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plasma在高頻微波印制板中的運(yùn)用，首先我們來了解高頻微波印制板相關(guān)知識(shí)：
定義
● 什么叫高頻？
通常短波頻率≥300MHz，即波長(zhǎng)≤1米的范圍，稱作高頻。
● 什么叫微波？
通常頻率≥1GHz（100MHz），波長(zhǎng)≤300mm的電磁波，稱作微波。
● 高頻微波印制板
在高頻微波基材覆銅板上，加工制造成的印制板叫高頻微波印制板。
類型：?jiǎn)巍㈦p、多層，剛性。
高頻基材+普通FR4基材，制成的是混合型多層板。
高頻基材+金屬基，混合壓成的基材制成的印制板叫高頻金屬基印制板。
2.2 快速發(fā)展原因
● 通信業(yè)的快速進(jìn)步，原有的民用通信頻段擁擠，高頻通信部分頻段（軍用）逐漸讓給 民用。民用高頻通信獲得超常規(guī)速度發(fā)展。
衛(wèi)星接收，基站，導(dǎo)航，醫(yī)療，運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)領(lǐng)域大顯身手。
● 高保密性，高傳送質(zhì)量，要求移動(dòng)電話，汽車電站，無線通信向高頻化發(fā)展。
高畫面質(zhì)量，要求廣播電視傳輸用甚高頻播放節(jié)目。
高信息量傳送信息，要求衛(wèi)星通信，微波通信，光纖通信必須高頻化。
● 計(jì)算機(jī)技術(shù)處理能力增加，信息存儲(chǔ)容量增大，迫切要求信息傳送高速化。
因此，電子信息產(chǎn)品高頻化，高速化對(duì)PCB提出了高頻特性的要求。
高頻微波PCB成為電子信息高新科技產(chǎn)業(yè)必不可少的配套產(chǎn)品。
2.3 對(duì)基材的要求
● 印制板的整體特性，加工性能，長(zhǎng)期可靠性，在很大程度上取決于基板材料。
● 為達(dá)到高頻高速傳送信號(hào)，要求基材必須考慮：
（1）Dk（εr），dielectric constant，或 relative permittivity，介電常數(shù)。
（2）Df（tanδ），loss tangent，或 Dissipation Factor，介質(zhì)損耗因素（介質(zhì)損耗角 正切）。
● 基材結(jié)構(gòu)：玻纖，樹脂，填料。
● CTE（熱膨脹系數(shù)）。
● 其它—?jiǎng)冸x強(qiáng)度，絕緣電阻，Tg，阻燃，吸水性……
2.4 介電常數(shù)Dk
（1）定義：某電介質(zhì)電容器的電容與同樣構(gòu)造的電容器在真空狀態(tài)下電容之比。
（2）覆銅板的介電常數(shù)
● 覆銅板基板由樹脂，增強(qiáng)材料（布、纖維、紙），填充劑組成，構(gòu)成電的絕緣體，稱為電介質(zhì)。基材實(shí)際上就是整塊印制板中的一個(gè)電容器。
● Dk大，表示存儲(chǔ)電能大，電路中信號(hào)傳播速度就會(huì)變低。
● Dk小，電信號(hào)傳播速度就快。
● 通常，印制板上的電流信號(hào)的電流方向，是正電、負(fù)電相互交替變化的，這樣頻率化的交換，相當(dāng)于 “充電—放電—充電” 的過程。在互換中，只要有少量電容存留，就會(huì)影響傳輸速度。
● 在高頻線路中，信號(hào)傳播速度公式：
V—信號(hào)傳播速度
K—常數(shù)
C—光速，3×108m/s
Dk—基板介電常數(shù)
● 降低Dk，有利于提高信號(hào)的傳播速度。Dk越大，傳輸速度就會(huì)越低。Dk越小，傳輸速度越快。
● 因此，利用PCB的低介電常數(shù)，來達(dá)到信號(hào)傳播的高速度。
這就是為什么高頻微波印制板要求低介電常數(shù)的原因。
（3）低Dk基材
● PTFE（聚四氟乙烯），俗稱Teflon。
分子結(jié)構(gòu)： 。分子結(jié)構(gòu)是對(duì)稱的，因而具有優(yōu)良的物理、化學(xué)、電氣性能。相對(duì)密度2.14~2.20。熔點(diǎn)327℃，吸水性（24小時(shí)）＜0.01%。
● “塑料王”：耐許多強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)，至今尚無一種能在300 ℃ 以下溶解它的溶劑。
● PTFE，Dk=2.1，很低。
聚四氟乙烯玻纖布覆銅板，在12GHz下，Dk=2.60；在1MHz下，Dk=2.62。而FR4的Dk=4.9。
因此，PTFE的Dk比FR4低47%，PTFE印制板的信號(hào)傳播速度快40%以上。
● PTFE缺點(diǎn)
剛性差，銑外形毛刺多，PTH困難，成本高，加工困難。
● 除FTFE外，其它Dk低的基材
基材的Dk低，需選用低Dk樹脂，玻纖，填料。
聚丙醚Dk2.5，氰酸酯2.9，聚丁二烯3.0，環(huán)氧樹脂3.9，電子級(jí)玻纖Dk6.6，新型NE玻纖布4.4。
低Dk樹脂+低玻纖布組合加工而成的低Dk覆銅板有以下幾類：
PI—聚酰亞胺環(huán)纖布覆銅板，Dk3.8；PPO—聚苯醚玻纖布覆銅板，Dk3.5；
CE—氰酸酯玻纖布覆銅板，Dk4.0；BT—雙馬來酰亞胺改性三嗪Dk4.1~4.3。
● 最低Dk的基材
Dk=1.15~1.35（不含PTFE）
介質(zhì)損耗Df=0.002-0.005，比重0.35g/cc，吸水率＜0.5%。
峰房式結(jié)構(gòu)。輕型，不耐熱。作高頻微波金屬天線（美國(guó)Arlon公司產(chǎn)品）。
2.5 介質(zhì)損耗因素（Df）
（1）定義：
● 電介質(zhì)材料在交變電場(chǎng)作用下，由于發(fā)熱而消耗的能量稱為介質(zhì)損耗。
通常以Df或tanδ表示。也稱介質(zhì)損耗角正切。
（2）Dk和Df成正比例。
● Dk小，Df也小，即能量損耗也小。
● PTFE的Df=0.002，比FR4的Df=0.02低了10倍。
PTFE基材的Dk，Df都小，且穩(wěn)定，幾乎沒有變化。
PTFE具有優(yōu)秀的耐潮濕性，吸水率非常小。
PTFE絕緣性能很高，1014~1015歐姆。
（3）其它高頻微波板材Df
● PI（聚胺亞胺）0.008；
● PPO（聚苯醚，PPE）0.003；
● CE（氰酸酯）0.006~0.008；
● BT（雙馬來酰亞胺改性三嗪）0.004~0.008。
2.6 其它性能
● 基材結(jié)構(gòu)—玻纖，纖維；樹脂—環(huán)氧，PI，PPO；填料—陶瓷，云母……。（對(duì)加工工藝有影響）
● CTE（熱膨脹系數(shù)）
Dk 2.1~2.7，X-Y方向的CTE是小的，一般9-35；Z軸方向大，150-300PPm/℃（CTE對(duì)印制板可靠性有影響）。
● 其它—?jiǎng)冸x強(qiáng)度，絕緣電阻，吸水性，阻燃性，Tg，耐熱性（對(duì)加工過程，產(chǎn)品使用有影響）。
例：Rogers R04003，玻纖+陶瓷，Tg280℃，Dk3.38，Df0.0022,加工性能同F(xiàn)R4相似，不阻燃，371 ℃（700℉）著火。
Rogers R04350，性能同R04003， Dk3.48，Df0.0040，阻燃94V~0。
● 基材銅厚，板厚。
銅箔—常用0.25，0.5，1.0，2.0，OZ（盎司）
板厚—0.1，0.2，0.5，直至2.4mm都存在。
通常，考慮價(jià)格性能比，用簿板，≤0.8，0.5，0.3mm常用（高頻微波基材比FR4貴幾倍，十幾倍）。
板厚通常不含銅厚。
2.7 Dk=1.15~10.2的各種板材
● 供應(yīng)商：美國(guó)
Rogers，Arlon，Taconic，Metclad，GIL，Polyfon，IsoLa。
● Dk1.15~10.5，全球有100~200個(gè)品種。（見另外的附表）
● 日本：三菱瓦斯，松下，住友，日立化成，Chukok等。
● 國(guó)產(chǎn)：泰州高頻覆銅箔板材廠，西安704所等。
● 影響高頻微波板關(guān)鍵性性參數(shù)是Dk和Df，通常Dk最低值2.17，Df0.001。
● Dk低的板材，通常是PTFE+玻纖。
● Dk3.2-3.8，不含PTFE，其結(jié)構(gòu)是聚酯，聚酰亞胺，聚丙醚，玻纖，陶瓷。加工性能類似于FR4。
● 高頻微波多層板，應(yīng)選擇相匹配的半固化片（PP）。Dk2.3~3.5常用。
● Dk在不同頻率下測(cè)試會(huì)有些變化，但變化量不大。
例如：頻率從500MHz變化到10GHz，PTFE的Dk變化為0.5%，而FR4變化為7%。
2.8 高頻微波印制板基本要求：
（1）Dk，介質(zhì)層厚度，銅厚符合圖紙要求。
（2）線寬/間距公差要求嚴(yán)格。
● IPC-6018，±10%。
● 實(shí)際上，很多客戶要求， ±0.02mm， ±0.015mm。
特性阻抗公式：
Dk—介電常數(shù)，H—介質(zhì)厚度（不含銅厚）
W—線寬，T—導(dǎo)線厚。
上述4個(gè)因素，影響最大的是H（介質(zhì)厚度），其次是Dk，W，最小的是T。選定基材后，Dk，H變化小，T（導(dǎo)線厚）較易控制，W（線寬）控制成為工程設(shè)計(jì)定型后生產(chǎn)PCB的難點(diǎn)之一。
線寬控制±0.02mm是關(guān)鍵。
（3）導(dǎo)線劃傷，凹坑，缺口，針孔，不允許。
阻焊厚度會(huì)影響高頻信號(hào)傳輸。
孔內(nèi)銅厚也會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸有影響。
（4）對(duì)PTFE，熱沖擊228℃，10秒，1-3次，PTH孔不發(fā)生孔壁分離。
2.9 PTFE印制板生產(chǎn)工藝技術(shù)
2.9.1 PTFE印制板加工難點(diǎn)
（1）鉆孔
● 基材柔軟，疊板數(shù)不能多。
● 轉(zhuǎn)速要慢些。
● 基材磨損鉆頭利害。
● 鉆頭頂角、螺紋角有其特殊要求。
（2）印阻焊
● 絲印前不能用刷輥磨板（氟樹脂的影響，附差力）。
（鈍化，水洗，吹干；化學(xué)法處理）
（3）HAL（熱風(fēng)整平）
● 預(yù)熱
● 無鉛HAL，錫缸溫度265℃（避免板材急速加熱，影響到導(dǎo)線，焊盤脫落或翹起）。
（4）銑外形
選合適的銑刀和參數(shù)（否則，毛刺多）。
（5）工序轉(zhuǎn)運(yùn)
防劃傷、針孔、壓痕、缺口。
特制裝載轉(zhuǎn)序工具。
（6）蝕刻
嚴(yán)格控制線寬。百倍鏡檢查。
（工程設(shè)計(jì)，蝕刻參數(shù)，管理……）
（7）PTH—難點(diǎn)之一，關(guān)鍵步驟之一。
● 傳統(tǒng)的PTH工藝行不通。PTFE基材孔內(nèi)不潤(rùn)濕。
● 方法一：金屬鈉，萘，四氫呋喃液—化學(xué)法。
形成萘鈉絡(luò)合物，浸蝕孔內(nèi)PTFE表層分子，達(dá)到潤(rùn)濕孔的目的。
優(yōu)點(diǎn)：效果良好，質(zhì)量穩(wěn)定，適宜量產(chǎn)。一次性投入成本不高。
缺點(diǎn)：毒性大，鈉易燃，危險(xiǎn)。需強(qiáng)烈抽風(fēng)，專門房間，專人管理。
● 方法二：等離子體法（Plasma）。
在二個(gè)高壓電極之間注入CF4，氬氣，氮?dú)?，氧氣。PCB放在二個(gè)電極之間，腔體內(nèi)形成等離子體狀態(tài)，從而把孔內(nèi)鉆污、臟物除掉。
優(yōu)點(diǎn)：效果佳，質(zhì)穩(wěn)定，適宜批量生產(chǎn)，工藝簡(jiǎn)單，易控制，毒性小，干凈。
缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)貴。
2.9.2 雙面PTFE印制板的制造
（1）工藝流程
工程設(shè)計(jì)→下料→鉆孔→孔處理→PTH →全板鍍→光成象→QC→圖形鍍→蝕刻→防氧化處理→QC→阻焊/字符→HAL（或沉Ni/An，Ag，Osp）→外形加工→FQA→包裝出貨。
（2）控制要點(diǎn)—化學(xué)沉銅前
● 板材存放平放：下料時(shí)，不必烘板。
● 鉆孔：參數(shù)同F(xiàn)R4不一樣，用新鉆頭。2拼板/疊（0.8~1.6mm板厚）。
鉆頭形狀：頂角120℃，螺紋角27 ℃。
● 鉆孔后，輕度刷板，高壓水洗。磨痕寬度8-10微米。
● 孔處理：
A、化學(xué)法：
● 萘納處理槽→溶劑處理槽→熱水洗（2次） →烘干→PTH。
● 萘鈉槽：不銹鋼槽，蓋密封，充氮?dú)猓ㄊ箍諝馀c藥液表面形成界面，隔絕水 份，空氣進(jìn)入）
● 槽架：不銹鋼。
● 鈉金屬：盛裝于煤油中，切成小塊投入槽中溶解，不銹鋼棒攪拌。嚴(yán)禁水帶入（否則會(huì)燃燒爆炸）。室溫下，浸泡幾分鐘。
● 房間：強(qiáng)抽風(fēng)，地板干燥，不存放酸、堿或無關(guān)物品，外人不許進(jìn)入，板子處理后吹干。操作人員經(jīng)特殊培訓(xùn)。
● 溶劑處理槽：無色透明溶劑，低沸點(diǎn)，易燃。室溫下浸泡幾分鐘。塑料槽。目的是去除殘余的萘鈉溶液。
●熱水洗：55℃，浸泡2-3分鐘，轉(zhuǎn)入自來水洗。
● 板子要吹干。
● 板子經(jīng)處理后進(jìn)入PTH生產(chǎn)線，不必進(jìn)入除鉆污槽，從降油槽開始，正常的PTH工藝。
B、Plasma法：
● 等離子體是物質(zhì)存在的另外一種表現(xiàn)形式，是物質(zhì)存在的第4種形態(tài)（固、液、氣三態(tài)）。
● 等離子體在許多方面類似氣體，但在某些方面卻存在重要區(qū)別。
● 等離子體由帶正電荷、負(fù)電荷離子以及游離基團(tuán)和紫外線輻射粒子所組成，就是說，等離子體是離子化的氣體，是一種能量提升狀態(tài)的氣體。
● 等離子體的活性很強(qiáng)，正是利用這個(gè)特性，驅(qū)使它和環(huán)氧或聚四氟乙烯鉆污起化學(xué)反應(yīng)而消除之。在PCB生產(chǎn)工藝中，去鉆污使用高錳酸鉀法，濃硫酸法等，這些方面對(duì)FR4基材的多層板有效，但對(duì)PTFE基材不起作用。
等離子體對(duì)PTFE基材鉆污可以起到化學(xué)反應(yīng)。
● 很顯然，等離子體及其活性是極不穩(wěn)定的，需要高頻電磁場(chǎng)能量。當(dāng)某種條件中止或消失時(shí)，等離子體組成中的各種粒子會(huì)瞬間互相選擇地結(jié)合起來，等離子體退化為原始的氣體態(tài)，活性消失，等離子體也就不再存在。
● 等離子體的生成條件。
1）一個(gè)容器腔體形成真空狀態(tài)。
2）以高頻發(fā)生器向腔體內(nèi)的正負(fù)電極施加高頻電磁場(chǎng)。
3）在腔體內(nèi)，注入所需的氣體。氣體在正、負(fù)電極間被電離，形成等離 子體。
4）當(dāng)不存在抽真實(shí)狀態(tài)，高頻電磁場(chǎng)消失，等離子體即成為原始?xì)怏w狀態(tài)。
● 等離子體去除鉆污
在抽真空的腔體內(nèi)（抽真空幾十至100m Torr [托] ）
在二個(gè)正負(fù)電極中加高頻電磁場(chǎng)，注入氣體（CF4，N2，Oz，Hz），從而形成等離子體。
放在二塊電極之間的印制板孔內(nèi)表面上的PTFE鉆污、臟物等固體與等離子體接觸起化學(xué)反應(yīng)，生成新的氣體化合物被真空泵帶走，從而使PTFE印制
板孔內(nèi)的氟樹脂由非極性變成極性。
● 清洗孔的二個(gè)步驟：
第一步：除毛刺。氣體CF4（25%），N2（25%），O2（50%），75℃，
15分鐘。
第二步：除孔內(nèi)鉆污。氣體：N2（80%）H2（20%），75 ℃， 20分鐘。
一步法：混合氣體O2/CF4/N2（80/10/10），30分鐘，效果不錯(cuò)。有人用二種混合氣體H2/N2（70%/30%）作處理R03000板材（Dk=3.0）。
使用不同氣體和比例會(huì)獲得不同效果。對(duì)不同高頻微波板材，處理用的氣體及參數(shù)也有所不同，要通過實(shí)踐摸索本企業(yè)的使用氣體和相關(guān)參數(shù)。
● 等離子體系統(tǒng)（設(shè)備）組成：
五個(gè)部分：腔體（方形、園形），真空泵，高頻發(fā)生器，控制器，混合氣體源。（設(shè)備系統(tǒng)包含不同的技術(shù)專利）。
● 板子經(jīng)Plasma處理后應(yīng)馬上進(jìn)行化學(xué)沉銅，不應(yīng)停留超過24小時(shí)。
C、孔的前處理的其它方法：
除了萘鈉化學(xué)法，Plasma法作孔的前處理外，還有其它的方法：（文獻(xiàn)收集）
1）復(fù)合型PTFE板，浸泡新型玻璃蝕刻液。
● 成份：氟化氫銨20%，硫酸10%，30-40℃，1-1.5分鐘。
● 過程：板子除油，清洗，微蝕，清洗，浸泡本溶液，清洗，板子進(jìn)入預(yù)浸、 活化、還原、PTH、清洗、板面鍍銅、轉(zhuǎn)入光成象。
2）二步法：
第一步：氟化氫銨（10-20%），10%硫酸混合液，40℃，2分鐘。
第二步：氫氧化鈉（5~10%），硫酸亞錫（20%）混合液處理。1分鐘， 水洗，然后PTH。
3）在制板，浸泡四氫呋喃（100%）液，3-5分鐘，水洗，酸洗，化學(xué)沉銅，極面電鍍，光成象。
4）在制板，在沉銅缸前的各處理槽連續(xù)走二次（包括活化槽），再作沉銅。
● 以上幾種處理方法，來自文獻(xiàn)報(bào)道，僅供參考。
經(jīng)典方法是鈉萘化法，Plasma法。
● 考核PTFE成品板方法：
熱風(fēng)整平（250-265℃），3秒/次，3次；熱沖擊（288℃，10秒）。
作微切片，觀察金屬化孔：孔壁無剝離，鍍層和拐角無裂紋，無空洞，焊盤不起翹，孔內(nèi)銅厚≥20微米。
（3）控制要點(diǎn)——沉銅、光成象、圖鍍、蝕刻、阻焊、外形加工。
● 背光檢測(cè)，全板鍍銅后。
● 全板鍍，圖形鍍銅，低電流密度，長(zhǎng)周期參數(shù)生產(chǎn)?？刂瓶變?nèi)銅和表面銅厚均勻性。（線路銅厚不均勻，影響蝕刻，影響線寬公差±0.02mm控制）。
● 蝕刻后必查線寬/間距。（注意底片線寬工藝補(bǔ)償值——經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)）。
● 蝕刻后防氧化處理，苯駢三氮唑液，使銅表面形成一層無色保護(hù)膜。
● 阻焊：不許機(jī)械磨板，否則會(huì)破壞PTFE基材，影響阻焊與基材間附差差力。只能化學(xué)清洗。
有的PTFE板，阻焊劑僅印在線路上，覆蓋線邊緣0.25mm，基材上不讓印阻 焊。否則影響信號(hào)傳輸。
PTFE板軟，烘板要作特殊插架，防板翹曲，防沾污板面。
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