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高频微波印制板和铝基板
2020-09-10
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一、先说高频微波印制板

 

1.高频微波印制板在中国大地上热起来了。

 

近 年来,在华东、华北、珠三角学已有很多印制板公司在盯着高频微波板这一市场,在使聚在一起高频波、聚四氟乙烯(Teflon,PTFE)的动态和信息,将这类印制 板新品种视为电子信息高新科学技术产业必必需的组成一套产品,加着重提出查研究和研发。一点企业老总确定地认为高频微波板为未来公司新的经济提高点。

 

海外资深专家预先推测,高频微波板的市场进展会急速。在通信、医疗、军事、交通工具、电脑、摄谱仪等领域,对高频微波板的需要正非常快窜起。数年后,高频微波板有可能占到全世界印制板总量的约15百分之百,台湾、韩国、欧、美、日不少PCB企业纷纷制订朝此方向进展规划。

 

欧 美高频微波板料供应商Rogers、Arlon、Taconic、Metclad、GIL东洋Chukoh近二年始向中国这个潜伏的大市场进兵,寻觅代 理、讲解传授有关技术。美国GIL企业在深圳举行一场“高频微波印制板之应用与制作技术”讲座,数百个坐位所有座满,走廊亦站满了公司代表听演说,不少老总级 的人物听了一整天的技术讲座。真不想国内同行对高频板萌生这么浓厚的兴致。欧美板料供应商已可供给介电常数从2.10、2.15、2.17,……一直到 4.5,甚至于更高的板料系列100多个品种。

 

在珠三角学、长三角学,据获悉已有不少公司摽榜可以批量订Teflon和高频板订单。据闻,有公司 已达到月产数千平方米的水准。国内不少雷达、通信研讨所的印制板厂需要高频微波板料在一年一年地增大。国内华为、贝尔、武汉邮科院等大通信公司需要高频微波印制 板在一年一年地增多,海外投身高频微波产品的公司亦迁移来中国,就近采集购买高频微波用印制板

 

种种迹象表明,高频微波板在中国热起来了。

 

(啥子叫高频?300MHZ以上,即波长1米以上的短波频率范围,普通称为高频。)

 

2.为何热了起来?

 

有三方面端由。

 

(1)原属军事用场的高频通信的局部频带让给人民生活所使用的(1996年着手),使人民生活所使用的高频通信大大进展。在远距高通信、导航、医疗、运送、交通、库存等各个领域大展宏图。

 

(2)高保密性、高传递品质,使移动电话、交通工具电话,无线通信向高频化进展,高银幕品质,使广播电视传道输送,用甚高频、超高频播放节目。高信息量传递,要求卫星通信,微波通信和光纤通信务必高频化。

 

(3)计算机技术处置有经验增加,信息记忆容积增大,迫十分必要求信号传递高速化。

 

总之,电子信息产品高频化、高速化对印制板的高频特别的性质提出了高的要求。

 

3.为何要求印制板低ε(Dk)?

 

ε 或Dk,叫介电常数,是电极间充以某种事物时的电容与一样建构的真空容电器的电容之比。一般表达某种材料贮存电能有经验的体积。当ε大时,贮存电能有经验大, 电路触电信号传道输送速度便会变低。经过印制板上电信号的电流方向一般是正负交替变动的,相当于对基板施行不断充电、放电的过程。在互相交换中,电容积会影响传道输送 速度。而这种影响,在高速传递的装置中显得更为关紧。ε低表达贮存有经验小,充、放电过程就快,因此使传道输送速度亦快。所以,在高频传道输送中,要求介电常数低。

 

额外还有一个概念,就是媒介伤耗。电媒介材料在交变电场效用下,因为发热而耗费的能+羭縷称之谓媒介伤耗,一般以媒介伤耗因子tanδ表达。ε和tanδ是成正比的,高频电路亦要求ε低,媒介伤耗tanδ小,这么能+羭縷伤耗也小。

 

4.聚四氟乙烯(Teflon)印制板的ε

 

在 印制板基材中,聚四氟乙烯基材的介电常数ε最低,典型的仅为2.6~2.7,而普通的玻璃布环氧气天然树脂基材的FR4的介电常数ε为4.6~5.0,因 此,Teflon印刷板信号传道输送速度要比FR4快得多(约40百分之百)。Teflon板的介于伤耗因素为0.002,比FR4的0.02低了10倍,能+羭縷伤耗 也小得多。加上聚四氟乙烯称之为“分子化合物塑料王”,电绝缘性能良好,化学牢稳性和热牢稳性也好(直到现在尚无一种能在300℃以下溶解它的溶剂),所以,高频高速信 号传交就要先用Teflon或其他介电常数低的基材了。作者看见,Polyflon、Rogers、Taconic、Arlon、Meclad都可供给介 电常数为2.10、2.15、2.17、2.20的基材,其媒介伤耗因素在10GHZ下是0.0005~0.0009。聚四氟乙烯基材性能美好,但其加工 成印制板的过程同传统的FR4有着绝对不一样的工艺路径,这方面在后面谈判到。

 

这二年,我们在实践中,除用到要求ε为2.15、2.6的之外,还常常用到ε3.38、3.0、3.2、3.8等Rogers RO4000、GIL1000系列等。

 

5.高频微波板的基本要求

 

·因为是高频信号传道输送,要求成品印制板导线的特别的性质阻抗是严明的,板的线宽一般要求±0.02mm(最严明的是±0.015mm)。因为这个,腐刻过程需严明扼制,光成像转移用的底版需依据线宽、铜箔厚度而作工艺偿还。

 

·这类印制板的线路传递的不是电流,而是高频电电子脉冲信号,导线上的凹坑、缺口儿、针孔等欠缺会影响传道输送,不论什么这类小欠缺都是不准许的。有时,阻焊厚度也会遭受严明扼制,线路上阻焊过厚、过薄几个微米也会被判不合适合标准。

 

· 热冲击288℃,10秒,1~3次,不发生孔壁离合。对于聚四氟乙烯板,要解决孔内的润湿性,作到化学沉铜孔内无空穴,电镀在孔内的铜层经得起热冲击,这 是作好Teflon孔化板的不容易解决的地方之一。正由于这么,很多基材厂商开发出产出ε高一点儿,而化学沉铜工艺同常理FR4做法同样的代替品,Rogers Ro4003(ε3.38)和西安704厂的LGC-046(ε3.2±0.1)就是这类产品。

 

·翘曲度:一般要求成品板0.5~0.7百分之百。

 

6.高频微波板的加工不容易解决的地方

 

基于聚四氟乙烯板的物理、化学特别的性质,使其加工工艺有别于传统的FR4工艺,若按常理的环氧气天然树脂玻纤覆铜板相同条件加工,则没有办法获得符合标准的产品。

 

(1)钻孔:基材软和,钻孔叠板张数要少,一般0.8mm板厚以二张一叠为宜;转速要慢一点;要运用新钻头,钻头顶角、螺丝扣角有其特别的要求。

 

(2)印阻焊:扳手腐刻后,印阻焊绿油前不可以用辊刷磨板,免得毁坏基板。引荐用化学办法作外表处置。要做到这一点儿:不磨板,印完阻焊后线路和铜面平均完全一样,没有氧气化层,决非易事。

 

(3)热风整平:基于氟天然树脂的外在性能,应尽力防止板料非常快加热,喷锡前要作150℃,约30分钟的预热处置,而后立刻喷锡。锡缸温度不适宜超过245℃,否则孤立焊盘的黏着力会遭受影响。

 

(4)铣外形:氟天然树脂软和,平常的刨刀铣外形毛刺太多,不公平整,需求以合宜的特殊的一种刨刀铣外形。

 

(5)工序间运输:不可以垂陡立放,只能隔纸平放筐内,全过程不能用手指头触碰板内线路图形。全过程避免擦花、刮伤,线路的划伤、针孔、压痕、凹点都会影响信号传道输送,扳手会拒收。

 

(6)腐刻:严明扼制侧蚀、锯齿、缺口儿,线宽公差严明扼制±0.02mm。用100倍放大镜查缉。

 

(7)化学沉铜:化学沉铜的前处置是制作Teflon板的最大不容易解决的地方,也是最关键的一步。有多种办法作沉铜前处置,但总结概括起来,能牢稳品质适应于批量出产的,不外二种办法:

 

办法一:化学法:金属钠加荼四氢肤喃等溶液,形成荼钠络合物,使孔内聚四氟乙烯表层原子遭受浸蚀达到润湿孔的目标。这是经典成功的办法,效果令人满意,品质牢稳,但毒性大,金属钠易燃,危险性大,需专人管理。

 

方 法二:Plasma(等离子体)法:需求进口的专用设施,在抽真空的背景下,在二个高压电极之间灌注四氟化碳(CF4)或氩气(Ar2)氮气(N2)、氧气 气(O2)气体,印制板放在二个电极之间,体腔内形成等离子体,因此把孔内钻污、脏物洗雪。这种办法可取得满足平均完全一样的效果,批量出产行得通。但要投资昂 贵的设施(每台机约十多万美圆),美国出名的Plasma设施企业有二家:APS、March。

 

近年国内的一点文献亦绍介了其他多种办法,但经典管用的办法是以上的二种。

 

对 ε3.38和Rogers Ro4003高频基材,具备聚四氟乙烯玻纤基材大致相似的高频性能,又具备FR4基材大致相似的容易加工的独特的地方,这是以玻纤和瓷陶作填料,玻璃化温度 Tg>280℃的高耐热材料。这种基材钻孔十分耗钻头,需运用特别的钻探机参变量,铣外形要常换刨刀;但其他加工工艺大致相似,不必作特别的孔处置,所以 获得了很多PCB厂和客户的许可,但Ro4003不含阻燃剂,扳手到了371℃,扳手可引动燃烧现象。国营704厂LGC-046板料,为改性聚苯醚 (PPO)型,介电常数3.2,加工性能同FR4,这个产品在国内亦取得不少单许可运用。

 

7.高频微波板用何在?

 

卫星收缴器、基地接收天线、微波传道输送、交通工具电话、全世界定位系统、卫星通信、通信器具材料转接器、收缴器、信号振动器、家子电器联网、高速运行计算机、示波器、IC测试摄谱仪等等,高频通信、高速传道输送、高保密性、高传递品质、高记忆容积处置等通信和计算机领域都需求高频微波印制板。

 

8.国里外高频微波板料大概情况

 

国内,除开上面所说的谈到的704厂LGC-046改性聚苯醚板料外,泰州高频覆铜箔板料厂TF-2、F4B、F4BK高频微波、聚四氟乙烯板料亦卖得很兴隆。据闻,北京、长三角学、广东亦有多间公司在开始工作、动工。

 

海外,主要板料供应商有:欧美Rogers、Arlon、GIL Taconic、Metclad、Isola、Polyclad,东洋Asaki、Hitach、ehemical、Chukok等,已形成约高频微波用的纸130个不一样介电常数的品种。

 

到现在为止的国里外差距:品种、品质牢稳完全一样性、价钱;海外大客户许可中国产品有一定困难程度,等等。

 

板料厚度,运用1.5~1.6mm的无几,而0.5、0.8、1.0mm则是比较平常的,主要思索问题是成本。Teflon板料价钱是平常的FR4的5~10倍,批量采集购买亦需约100美圆/m2,零星购买需几百美圆/m2。

 

小结:高频微波板料应该是高新科学技术的新品种,随着通信、计算机不断向高频高速进展,未来用场一准会越来越广,越来越大。板料价钱亦高,有较大的利润空间,这种产品是有天日前景的。

 

二、而后再说说金属铝基板

 

1.为何运用金属基印制板?

 

(1)散热性

 

到现在为止,众多双面板、多层板疏密程度高、功率大,卡路里发出难。常理的印制板基材如FR4、CEM3都是热的不好导体,层间绝缘,卡路里发出不出去。电子设施部分发热不摈除,造成电子元部件高温失去效力,而金属基印制板可解决这一散热困难的问题。

 

(2)加热膨胀性

 

热胀冷缩是事物的并肩秉性,不一样事物CTE(Coefficient of thermal expansion)即热体胀系数是不一样的。

 

印 制板是天然树脂+加强材料(如玻纤)+铜箔的复合物。在板面X-Y轴方向,印制板的热体胀系数(CTE)为13~18 PPM/℃,在板厚Z轴方向为80~90PPM/℃,而铜的CTE为16.8PPM/℃。片状瓷陶芯片载体的CTE为6PPM/℃,印制板的金属化孔壁和 衔接的绝缘壁在Z轴的CTE相差非常大,萌生的热不可以趁早摈除,热胀冷缩使金属化孔出现裂缝、断裂,这么机器设施就靠不住了。

 

SMT(外表贴装技术)使这一问题更为冒尖,变成非解决不可以的问题。由于外表贴装的互连是经过外表焊点的直邻接署来成功实现的,瓷陶芯片载体CTE为6,而FR4基材在X-Y向CTE为13~18,因为这个,贴装连署焊点因为CTE不一样,长时间禁受应力会造成疲乏断开。

 

金属基印制板可管用地解决散热问题,因此使印制板上的元部件不一样事物的热胀冷缩问题缓解,增长了整机和电子设施的不容易用坏性和靠得住性。

 

(3)尺寸牢稳性

 

金属基印制板,显然尺寸要比绝缘材料的印制板牢稳得多。铝基印制板、铝夹芯板,从30℃加热至140~150℃,尺寸变动为2.5~3.0百分之百.

 

(4)其他端由

 

铁基印制板,具备屏蔽效用;代替脆性瓷陶基材;心情安定运用外表安装技术;减损印制板真正管用的平面或物体表面的大小;代替了散热装置等元部件,改善产品耐热乎乎物理性能;减损生产资本和劳力。

 

2.简史

 

金 属基印制板作为印制板的一个类别,60时代初着手认为合适而使用,美国最先创造。1963年美国Ves Ierm Electrico企业作成了铁基夹芯印制板,在替续器上应用,1964年美国的金属基印制板已达到100万块。全国覆铜板行业协会编开具版的《印制线路 用覆铜箔层压板》一书(2001.10)说1969年东洋三洋企业首先创造了铝基覆铜板的制作技术,1974年着手应用于STK系列功率放大混合集成电路 上,这一点儿同我查寻的文献讲法不同。无论怎么样,是60时代美日首先运用金属基印制板的。

 

东洋六七十时代通产省作了众多调查,许可PCB使 用面对的困难的问题是高疏密程度组装时,元部件装配疏密程度高,散热性是个大问题。平常的的纸质、玻璃布、环氧气覆铜板属绝缘材料,导热率小,不适宜作散热用,多层板层数 多、疏密程度高、功率大时,卡路里一准摈除不出去。因为这个,务必运用金属基印制板。东洋住友、松下电工等企业推出了众多商品化了的金属基覆铜板。

 

80、 90时代,金属基板在全世界各国被广泛认为合适而使用,估计全世界金属基印制年产值约二十亿美圆。东洋1991年产值为25亿,1996年为60亿,2001年提高到 80亿日圆。美国贝格斯(Bergquist)是专门作铝基覆铜板的企业,宣称每年销行这类板料3000万美圆,在美国霸占市场份额过二分之一以上。美国德克 萨斯(Texax)、克里夫兰(Cleveland)TechTrade等企业对金属基板都作过众多研讨,并也出有产品。中国1986年着手,由国营 704厂研发了铁基覆铜板,用于军工上。但我查阅过过去各届全国印制线路学术会上的论文,发觉最早的一篇文章是成都1010所1983年十一月在第二届全国印 制电路学术年度集会上刊发的,标题是“金属基印制线路板制作工艺尝试小结”,产品也是用在军用物品上的。相隔四后后,在1987.9成都全国印制线路第三届学术年 会上电子部10所又刊发另一篇论文“铝基芯印制板预设、制作和应用”,解释明白10所和704厂多年以前对铝基板都作了数量多办公。

 

随着中国信息电子产业进展的进展迅速,在电子、电信、交通工具、Motor车、电源、音响等产品上近年来会越来越多地应用金属基印制板。因为市场、技术势头的进展,散热问题已获得了非解决不可以的境地,金属基印制正可大展宏图。

 

3.结构

 

到现在为止市场上采集购买到的标准型金属基覆铜板料由三层不一样材料所构成:铜、绝缘层、金属板(铜、铝、钢板),而铝基覆铜板最为常见。

 

(1)金属基材

 

铝 基基材,运用LF、L4M、Ly12铝材,要求扩大强度30kgf/mm2,延伸率5百分之百。美国贝格斯铝基层分为1.0、1.6、2.0、3.2mm 4种,铝型号为6061T6或5052H34。东洋松下电工、住友R-0710、R-0771、AL C-1401、AL C-1370等型号为铝基覆铜板,铝基厚度1.0~3.2mm。

 

铜基基材,扩大强度25~32kgf/mm2,延伸率15百分之百。美国贝格斯铜基厚度分5种:1.0、1.6、2.0、2.36、3.2mm,为C11000铜合金。

 

铁基基材,运用冷轧压延铜板,低碳铜,具备磁屏蔽特别的性质,厚度0.5~1.5mm。美国贝格斯运用的是殷铜(镍铁合金)、钨金合金、冷轧铜,厚度1.0、2.3mm。

 

(2)绝缘层

 

起绝缘层效用,一般是50~200um。若太厚,能起绝缘效用,避免与金属基短路的效果好,但会影响卡路里的发出;若太薄,能较好散热,但易引动金属芯与元件引线短路。

 

绝缘层(或半固化片),放在通过阳极氧气化,绝缘处置过的铝板上,经层压用外表的铜层坚固结拼凑。

 

美国贝格斯的绝缘层申请报告了专利,标准型的铝基板,绝缘层为75微米,而特殊的一种型的为150微米。

 

(3)铜箔

 

铜箔背面是通过化学氧气化处置过的,外表镀锌和镀黄铜,目标是增加抗剥强度。铜厚一般为0.5、1.2盅司。美国贝格斯企业运用的是ED铜,铜厚有1、2、3、4、6盅司5种。我们为通信电源组成一套制造的铝基板运用的是4盅司的铜箔(140微米)。

 

美国供给的铝基板标准尺寸是二种:16″×19″、18″×24″。可运用平面或物体表面的大小:减一英寸。铝基面还有加与不加尽力照顾膜之分。

 

4.制作不容易解决的地方

 

铜厚为4.5OZ铝基板,制作上会碰到以下不容易解决的地方:

 

(1)工程预设线宽偿还:由于铜厚,线宽要作一定偿还,否则腐刻后线宽超差,客户是不收缴的,线宽偿还值要经验积累。

 

(2)印阻焊的平均性:由于图形腐刻后线路铜厚超常理,印阻焊是很艰难的,跳印、过厚过薄客户都拒绝。怎么样印好这一层绿油也是不容易解决的地方之一。

 

(3)腐刻:腐刻后线宽务必合乎客户图纸要求。残铜是不准许的,也不自觉积极刀子刮去,动刀子会刮伤绝缘层,引动耐压测试起火花、漏电。

 

(4) 机械加工:铝基板钻孔可以,但钻后孔内孔边不准许有不论什么毛刺,这会影响耐压测试。铣外形曲直常艰难的。而冲外形,需求运用高级生产模型,生产模型制造很有技法,这 也是作铝基板的不容易解决的地方之一。外形冲后,边缘要求十分齐楚,无不论什么毛刺,不碰伤板边的阻焊层。一般运用操兵模,孔从线路冲,外形从铝面冲,线路板冲制时受力是 上剪下拉,等等都是技法。冲外形后,扳手翘曲度应小于0.5百分之百。

 

(5)整个儿出产流程不容吧擦花铝基面:铝基面经手触碰,或经某种化学药品都会萌生表 面变色、发黑,这都是完全不可以收缴的,从新打磨铝基面客户有的也不收缴,所以全流程不碰伤、不触动到铝基面是出产铝基板的不容易解决的地方之一。有的公司认为合适而使用钝化工艺, 有的在热风整平(喷锡)前后各贴上尽力照顾膜……小技法众多,八位神仙过海,各显特别高明的本领。

 

(6)过高压测试:通信电源铝基板要求100百分之百高压测试,有的客户 要求直流电,有的要求交流电,电压要求1500V、1600V,时间为5秒、10秒,100百分之百印制板作测试。板面上脏物、孔和铝基边缘毛刺、线路锯齿、碰 伤不论什么一丁点绝缘层都会造成耐高压测试起火、漏电、击穿。耐压测试扳手分层、起泡,均拒收。

 

 

以上说的都是单面铝铝基板制造要克服的出产和工艺上的困难的问题。如今,一点单位作铝基芯印制板,即双面铝基印制板,及盲孔多层铝基板,用到交通工具、通信、仪表行业上,这处就不逐个叙述了。

 

5.主要性能:

 

这是摘记的是美国贝格斯(Bergquist)铝基板的产品质性格能及尝试条件:

 

上 表中“中国指标”录自《印制线路用覆铜箔层压板》一书(2001.10)P373。还有,为了提出请求铝基板UL证明,需求消耗的钱约2.5~3.0万我国法定货币,比 一般印制板UL证明要贵得多。额外,我们以前毁伤过多个被击穿了的铝基板,查寻被击穿的端由,发觉绝缘媒介层仅为天然树脂、无纤维,厚度75微米,涂覆平均; 凡绝缘层上一丁点针孔、微粒、黑点、垃圾都是导致铝基板被高压击穿的端由,所以绝缘层涂覆的背景扼制十分关紧。

 

从上表中表面化可看见,美国产品的各项指标都比国产指标要高。约略这也是国内的通信大客户直到现在还不许可国产铝基板料的端由之一。

 

基材表观:铝基前一任官吏何表面化的擦痕、划伤、针孔、凹点、花纹状磨刷印都不收缴。

 

6.应用和供应商:

 

·应用领域:

 

通信电源:稳压器、调节器、DC-AC转接器;

 

电子扼制:替续器、结晶体管基座、各种电路中元部件降低温度;

 

交换机、微波:散热装置、半导体部件绝缘导热、电动机扼制器;

 

工业交通工具:点火器、电压调节器、半自动安全扼制系统、灯光变换系统;

 

电脑:电源装置、软盘驱动器、主机板;

 

家用电器:输入-输出放大器、音频、功率均衡放大,等等。

 

·供货

 

金 属基市场在中国正在一年一年地扩张,海外众多电子装配商亦在国内投资建厂,商机是无限的。到现在为止珠三角学已有众多工厂作铝基板,而通信电源用的铝基板,例如艾默生 (安圣、华为)、中兴等到现在为止仍然运用进口基材,国产的价钱虽便宜,但据闻试过多次未有一家能许可。珠三角学已有几家工厂到现在为止到了月产几十、几百K的量,估计 产量为数百平方米。在作批量出产方面渐渐积累了众多经验。