特種印制板技術(shù)ppt課件

.,1,第十四章特種印制板技術(shù),現(xiàn)代印制電路原理和工藝,.,2,第十四章特種印制板技術(shù),.,3,特種印制板技術(shù)包括:高頻微波印制板金屬基印制板厚銅箔埋孔多層印制板,.,4,14.1高頻微波印制板,1.1概述美國(guó)杜邦(Dupont)公司1956年發(fā)明了特氟隆(Teflon)材(Polytetrafluoroethylene,簡(jiǎn)稱(chēng)PTFE),開(kāi)創(chuàng)了微波印制板大規(guī)模應(yīng)用的新時(shí)代。,.,5,微波多層板可將電源層、接地層、信號(hào)層、無(wú)源電路(如濾波器、耦合器等)做在一塊電路板上，使電路更加小型化、集成化。微波多層板的結(jié)構(gòu)包括:內(nèi)層和外層電路電源層接地層層與層間互連的通孔(PTH),.,6,圖14-1六層微波多層板的結(jié)構(gòu)示意圖,.,7,1.介電常數(shù)及公差高頻電路需要高的信號(hào)傳輸速度v(m/s)與材料的介電常數(shù)r是有著密切關(guān)系:,1.2微波多層板基材性能,.,8,信號(hào)的傳輸延遲時(shí)間tpd與介電常數(shù)r還有如下關(guān)系：介電常數(shù)越高，信號(hào)的延遲時(shí)間越長(zhǎng)。因此要實(shí)現(xiàn)快速的信號(hào)傳輸，必須選擇介電常數(shù)低的基材。,.,9,2.介質(zhì)損耗角正切值tan材料的介電常數(shù)是一個(gè)帶有實(shí)部和虛部的復(fù)數(shù)，實(shí)部決定著傳輸電信號(hào)的速率，通常叫tan又稱(chēng)耗散因子.,.,10,3.吸濕率材料的吸濕率也會(huì)影響電路的性能高的吸濕率產(chǎn)生更大的耗散因子和相位隨頻率的更大移動(dòng)。低的吸濕率則可提高電子封裝產(chǎn)品的可靠性。吸濕率還會(huì)影響微波電路板的可加工性,.,11,4.熱脹系數(shù)CTEPCB所用的絕緣基材都有玻璃轉(zhuǎn)化溫度（Tg）玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg越高，其熱脹系數(shù)CTE越小。一旦工作溫度超過(guò)材料的Tg，CTE將發(fā)生突變。,.,12,5.特性阻抗Z0要使高頻電路的電信號(hào)穩(wěn)定的傳送，基材的特性阻抗Z0是相當(dāng)重要的。特性阻抗越高，介質(zhì)材料的厚度下降越明顯，這將使微波多層板的制造難度大大降低r越小,傳輸阻抗越高,信號(hào)的傳輸速度越快，信號(hào)的延遲就越小,同時(shí)介質(zhì)厚度也可減小。,.,13,6.常用微波材料的性能比較微波多層板的設(shè)計(jì)所用的增強(qiáng)或填充材料在工程上可以提供理想的電氣性能，特別是能提供極低的耗散因子，但是其機(jī)械性能和熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，在微波多層設(shè)計(jì)中這些材料都受到層數(shù)的限制。,.,14,PTFE材料技術(shù)可以滿(mǎn)足復(fù)雜的微波多層板機(jī)械和熱穩(wěn)定性的需要。高頻微波基板材料都是以PTFE樹(shù)脂摻雜不同的增強(qiáng)材料或填充材料復(fù)合而成。對(duì)微波多層板的需求量越來(lái)越大，但能大量、高精度、介電常數(shù)從2.110.8能系列生產(chǎn)，滿(mǎn)足不同領(lǐng)域應(yīng)用需求的高頻微波基材供應(yīng)商卻不多。,.,15,表14-1部分微波材料性能表,.,16,1.PTFE印制板的加工難點(diǎn)(1)鉆孔(2)印阻焊劑(3)熱風(fēng)整平(4)銑外形(5)蝕刻(6)化學(xué)鍍銅,1.3微波雙面板的制造,.,17,2.孔的加工在鉆孔時(shí)，必須選取合適的鉆孔參數(shù)和合適的蓋板與墊板，來(lái)減少膩污的出現(xiàn)，并獲得平整光滑的孔。鉆孔時(shí)，由于連續(xù)切削產(chǎn)生摩擦熱,.,18,3.PTFE基材料金屬化前處理PTFE難于親水，C-F鍵能很高(484kJ/mol)，必須采取特殊化學(xué)處理或等離子蝕刻的方法對(duì)其進(jìn)行處理，化學(xué)方法處理的溶液一般用鈉萘溶液進(jìn)行處理.,.,19,鈉萘溶液的組成及工藝條件為：金屬鈉(Na)2340g/L精萘(C10H8)128250g/L四氫呋喃(C4H8O)1000ml/L石蠟330360g/L氯化鈣(CaCl2)35g/L溫度1025處理時(shí)間1530s。,.,20,采用專(zhuān)用等離子設(shè)備處理PTFE材料，對(duì)玻纖增強(qiáng)PTFE材料來(lái)說(shuō)，具體的工藝參數(shù)如的表14-2所示。,.,21,4.孔金屬化化學(xué)鍍銅法來(lái)進(jìn)行孔金屬化化學(xué)鍍銅溶液使用的甲醛對(duì)環(huán)境有一定的污染，目前以乙醛酸為還原劑的化學(xué)鍍銅液在微波PCB孔金屬化中正逐漸得到應(yīng)用。,.,22,5.線寬/間距的大小及精度由于微波頻率下，要求印制板導(dǎo)線的特性阻抗Z0相當(dāng)嚴(yán)格，對(duì)線寬的要求也比較嚴(yán)格，其公差范圍相當(dāng)窄。(1)線寬/間距的制造精度補(bǔ)償(2)精細(xì)線/間距的蝕刻,.,23,圖14-3細(xì)縫隙蝕刻速率示意圖,圖14-4因側(cè)蝕，細(xì)縫隙的最終尺寸應(yīng)為AB，而非CD,.,24,6.圖形電鍍傳統(tǒng)的孔化板主要采用掩孔法和堵孔法制作。堵孔法費(fèi)時(shí)費(fèi)事，其堵孔效果難以令人滿(mǎn)意，可靠性也令人懷疑。圖形電鍍法得到的電路圖形，不但精度較高，而且孔的質(zhì)量好，可靠性完全可以得到保證。,.,25,7.選擇電泳沉積有機(jī)涂層法8.電極蝕刻電路圖形方法9.表面鍍層的選擇及影響(1)微波電路導(dǎo)體材料的性能微波電路理想的導(dǎo)體材料應(yīng)具有以下特征：,.,26,高導(dǎo)電率低溫度電阻系數(shù)、對(duì)基材具有良好的附著力和好的可焊性、易于沉積和電鍍。微波電路的損耗有介質(zhì)損耗外和導(dǎo)體損耗導(dǎo)體損耗除了與金屬本身的導(dǎo)電率有關(guān)外，還與頻率和金屬表面粗糙度關(guān)系極大。,.,27,作為一種經(jīng)驗(yàn)法則，表面粗糙度必須保持在趨膚深度的1/5以下，在毫米波段，這意味著表面粗糙度要小于0.1m。導(dǎo)體的趨膚深度可表示為：,.,28,表14-5三種導(dǎo)體材料的電阻率和趨膚深度,.,29,(2)電鍍金及其性能具有良好的穩(wěn)定性與焊接性要注意焊接方式和焊料的選擇,.,30,1.微波多層板粘結(jié)前的準(zhǔn)備(1)粘結(jié)膜的性能粘接膜(對(duì)熱固性樹(shù)脂的粘接膜稱(chēng)半固化片)，是一種加熱加壓就會(huì)變形和變質(zhì)或流動(dòng)的塑料膜。一般多層板所用的FR4和PI(聚酰亞胺)材料是熱固性材料，而PTFE是熱塑性材料，粘接時(shí)，要選擇不同的粘接材料和粘接溫度。,1.4微波多層板的制造,.,31,表14-6常用粘接膜的性能,.,32,(2)粘結(jié)前處理多層板在層壓粘接前，銅電路片要進(jìn)行微蝕(micro-etching)，確保徹底除去抗蝕劑殘?jiān)吞峁┏浞值臋C(jī)械附著表面，但不能蝕刻過(guò)分，更不能進(jìn)行機(jī)械擦洗.PTFE介質(zhì)片也必須在鈉萘溶液中進(jìn)行處理，使其表面能充分潤(rùn)濕，以提高附著力。,.,33,2.多層板的疊層設(shè)計(jì)微波多層板在疊層結(jié)構(gòu)如圖14-6所示。,圖14-6微波4層板疊層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖,.,34,3.微波多層板的層壓粘結(jié)(1)粘結(jié)方法及粘結(jié)模的選擇(2)層壓參數(shù)的控制對(duì)于微波PTFE多層板層壓來(lái)說(shuō)，最好使用分步升溫升壓的真空層壓機(jī)進(jìn)行層壓。,.,35,圖14-7層壓時(shí)溫度、壓力、時(shí)間關(guān)系曲線圖14-8層壓時(shí)粘接膜典型的粘度曲線,.,36,4.微波多層板的外形銑切銑切程序必須直接從已有尺寸的布線圖中生成。下模板有一個(gè)重要的作用:在電路板固定之前，要用比銑電路的銑刀直徑大的刀具在下模板上輕輕銑出一個(gè)外形,生成一個(gè)真空通道來(lái)去除碎屑(如圖14-9)。,.,37,圖14-9電路板銑切示意圖,.,38,14.2金屬基印制板,2.1概述金屬基印制板，英文全稱(chēng)為MetalbasePrintedCircuitBoard。它是由金屬基板。絕緣介質(zhì)層和線路銅層三位一體而制成的復(fù)合印制板。金屬基印制板具有以下特點(diǎn)：散熱性熱膨脹性,.,39,2.2金屬基印制板的結(jié)構(gòu)目前，金屬基覆銅板由三層不同材料所構(gòu)成：銅箔層、絕緣層、金屬板1.金屬基材:(1)鋁基基材(2)銅基基材(3)鐵基基材,.,40,2.絕緣層絕緣層放在金屬基板與覆銅箔層之間，同金屬基板和帶形成線路圖形的銅箔層都應(yīng)有良好的附著力。3.銅箔銅箔層厚通常為17.5m，35m，75m和140m。,.,41,圖14-15:雙面鋁基板的結(jié)構(gòu)圖,.,42,2.3單面金屬基印制板的制造1工藝流程（以鋁基印制板為例）開(kāi)料鉆孔光成像檢查蝕刻阻焊字符檢查熱風(fēng)整平鋁表面處理外形成品檢查2工藝特殊控制要點(diǎn)下料鉆孔光成像,.,43,蝕刻阻焊熱風(fēng)整平鋁基面處理外形加工。鋁基板的外形加工有四種方法：銑外形，。切割“V”槽剪外形,.,44,沖外形3.單面鐵基印制板的制造鐵基常為鍍鋅鋼，含硅鋼，可耐高熱，與絕緣介質(zhì)層有很高的附著力，高防銹能力，阻燃性為94V-0級(jí)。單面鐵基板的生產(chǎn)流程同鋁基板相似。加工的不同點(diǎn)有以下這些：基材為鐵基，硬度比鋁基要高，比重比鋁基要大，鉆孔參數(shù)需特別設(shè)定，速度宜更慢些，定位孔徑建議大于1.5mm。,.,45,2.4雙鋁基印制板的制造1夾心鋁基雙面印制板根據(jù)工程設(shè)計(jì),選擇好合適的鋁板型號(hào)、厚度、下料.鋁板鉆孔.鉆孔位置同成品鋁基雙面板的元件孔,其孔徑必須比第二次鉆孔的孔徑大一些（0.3mm0.4mm）.鋁板作陽(yáng)極氧化處理.,.,46,根據(jù)工程設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)夾芯鋁基板的結(jié)構(gòu)，對(duì)半固化片和銅箔下料。壓制成型。壓制工藝用FR4層壓工藝。第二次鉆孔?；瘜W(xué)鍍銅，板面鍍銅，光成像，圖形電鍍，蝕刻，阻焊外形加工，最終檢查。工藝加工簡(jiǎn)圖如下:（見(jiàn)圖14-17）,.,47,.,48,2盲孔雙面鋁基印制板的加工根據(jù)客戶(hù)資料要求，做好相關(guān)的工程設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的鋁板型號(hào)、厚度，按尺寸要求下料。對(duì)半固化片下料，其型號(hào)、尺寸符合要求。根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，把已完成了黑化（棕化）的雙面板、半固化片、鋁板疊層，按常規(guī)工藝作層壓。鋁基面貼上保護(hù)膜。,.,49,對(duì)線路面刷板，印阻焊與字符。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行熱風(fēng)整平、鍍鎳/金或鍍銀，或涂敷耐熱有機(jī)助焊劑。外形加工（銑、沖、剪或銑V型槽）鉆出安裝孔。最終檢查，耐壓、絕緣電阻測(cè)試。,.,50,圖14-18盲孔雙面鋁基板工藝流程圖,.,51,2.5多層金屬基印制板的制造工藝設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證金屬化孔同金屬芯的預(yù)制孔成同心圓，用同一鉆孔磁盤(pán)，但金屬芯的鉆孔直徑必須大于元件孔直徑0.3mm以上。定位孔沖制時(shí)，需保證各層底片、內(nèi)層芯片、半固化片、金屬芯使用同一套定位系統(tǒng)，同時(shí)沖出定位孔。疊層前，殷銅和內(nèi)層線路板都應(yīng)作棕化和黑化。層壓時(shí)應(yīng)使用真空層壓機(jī)，以利用層壓時(shí)使樹(shù)脂填滿(mǎn)金屬芯的孔。,.,52,3.1厚銅箔埋/盲孔多層板的定義1元件孔2導(dǎo)通孔（viahole）3盲孔4埋孔5厚銅箔多層印制板6厚銅箔埋/盲孔多層印制板（見(jiàn)圖14-22）,14.3厚銅箔埋/盲孔多層板,.,53,圖14-22印制板盲孔示意圖圖14-23印制板埋孔示意圖,.,54,3.2厚銅箔埋/盲孔多層印制板的意義元器件高密度集成，使PCB設(shè)計(jì)向厚銅箔埋/盲孔多層印制板發(fā)展。厚銅箔起到通過(guò)大電流和散熱作用。埋/盲孔的設(shè)計(jì)，大大縮小了整機(jī)或電氣裝置的體積。大大提高印制板的效率，或同樣效率可縮小體積一半.厚銅箔/盲孔多層板的效率可以達(dá)到90。,.,55,圖14-24厚銅箔埋/盲孔十層多層板示意圖,.,56,3.3厚銅箔埋/盲孔多層板制造要領(lǐng)1工程設(shè)計(jì)厚度內(nèi)層基片層間半固化片芯板起始銅箔線寬的加放,.,57,定位拼板尺寸工藝途徑的考慮工藝邊的設(shè)計(jì),.,58,2工藝途徑及制作埋孔芯板的制作下料埋孔鉆孔埋孔芯板鍍銅全板鍍銅內(nèi)層光成像內(nèi)層鍍錫內(nèi)層蝕刻內(nèi)層AOI內(nèi)層棕化層壓。盲孔芯板的制作下料盲孔鉆孔盲孔芯板鍍銅全板電鍍內(nèi)層板光成像內(nèi)層板圖形鍍錫內(nèi)層板蝕刻內(nèi)層AIO內(nèi)層棕化層壓。,.,59,層壓及其后工序的制作層壓銑邊框打靶