)壓時(shí)間、轉(zhuǎn)高壓溫度、升溫速率等幾個(gè)方面來綜合調(diào)整，三種壓合程序通過測(cè)實(shí)際料溫而得到的參數(shù)（見表5）。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，壓合參數(shù)3為最優(yōu)參數(shù)，能使樹脂的粘度曲線比較平緩，溢膠量少，可以使半固化片膠有效的填充層間空隙，進(jìn)而控制板厚的均勻性。

3.2.3 延長冷壓時(shí)間

此料號(hào)壓合疊構(gòu)不對(duì)稱，且RO3003為PTFE材料，MT77級(jí)TU-862為FR4材料，PTFE與FR4 CTE差異較大，壓合后存在板弓曲的問題，建議延長冷壓時(shí)間30 min，以便充分釋放板材內(nèi)部應(yīng)力。

表4 外尖角補(bǔ)償形式規(guī)則

圖4 PCB排板示意圖

表5 不同壓合程序各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)對(duì)比

3.3 鉆孔制作

材料為多種樹脂，填料多，板料具有硬、脆等缺點(diǎn)，在加工性能上有所不同，參數(shù)控制不當(dāng)易造成斷針、孔粗、釘頭、孔粗等不良，影響孔壁質(zhì)量，鉆孔時(shí)需要采用全新鉆針、高密胺墊板、鉆孔參數(shù)適當(dāng)降慢，故鉆孔方法選用金剛石涂層的刀具，采用酚醛材料蓋板、墊板；孔限設(shè)置為100孔，以避免基體材料疲勞破壞導(dǎo)致斷刀（見表6）。

表6 鉆孔參數(shù)表

3.4 除膠制作

RO3003材料為PTFE材料，該材料親水性極差，且具有化學(xué)惰性，同時(shí)由于陶瓷填料具有多孔性需控制化學(xué)處理時(shí)間，故除膠方式采用等離子除膠。使用等離子除膠不僅起到去除孔內(nèi)膠渣作用，而且起到活化材料，提高PTFE濕潤性，提升沉銅品質(zhì)的作用。采用MARCH機(jī)，IT150DA-2019程式進(jìn)行除膠，除膠參數(shù)如表7。必須采用一次等離子除膠＋一次化學(xué)除膠過程中（正常情況下控制除鉆污量在0.3～0.6 mg/cm2），才能保證除膠效果（見表7）。

表7 除膠參數(shù)表

3.5 電鍍制作

該板具有通盲孔，電鍍采用填孔＋VCP鍍銅，填孔電鍍按鍍12 μm參數(shù)生產(chǎn)，VCP按鍍銅厚度15 μm參數(shù)生產(chǎn)，電鍍結(jié)果切片（見表8、表9）。

表8 通孔切片數(shù)據(jù)

表9 背鉆盲孔切片數(shù)據(jù)

3.6 外層線路制作

此料號(hào)壓合疊構(gòu)不對(duì)稱，壓合后板存在板翹（弓曲）的問題，蝕刻后外層沒有銅箔拉扯，板弓曲非常嚴(yán)重，導(dǎo)致AOI沒法掃描。建議后續(xù)正反面邊框位置不蝕刻，以銅箔拉扯幾種材料CTE不一致產(chǎn)生的應(yīng)力，改善板彎翹（見圖5）。

3.7 防焊制作

RO3003為PTFE材料，蝕刻后會(huì)留下銅牙印子，使板面具有粗糙度，增加與油墨的結(jié)合力，但 PTFE材料具有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）不能過磨刷，磨刷破壞表面的粗糙度；（2）具有流動(dòng)性，超出時(shí)效后表面變得光滑，所以蝕刻到防焊印刷有時(shí)效要求。具體防焊參數(shù)（見表10）。

4 結(jié)束語

通過對(duì)77 GHz毫米波汽車?yán)走_(dá)線路板從材料選擇、工程資料設(shè)計(jì)、工藝流程優(yōu)化、生產(chǎn)中的一些關(guān)鍵工序，如內(nèi)層線路制作、壓合、鉆孔、除膠、電鍍、外層AOI、防焊等方面進(jìn)行重點(diǎn)講解，從而突破了77 GHz毫米波汽車?yán)走_(dá)線路板生產(chǎn)過程的技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了順利打樣。

圖5 PCB翹曲

表10 防焊制作參數(shù)

以上為我公司在77 GHz毫米波汽車?yán)走_(dá)線路板制作過程一些經(jīng)驗(yàn)，希望能起到拋磚引玉的作用，給同行提供幫助。