培训教材-特种PCB.ppt

1、培训教材,特种印制板技术,Mr.梁志立(CPCA) 2009.11.,2,内 容,1、概述 2、高频微波印制板 3、金属基印制板 4、高频和厚铜基印制板,3,1、概述：,1.1 国家产业结构调整方向 鼓励作技术含量高，附加值高的产品。 在PCB行业： 高密度印制电路板和柔性电路板。(发改委) 刚挠结合板和HDI 高密度积层板等.(国家科技部) (还有:覆铜板用的高均匀性超簿铜箔制造技术. 印制电路板PCB 加工用化学品.印制线路板生产和组装用化学品.) 高档印制板产品。（信息产业部） （1）HD1板 （2）多层FPC （3）刚一挠结合板 （4）IC载板 （5）通信背板 （6）特种印制板 高频微

2、波板 金属基板 厚铜印制板,（7）印制板新品种 埋入无源元件板 光电印制板 纳米材料印制板 （8）绿色印制板 环保，清洁生产 无卤无铅印制板,4,1.2 特种板特在哪里？ 三特： （1）特种板材： Dk（介电常数），1.15-10.5。 Df（介质损耗因素）。 铁基、铜基、铝基。 高频板材+特种介质层+金属基 （2）特种加工工艺 钻孔，PTH，成型，测试独特加工方式。设备、工具、工艺特别。 （3）特殊性能 高频通信 高速传输 高散热性 用在高档电子通信产品上（导线上通过的不是电流，而是信号）。,1,5,1.3 特种板市场 2007年全球PCB产值是509亿美元(477)。中国/香港155亿美元

3、，占世界30%。 2008年全球PCB产值515亿美元(482),中国/香港170亿美元(1182亿元RMB),占世界33% (美国IPC,Prismark.,Nakahala中原捷雄,各自统计数据稍有不同) 全球PCB产品构成比例： 多层板28%，HD1板22%，IC载板14%，挠性板18%，刚一挠板6%，单双面板13%，纸板2%。 特种板占约4-5%，全球约23亿美元（中国约50亿元人民币）。 如果一个PCB厂每年订单是1亿元RMB，全球需约150个工厂才能完成。 单纯作特种板，进不了世界500强，要成为国内500强也不可能。 近年来，特种板伴随着高新科技电子产品的发展，其增长速度相当快。

4、 在通信，电子，汽车，仪器，电渠等行业大显身手。这些领域应用特种板越来越广泛。 价钱贵：几千几万元/平方米。,6,2、高频微波印制板,2.1 定义 什么叫高频？ 通常短波频率300MHz，即波长1米的范围，称作高频。 什么叫微波？ 通常频率1GHz（100MHz），波长300mm的电磁波，称作微波。 高频微波印制板 在高频微波基材覆铜板上，加工制造成的印制板叫高频微波印制板。 类型：单、双、多层，刚性。 高频基材+普通FR4基材，制成的是混合型多层板。 高频基材+金属基，混合压成的基材制成的印制板叫高频金属基印制板。,7,2.2 快速发展原因 通信业的快速进步，原有的民用通信频段拥挤，高频通信

5、部分频段（军用）逐渐让给 民用。民用高频通信获得超常规速度发展。 卫星接收，基站，导航，医疗，运输等各个领域大显身手。 高保密性，高传送质量，要求移动电话，汽车电站，无线通信向高频化发展。 高画面质量，要求广播电视传输用甚高频播放节目。 高信息量传送信息，要求卫星通信，微波通信，光纤通信必须高频化。 计算机技术处理能力增加，信息存储容量增大，迫切要求信息传送高速化。 因此，电子信息产品高频化，高速化对PCB提出了高频特性的要求。 高频微波PCB成为电子信息高新科技产业必不可少的配套产品。,8,2.3 对基材的要求 印制板的整体特性，加工性能，长期可靠性，在很大程度上取决于基板材料。 为达到高频

6、高速传送信号，要求基材必须考虑： （1）Dk（r），dielectric constant，或 relative permittivity，介电常数。 （2）Df（tan），loss tangent，或 Dissipation Factor，介质损耗因素（介质损耗角 正切）。 基材结构：玻纤，树脂，填料。 CTE（热膨胀系数）。 其它剥离强度，绝缘电阻，Tg，阻燃，吸水性,9,2.4 介电常数Dk （1）定义：某电介质电容器的电容与同样构造的电容器在真空状态下电容之比。 （2）覆铜板的介电常数 覆铜板基板由树脂，增强材料（布、纤维、纸），填充剂组成，构成电的绝缘体，称为电介质。基材实际上就是整

7、块印制板中的一个电容器。 Dk大，表示存储电能大，电路中信号传播速度就会变低。 Dk小，电信号传播速度就快。 通常，印制板上的电流信号的电流方向，是正电、负电相互交替变化的，这样频率化的交换，相当于 “充电放电充电” 的过程。在互换中，只要有少量电容存留，就会影响传输速度。,10, 在高频线路中，信号传播速度公式： V信号传播速度 K常数 C光速，3108m/s Dk基板介电常数 降低Dk，有利于提高信号的传播速度。Dk越大，传输速度就会越低。Dk越小，传输速度越快。 因此，利用PCB的低介电常数，来达到信号传播的高速度。 这就是为什么高频微波印制板要求低介电常数的原因。,11,（3）低Dk基

8、材 PTFE（聚四氟乙烯），俗称Teflon。 分子结构： 。分子结构是对称的，因而具有优良的物理、化学、电气性能。相对密度2.142.20。熔点327，吸水性（24小时）0.01%。 “塑料王”：耐许多强腐蚀性物质，至今尚无一种能在300 以下溶解它的溶剂。 PTFE，Dk=2.1，很低。 聚四氟乙烯玻纤布覆铜板，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印制板的信号传播速度快40%以上。 PTFE缺点 刚性差，铣外形毛刺多，PTH困难，成本高，加工困难。,12, 除FTFE外，其它Dk低的基材 基材

9、的Dk低，需选用低Dk树脂，玻纤，填料。 聚丙醚Dk2.5，氰酸酯2.9，聚丁二烯3.0，环氧树脂3.9，电子级玻纤Dk6.6，新型NE玻纤布4.4。 低Dk树脂+低玻纤布组合加工而成的低Dk覆铜板有以下几类： PI聚酰亚胺环纤布覆铜板，Dk3.8；PPO聚苯醚玻纤布覆铜板，Dk3.5； CE氰酸酯玻纤布覆铜板，Dk4.0；BT双马来酰亚胺改性三嗪Dk4.14.3。 最低Dk的基材 Dk=1.151.35（不含PTFE） 介质损耗Df=0.002-0.005，比重0.35g/cc，吸水率0.5%。 峰房式结构。轻型，不耐热。作高频微波金属天线（美国Arlon公司产品）。,13,2.5 介质损耗

10、因素（Df） （1）定义： 电介质材料在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量称为介质损耗。 通常以Df或tan表示。也称介质损耗角正切。 （2）Dk和Df成正比例。 Dk小，Df也小，即能量损耗也小。 PTFE的Df=0.002，比FR4的Df=0.02低了10倍。 PTFE基材的Dk，Df都小，且稳定，几乎没有变化。 PTFE具有优秀的耐潮湿性，吸水率非常小。 PTFE绝缘性能很高，10141015欧姆。,14,（3）其它高频微波板材Df PI（聚胺亚胺）0.008； PPO（聚苯醚，PPE）0.003； CE（氰酸酯）0.0060.008； BT（双马来酰亚胺改性三嗪）0.0040.008

11、。 2.6 其它性能 基材结构玻纤，纤维；树脂环氧，PI，PPO；填料陶瓷，云母。（对加工工艺有影响） CTE（热膨胀系数） Dk 2.12.7，X-Y方向的CTE是小的，一般9-35；Z轴方向大，150-300PPm/（CTE对印制板可靠性有影响）。 其它剥离强度，绝缘电阻，吸水性，阻燃性，Tg，耐热性（对加工过程，产品使用有影响）。,15,例：Rogers R04003，玻纤+陶瓷，Tg280，Dk3.38，Df0.0022,加工性能同FR4相似，不阻燃，371 （700）着火。 Rogers R04350，性能同R04003， Dk3.48，Df0.0040，阻燃94V0。 基材铜厚，板

12、厚。 铜箔常用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，考虑价格性能比，用簿板，0.8，0.5，0.3mm常用（高频微波基材比FR4贵几倍，十几倍）。 板厚通常不含铜厚。,16,2.7 Dk=1.1510.2的各种板材 供应商：美国 Rogers，Arlon，Taconic，Metclad，GIL，Polyfon，IsoLa。 Dk1.1510.5，全球有100200个品种。（见另外的附表） 日本：三菱瓦斯，松下，住友，日立化成，Chukok等。 国产：泰州高频覆铜箔板材厂，西安704所等。 影响高频微波板关键性性参数是Dk和Df

13、，通常Dk最低值2.17，Df0.001。 Dk低的板材，通常是PTFE+玻纤。 Dk3.2-3.8，不含PTFE，其结构是聚酯，聚酰亚胺，聚丙醚，玻纤，陶瓷。加工性能类似于FR4。 高频微波多层板，应选择相匹配的半固化片（PP）。Dk2.33.5常用。,17, Dk在不同频率下测试会有些变化，但变化量不大。 例如：频率从500MHz变化到10GHz，PTFE的Dk变化为0.5%，而FR4变化为7%。 2.8 高频微波印制板基本要求： （1）Dk，介质层厚度，铜厚符合图纸要求。 （2）线宽/间距公差要求严格。 IPC-6018，10%。 实际上，很多客户要求， 0.02mm， 0.015mm。

14、 特性阻抗公式：,18,Dk介电常数，H介质厚度（不含铜厚） W线宽，T导线厚。 上述4个因素，影响最大的是H（介质厚度），其次是Dk，W，最小的是T。选定基材后，Dk，H变化小，T（导线厚）较易控制，W（线宽）控制成为工程设计定型后生产PCB的难点之一。 线宽控制0.02mm是关键。 （3）导线划伤，凹坑，缺口，针孔，不允许。 阻焊厚度会影响高频信号传输。 孔内铜厚也会对信号传输有影响。 （4）对PTFE，热冲击228，10秒，1-3次，PTH孔不发生孔壁分离。,19,2.9 PTFE印制板生产工艺技术 2.9.1 PTFE印制板加工难点 （1）钻孔 基材柔软，叠板数不能多。 转速要慢些。

15、基材磨损钻头利害。 钻头顶角、螺纹角有其特殊要求。 （2）印阻焊 丝印前不能用刷辊磨板（氟树脂的影响，附差力）。 （钝化，水洗，吹干；化学法处理）,20,（3）HAL（热风整平） 预热 无铅HAL，锡缸温度265（避免板材急速加热，影响到导线，焊盘脱落或翘起）。 （4）铣外形 选合适的铣刀和参数（否则，毛刺多）。 （5）工序转运 防划伤、针孔、压痕、缺口。 特制装载转序工具。 （6）蚀刻,21,严格控制线宽。百倍镜检查。 （工程设计，蚀刻参数，管理） （7）PTH难点之一，关键步骤之一。 传统的PTH工艺行不通。PTFE基材孔内不润湿。 方法一：金属钠，萘，四氢呋喃液化学法。 形成萘钠络合物，

16、浸蚀孔内PTFE表层分子，达到润湿孔的目的。 优点：效果良好，质量稳定，适宜量产。一次性投入成本不高。 缺点：毒性大，钠易燃，危险。需强烈抽风，专门房间，专人管理。 方法二：等离子体法（Plasma）。 在二个高压电极之间注入CF4，氩气，氮气，氧气。PCB放在二个电极之间，腔体内形成等离子体状态，从而把孔内钻污、脏物除掉。,22,优点：效果佳，质稳定，适宜批量生产，工艺简单，易控制，毒性小，干净。 缺点：设备价贵。 2.9.2 双面PTFE印制板的制造 （1）工艺流程 工程设计下料钻孔孔处理PTH 全板镀光成象QC图形镀蚀刻防氧化处理QC阻焊/字符HAL（或沉Ni/An，Ag，Osp）外形加

17、工FQA包装出货。 （2）控制要点化学沉铜前 板材存放平放：下料时，不必烘板。 钻孔：参数同FR4不一样，用新钻头。2拼板/叠（0.81.6mm板厚）。 钻头形状：顶角120，螺纹角27 。,23, 钻孔后，轻度刷板，高压水洗。磨痕宽度8-10微米。 孔处理： A、化学法： 萘纳处理槽溶剂处理槽热水洗（2次） 烘干PTH。 萘钠槽：不锈钢槽，盖密封，充氮气（使空气与药液表面形成界面，隔绝水 份，空气进入） 槽架：不锈钢。 钠金属：盛装于煤油中，切成小块投入槽中溶解，不锈钢棒搅拌。严禁水带入（否则会燃烧爆炸）。室温下，浸泡几分钟。 房间：强抽风，地板干燥，不存放酸、碱或无关物品，外人不许进入，板

18、子处理后吹干。操作人员经特殊培训。,24, 溶剂处理槽：无色透明溶剂，低沸点，易燃。室温下浸泡几分钟。塑料槽。目的是去除残余的萘钠溶液。 热水洗：55，浸泡2-3分钟，转入自来水洗。 板子要吹干。 板子经处理后进入PTH生产线，不必进入除钻污槽，从降油槽开始，正常的PTH工艺。 B、Plasma法： 等离子体是物质存在的另外一种表现形式，是物质存在的第4种形态（固、液、气三态）。 等离子体在许多方面类似气体，但在某些方面却存在重要区别。 等离子体由带正电荷、负电荷离子以及游离基团和紫外线辐射粒子所组成，就是说，等离子体是离子化的气体，是一种能量提升状态的气体。,25, 北极光是我们周围自然存在

19、的等离子体的一个例子。 等离子体的活性很强，正是利用这个特性，驱使它和环氧或聚四氟乙烯钻污起化学反应而消除之。在PCB生产工艺中，去钻污使用高锰酸钾法，浓硫酸法等，这些方面对FR4基材的多层板有效，但对PTFE基材不起作用。 等离子体对PTFE基材钻污可以起到化学反应。 很显然，等离子体及其活性是极不稳定的，需要高频电磁场能量。当某种条件中止或消失时，等离子体组成中的各种粒子会瞬间互相选择地结合起来，等离子体退化为原始的气体态，活性消失，等离子体也就不再存在。,26, 等离子体的生成条件。 1）一个容器腔体形成真空状态。 2）以高频发生器向腔体内的正负电极施加高频电磁场。 3）在腔体内，注入所

20、需的气体。气体在正、负电极间被电离，形成等离 子体。 4）当不存在抽真实状态，高频电磁场消失，等离子体即成为原始气体状态。 等离子体去除钻污 在抽真空的腔体内（抽真空几十至100m Torr 托 ） 在二个正负电极中加高频电磁场，注入气体（CF4，N2，Oz，Hz），从而形成等离子体。 放在二块电极之间的印制板孔内表面上的PTFE钻污、脏物等固体与等离子体接触起化学反应，生成新的气体化合物被真空泵带走，从而使PTFE印制,27,板孔内的氟树脂由非极性变成极性。 清洗孔的二个步骤： 第一步：除毛刺。气体CF4（25%），N2（25%），O2（50%），75， 15分钟。 第二步：除孔内钻污。气体

21、：N2（80%）H2（20%），75 ， 20分钟。 一步法：混合气体O2/CF4/N2（80/10/10），30分钟，效果不错。有人用二种混合气体H2/N2（70%/30%）作处理R03000板材（Dk=3.0）。 使用不同气体和比例会获得不同效果。对不同高频微波板材，处理用的气体及参数也有所不同，要通过实践摸索本企业的使用气体和相关参数。 等离子体系统（设备）组成： 五个部分：腔体（方形、园形），真空泵，高频发生器，控制器，混合气体源。（设备系统包含不同的技术专利）。,28, 板子经Plasma处理后应马上进行化学沉铜，不应停留超过24小时。 C、孔的前处理的其它方法： 除了萘钠化学法，P

22、lasma法作孔的前处理外，还有其它的方法：（文献收集） 1）复合型PTFE板，浸泡新型玻璃蚀刻液。 成份：氟化氢铵20%，硫酸10%，30-40，1-1.5分钟。 过程：板子除油，清洗，微蚀，清洗，浸泡本溶液，清洗，板子进入预浸、 活化、还原、PTH、清洗、板面镀铜、转入光成象。 2）二步法： 第一步：氟化氢铵（10-20%），10%硫酸混合液，40，2分钟。,29,第二步：氢氧化钠（510%），硫酸亚锡（20%）混合液处理。1分钟， 水洗，然后PTH。 3）在制板，浸泡四氢呋喃（100%）液，3-5分钟，水洗，酸洗，化学沉铜，极面电镀，光成象。 4）在制板，在沉铜缸前的各处理槽连续走二次（

23、包括活化槽），再作沉铜。 以上几种处理方法，来自文献报道，仅供参考。 经典方法是钠萘化法，Plasma法。 考核PTFE成品板方法： 热风整平（250-265），3秒/次，3次；热冲击（288，10秒）。,30,作微切片，观察金属化孔：孔壁无剥离，镀层和拐角无裂纹，无空洞，焊盘不起翘，孔内铜厚20微米。 （3）控制要点沉铜、光成象、图镀、蚀刻、阻焊、外形加工。 背光检测，全板镀铜后。 全板镀，图形镀铜，低电流密度，长周期参数生产。控制孔内铜和表面铜厚均匀性。（线路铜厚不均匀，影响蚀刻，影响线宽公差0.02mm控制）。 蚀刻后必查线宽/间距。（注意底片线宽工艺补偿值经验数据总结）。 蚀刻后防氧化

24、处理，苯骈三氮唑液，使铜表面形成一层无色保护膜。 阻焊：不许机械磨板，否则会破坏PTFE基材，影响阻焊与基材间附差差力。只能化学清洗。 有的PTFE板，阻焊剂仅印在线路上，覆盖线边缘0.25mm，基材上不让印阻 焊。否则影响信号传输。 PTFE板软，烘板要作特殊插架，防板翘曲，防沾污板面。,31, HAL（热风整平） 热风整平前预烘板，即作HAL。 PTFE板软，必要时可选择同厚度FR4废板作板的边框架，PTFE放框架内， 红胶带固定，再作HAL。防划伤线路，阻焊层。 若沉Ni/Au，Ag，Sn，按相关工艺要求。 外形加工 特种铣刀。下垫板纤维板，上盖板酚醛纸板。 铣刀直径2.4，2.0，1.

25、6mm，转速约3万转/分，行速1米/分。寿命10-12 米。 尽量少叠板铣外形。 尽量少出毛刺，少量毛刺细心修刮。 PTFE板间，隔白纸，可减少毛刺产生。,32,2.9.3 多层PTFE印制板的制造 （1）类型：3种 基材是PTFE，粘结片是低熔点热塑性粘结薄膜。 基材是PTFE和FR4，粘结片FR4，为混合型多层板（目前较普遍，成本 低）。 基材是PTFE，粘结片是高熔点氟树脂薄膜。 （2）粘结片（PP） FR4 低熔点热塑性氟树脂薄膜 高熔点氟树脂薄膜 厂商：Rogers，Arlon，Taconic，泰州旺灵。,33,（3）层压 FR4半固化片（7628，1080，2116），层压同通常F

26、R4多层板。（注意翘 曲度控制） 低熔点热塑性薄膜，层压用普通层压机。 例：Taconic公司HT1-5型粘结片（薄膜）。 芯板厚度通常0.4mm以上，多层板总厚度0.8mm以上，外层铜厚18或35微米。介质层厚度0.3mm，才考虑70微米铜箔。热压温度220-230，压力5-15kg/cm2，保温20-30分钟。 层压过程，粘结片仅会变软，而不会流动，不需固化时间，30分钟层压温度升至225 ， 保温30分钟即可冷却。 高熔点氟树脂薄膜 需高温层压机（400 以上），油压式。 层压压力20kg/cm2以上。,34,分离钢板1.0mm合适。 缓冲材料为不锈钢纤维，芳香族聚酰亚胺板等。 层压温度

27、360-380，保温350，20分。 树脂流动性低，需高压，以便树脂填满内层图形。 缓慢冷却可减少翘曲，扭曲产生。 层压时间长些为好，甚至可达4个小时。 注意：不同供应商的粘结片层压温度是不同的，层压参数以供应商数据资料为准。粘结片（薄膜）预先应脱脂，150干燥1小时。芯板作黑化（棕化）处理。 （3）PTFE多层板生产的其它工序 内层板，图形转移贴膜前，建议作微蚀处理。（机械刷板会导致芯板拉伸变形） 内层板蚀刻后，裸露出PTFE表面，切勿触碰。表面形态的改变，对信号,35,传输会发生负面效果。一旦出现这种情况，可对板子作一次等离子体处理，以作修正。 钻孔：转速稍快些，进刀退刀切屑速度慢些。用新

28、钻头，或返磨1次的。叠层通常2拚板/叠。槽孔以钻孔方式完成。 孔的表面处理：建议Plasma法。 例（PTFE+FR4）多层板，Plasma用氧气/氢气（50/50），4300W/15bar，15分钟，温度75-80。 当然，萘钠法世可获得同样效果。 铣外形：转速，进给速度慢些为宜。 例：2.4mm，转速2.0万转/分，进刀0.9米/分，Z轴进给5米/分，2拚板/叠。 目前，看到PTFE多层板，最高层数，68层，埋一盲孔，板厚3.8mm，18 24，作为全球空间系统的天线阵使用。,36,2.10 PTFE替代品的加工 2.10.1 问题的提出 PTFE高频高速传输优良，但问题多多。 钻孔要求严

29、，外形加工毛刺多，孔处理难，价格贵。 替代品：既要具有PTFE类似的高频性能，又要具有类似FR4的传统的容易 加工的特点。 例如：Regors R04003，Dk3.38。GIL GML 1000，Dk3.05。 Arlon 25N，Dk3.28。 这些板基材，非PTFE树脂系统，耐热陶瓷和玻纤结构，加工过程同FR4相类，PTH孔不必作特殊处理。,37,2.10.2 R04003高频印制板的制造 （1）简介 玻纤增强，陶瓷填料，高耐热，Tg280，Dk3.38，Df0.0022。 加工参数，工艺过程类似于RF4。 在电子产品上大量应用。 （2）储存 R04003吸湿性低，储存无特别要求。不必在

30、恒湿环境下存放。 （3）钻孔 推荐盖板用铝或复合板，平而坚硬，以减少毛刺。厚度0.250.63mm。 基材坚硬，易磨损钻头。钻头寿命2000-3000次/支。 待钻的叠层厚度应小于钻头排屑长度的70%。 钻孔参数有专门的公式计算。,38,（4）沉铜 去毛刺，PTH，同传统FR4工艺。 （5）光成象，图形镀，蚀刻 同传统工艺。 （6）热风整平（HAL） 喷锡工艺前不必作预烘。 R04003非阻燃，不能打UL 94V-0标志。 板子受热700（371），板材会燃烧。（红外热熔，需特别注意） （7）阻焊 同FR4工艺 （8）铣外形,39, 使用硬质合金铣刀。螺丝形多槽沟铣刀，或金刚石铣刀。 叠层高度

31、，应为实际排屑槽长的70%，以使粉尘排除掉。若板厚0.8mm，5 拚板/叠。 铣外形费铣刀。表面速度应500英尺/分，以使铣刀获得最大寿命。 板子很硬，铣刀寿命约为5米。轴转速2.02.5万转/分（1.62.4mm，刀直 径），进刀速度25-30英尺/分。 （9）工程设计 若客户线宽公差要求0.02mm，工程设计时，对原始底片要作工艺补偿（根据本企业蚀刻液，蚀刻系数，铜厚等因素）。,40,2.11 高频微波PCB应用 高频头，转换器，接收器，振荡吕，天线； 卫星通信，卫星接收器； 基地天线； 卫星定位系统，功率放大器； 微波雷达，传输； 汽车电话； 测量仪器，信号放大器，示波器，IC测试仪；

32、高速运行的计算机； 家庭电子设备联网；等等。,41,3、金属基（芯）印制板：,3.1 定义 构成三部分：导电层，绝缘层，金属板层。 金属板如处在厚度方向的中间位置，这种印制板称作金属芯印制板。 （metal core printed board） 金属板如处在厚度方向上的最外层位置，这种印制板叫作金属基印制板。 （metal base printed board） 金属基常用：铝、铜、铁、殷钢、钨钼合金等。 绝缘介质层：改性环氧，聚苯醚、聚酰亚胺等，专利配方。 线路层：铜。 也可分单面、双面、多层金属基印制板。,42,3.2 功用 （1）散热性 目前PCB密度高，功率大，热量散发性要求好。常规

33、PCB基材FR4、CEM3都是热的不良导体，层间绝缘，热量散发不出去。各种电子设备，电源设备发热不排除，导致电子元器件高速失效，而金属基板可解决这一散热难题。 有了金属基板，设备内的风扇去掉了，设备体积缩小了，效果提高了。 （2）热膨胀性 热胀冷缩是物质的共同特性，不同物质的热膨系数，是不相同的。 CTE，Coefficient Of thermal expansion，热膨胀系数。 印制板是树脂、增强材料（玻纤）、铜箔的复合物。在X-Y轴方向，PCB的CTE为13-18ppm/，在板厚Z轴方向是80-90ppm/,而铜的CTE为16.8，片状陶瓷CTE,43,是6ppm/。可看到，PCB金属

34、化孔壁和相连的绝缘壁在Z轴的CTE相差很大，产生的热不能及地排除，热胀冷缩会使金属化孔开裂断开，这样电子设备就不可靠了。 SMT的印制板使这个问题更为突出。表面贴装的焊点由于CTE的不同，长时间经受 应力会导致疲劳断裂。 金属基印制板可使板上的元器件不同物质的热胀冷缩问题缓解，从而提高整机和电子设备的耐用性和可靠性。 （3）尺寸稳定性 金属基印制板，其尺寸随温度变化要比绝缘材料的印制板稳定得多。铝基印制板，从30加热到140-150，尺寸变化为2.53.5%。,44,（4）屏蔽作用 金属基印制板具有屏蔽作用，有效地减少PCB面积，降低生产成本。 3.3 应用 汽车、摩托车、点火器，灯光变换系统

35、，自动安全控制系统。 电源：变压器、电源模块。 电子控制：固态继电器，各种电路中元器件降温，音响屏蔽。 通信：交换机、电源模块、交直流转换器。 电脑：电源装置，软盘驱动器，立板机。 家电：输入/输出放大器，功率放大器，大功率路灯，水底灯，草坪灯；等等。,45,3.4 发展简史 20世纪60年代，金属基印制板开始使用。成为印制板的一个门类。 1963.美国，作成了铁基芯印制板，在继电器上应用。 1969.日本，发明铝基板制造技术，1974年用于功率放大混合集成电路上（日本三洋）。 1983.中国，最早的铝基板制造工艺论文发表，电子部10所，产品用于军工电子上。（第二届全国印制电路学术年会） 19

36、79.中国，北京15所开始金属芯印制板。1986年，金属基覆铜板研制与生产（704厂）。 目前状况 （1）美国：Berquist（贝格斯），德克萨斯的（Texax），克里夫兰（Cleveland） 日本：位友，松下电工，日立化成。 （2）中国： 覆铜板：江苏常州超顺，704厂，北京瑞凯，江苏丹阳，东莞联茂，珠海。 PCB：估计生产金属基PCB200-300家。,46,3.5 金属基印制板结构 三层不同材料所构成 （1）金属基材 铝基：厚度：1.0，1.6，2.0，3.2mm。 型号：2003 H24，1050 H24， 5052 H34， 6001，3003（中国） 6001 T6， 5052

37、 H34，（美国） R-0710，R-771，ALC-6401（日本） 抗张强度：30kgf/cm2，延伸率5%。 铜基：抗张强度：25-32kgf/cm2，延伸率15%。厚度：1.0，1.6，2.0，2.4，3.2mm。 铁基：厚度：0.51.5mm。冷轧压延钢板，低碳钢，镀锌钢，矽钢。 殷钢：镍铁合金，Ni 36%，Fe 63.8%，C 0.2%，尺寸稳定性优异。 钨钼合金。,47,（2）绝缘层： 厚度50200微米。太厚，绝缘好，防短路效果好，但散热差。太簿，散热好，但易引起金属基层与层线之间短路。目前，绝缘层常用75，100，150微米。 配方为专利。改型环氧，聚丙醚，聚胺亚胺，聚酯/

38、陶瓷等。趋势是介质层不存在玻璃纤维。 （3）铜箔： 常用厚度0.5，1.0，2.0，4.0盎司（oZ）。通信电源模块板多用140微米（4oZ） 铜箔背面经过化学氧化处理，镀锌或镀黄铜，以增强抗剥强度。 尺寸：1824， 1619，330450mm，等。 （4）保护膜：分高温、低温保护膜。贴于铝面，使金属基板加工过程不受划伤，弄脏。,48,3.6 单面金属茎印制板的制造 （1）生产流程： 工程设计开料钻定位孔光成像蚀刻阻焊、字符热风整平（或沉Ni/Au，Ag，Sn，Osp） 金属基面处理外形加工FQA 包装发货。 （2）工艺控制要点（以铝基板为例） 1）开料： 铝面贴保护膜，防划伤，针孔，污迹。

39、 开料后，不必烘板。 2）钻孔： 钻出定位孔供后工序（光或像，阻焊，外形加工，冲孔）用。 钻头直径在钻孔前应测试。因金属基板的孔径公差要求严格（0.02mm）。,49,3）光成像（贴膜、噪光、显影） 前处理仅对铜面刷板。 铝面应贴保护膜。单面贴干膜。 负片生产。 光成像，湿膜工艺也可以，以节约成本。 曝光显影同FR4工艺。 4）蚀刻 酰性，碱性蚀刻液均有人使用。 蚀刻前，板边和安装孔以耐电镀胶带封住（推荐）。 铜厚30Z，特别注意线宽的抽查与控制。 蚀刻后，严禁以小刀修刮线路，以免伤及介质层，引起耐压测试短路。 5）阻焊,50, 对于厚铜箔（30Z），建议作二次网印油墨，网纱低于43T。 跳印

40、、起皱、起泡、外观难看，客户拒收。线路上阻焊层厚度10微米。 二次网印：第一次填平基材，使基材上的绿油同线路处于同一平面上；第二次在整个版面上印阻焊油墨。 6）HAL（热风整平） 铝面贴耐高温保护膜。 热风整平前预烘，130140，30分，防分层。 允许返工一次（不平整，发白，发粗） 无铅HAL，265 ，1.52.0-秒。 如要求沉Ni/Au，Ag，Sn，按传统工艺处理。 防划伤，弄脏金属基面。,51,7）金属基面处理 刷板 钝化 贴保护膜（按客户要求） 8）外形加工 铣外形 V-Cut 剪外形 冲外形（量产使用） 要求： 翘曲度：0.2%，0.15%。 线路面微凹，AI基面微突。 板边缘不

41、许掉阻焊，有毛刺。 安装孔边不许焊盘起翘，掉阻焊。 外形公差符合要求。 （模具制造是关键）,52,9）检验 标准：IPC-6012B，IPC-4101B，客户要求； 作微切片：测介质层，金属基，铜厚，阻焊膜的厚，线宽/间距。 平整度：0.2%，铝面凸。 外观：孔内、边缘毛刺，板边不掉绿油。铝面不许氧化、手指印，发黑、刷伤、划痕。表面涂敷（Pb-sn，或Ni/Au，Ag，Sn，Osp）。UL标志，光标点，版本号。严禁动刀修理线路图形。 耐压检测，电源模块，15002000V，510秒，不应漏电、电火花，击穿。 （板边毛刺，介质层脏物，线路锯齿，碰伤绝缘层，耐压通不过） 必要时，作热阻，绝缘电阻测

42、试。 铝基面防擦花，是生产过程难点之一。,53,10）单面铁基印制板制造： （略） 3.7 双面铝基印制板制造 3.7.1 夹芯铝基双面印制板 （1）根据工程设计，选择好合适的铝板型号、厚度、下料。选择合适的铜箔，半 固化片下料。 （2）铝板钻孔，阳极氧化。 钻孔位置同成品铝基双面板的元件孔。 孔径要比第二次钻孔的孔径大0.30.5mm。 阳极氧化，膜厚10微米。 （3）叠层压制,54, 按照设计图纸，对铜箔、半固化片，已钻孔铝板叠层。 层压。同FR4工艺。 （4）第二次钻孔 对层压完后的夹心铝基印制板元件孔钻孔。 第二次钻和第一次钻孔的孔中心重合，但孔直径比第一次要小些，以避免元件孔与金属铝

43、板短路。 （5）化学沉铜、板面镀铜、光成象，图形镀，蚀刻，阻焊外形加工，FQA。各工序制作，同常规FR4工艺。 （6）夹心铝基双面板完成。,55,图示：,56,3.7.2 盲孔双面铝基印制板加工, 双面板板厚通常0.20.5mm。 双面PTH板作完后，作黑（棕）化。 铝板需作阻极氧化，膜厚10微米。 层压工艺同FR4。 层压后烘（150，4小时），除应力。 铝基面贴保护膜。 印阻焊，字符。 作表面涂覆（HAL，Au，Ag，Sn，Osp）。 外形加工（铣、冲、V-Cut），钻出安装孔。 测试，终检，包装，发货。,57,3.8 金属芯多层印制板加工 以四层板为例说明： 结构图：,（1）下料：芯板（

44、L2-L3），铜箔，PP，金属芯板。 （2）冲定位孔，确保在同一定位系统下工作，包括底片。 （3）作L2L3芯板，黑化。 （4）金属板钻孔，孔径要比设定的多层板PTH孔径要大0.31.5mm。作阳极氧化。 （5）叠层，层压，后固化，铣毛边。 （6）对多层金属芯层压板钻孔，去钻污，化学沉铜，外层光成象以下加工同双面板工艺，直至终检。 （7）测试，包装，发货。, 金属芯可以是：铝基、铜基、殷钢等。 金属芯必须同金属化孔绝缘。,58,3.9 铝基印制板线路设计（参考） （1）最小线宽/间距，同铜箔厚度有关。如下表：,（2）线路到板边最小距离，同基板厚度有关。如下表： （外形加工为V-cut，冲、铣）

45、,59,（3）导体到孔边最小尺寸：相当于基板厚度。 （4）最小焊环：冲外形，NPTH孔，0.76mm；钻孔，电镀导通孔（PTH），焊环最 小0.25mm。 （5）蚀刻字符：最小高度，1.5mm。 （6）阻焊设计：最小线宽1.5mm。阻焊膜开窗0.20.2mm。 （7）机械设计：孔到板边，至少为基材厚的距离。冲孔尺寸，板厚度的1.5倍。 最小钻孔直径，板的厚度（铜基板）。对铝基板，最小钻孔直径：基 板厚1.01.6mm，孔径0.76mm；基板厚2.0mm，孔径1.0mm；基板 厚3.18mm，最小孔径1.6mm。 （8）冲切时，线路到板边的最小距离=板厚+0.51mm。 （9）金属基覆铜板可使用

46、面积，应诚去一英寸。 例如：供货尺寸1824，使用尺寸17 23，即供货板边四周0.5英寸 （12.5mm）只能作生产PCB拚板的工艺边，不能设计有导线图形。（美国贝格斯金属基覆铜板）,60,3.10 金属基板比较 （1）铜基：导热性好，用于热传导，电磁屏蔽，但重量大，价贵。 （2）铁基：防电磁干扰，屏蔽性能优，但散热稍差，价廉。 （3）铝基：导热好，质轻，电磁屏蔽也不错。 （4）几种不同金属（合金）的热传导性和热膨胀系数。,61,4、高频和厚铜基印制板,4.1 前言 高频与厚铜基相结合的印制板，是特种印制板，近年来发展起来的新品种。 世界级通信巨头在研发，使用。发展速度飞快。 应用领域：手机

47、、微波、光纤、卫星通信等，网络基载站，混合集成电路、航天、电源大功率电路等领域。 结构为三层： （1）铜线路：基铜厚1870微米。 （2）介质绝缘层：PTFE（树脂），玻璃纤维，有机陶瓷，约0.50.6mm。 （3）厚铜板：2.53.0mm。,62, 如果铜基厚为3.0mm，线路铜层18微米，这块成品总厚3.63.8mm，比重约为2.8。 特性：（1）导热性，尺寸稳定性，电磁屏蔽性，高频传输性均优异；吸水率低，耐 压高。 （2）制造复杂，难度高。 结构图：,63,4.2 技术和性能要求： 4.2.1 技术要求 线宽/间距：0.0750.15mm，公差0.02mm。 盲孔：深度1.20.1mm。

48、 凹槽、沉孔精度：0.05mm。 表面涂覆：线路层和铜基层，沉Ni/Au，Ni厚3-5微米，Au厚0.1微米，盲孔底部无黑乳。 外观：阻焊和线路不许修补，划伤（容易伤及介质层）,孔和板边不得有毛刺。 4.2.2 性能指标 外观：翘曲度：0.2%； 介电常数Dk：2.1710.0，随频率110GHz变化Dk值稳定。 剥离强度：1.4N/mm； CTE：X-Y轴11-13，Z轴变化极小，（ppm/）。 绝缘击穿： 44KV； 尺寸稳定性：-0.0006mm/mm。 阻燃性：94V-0； 吸水率：0.2%。,64,4.3 难点分析： （1）钻盲孔 在铜基下钻深度约0.6mm，加上绝缘介质层厚是1.2

49、mm，公差控制0.01mm。 孔壁粗糙度25微米。 铜基硬，下钻阻力大，对钻机和钻头损耗大。 （2）沉铜 介质层厚0.6mm，PTFE。 要解决PTFE，玻纤的润湿，化学沉铜问题。 孔壁热冲击288，10秒不分层，无裂纹，剥离现象。 （3）线路,65, 板子厚而重，拼板尺寸1218，重量为10kg/拼板。贴膜，曝光、显影操作难。 线宽/间距要求公差0.02mm。 不许动刀子修补线路。（伤及介质层） （4）阻焊 印阻焊前不许磨板（否则影响基材与阻焊间附着力） 不许补油。 阻焊不许上焊盘。 （5）成形 外形尺寸公差0.05mm 。 铣盲槽，凹孔，深度精度0.1mm 。 PTFE铣外形，毛刺多。,6

50、6,（6）沉Ni/Au 盲孔底部必须沉上Ni/Au，不允许黑孔。 沉Ni/Au必须特制夹具。（板子厚，重） （5）工序流转 介质层为PTFE，软而薄。线路和介质层都不允许划伤，碰撞，压痕，缺口，否则影响高频信号传输。 需制作专用装载工具，用于各个工序流转。 4.4 工艺流程 工程设计来料检查钻孔Plasma孔处理化学沉铜整板电镀光成象 QC 蚀刻AOI阻焊、字符二次钻孔铣盲槽铣外形QC沉Ni/Au E-testFQC/FQA包装出货,67,注意： 下料后板子放专用插板车，作工序流转。不得平放。（板重，PTFE软，防擦花） 蚀刻后不得磨板，手不可触及图形内。 全程取拿板戴白手套。 蚀刻后不得动刀

51、修理（影响信号传输）。 必要时，蚀刻后板子可作一次Plasma处理。 4.5 工艺控制的特殊要点 （1）板材选择 国内未有这类覆铜板供应商（性能要求严格，特殊）。 同国外高频微波厂商合作研发生产。 自己压制： 采购高频微波板材（Dk、铜厚、介质层厚满足客户要求）。（国外）,68,采购适合的粘结片。（国外） 采购铜基板。（国产） PCB厂的层压机压制。 （2）钻孔 通常PCB厂数控钻床不很适用。 使用降温功能的低速钻孔机。 钻孔深度可自动控制。 特种钻头。 一个孔分段钻。 钻孔速度、进刀、退刀速度都要慢一些。 叠板层数，1块。,69, 钻孔参数参考： 1）孔径1.3mm，转速2万转/分，进刀速度

52、1.6m/分，退刀0.2m/分。 2）孔径 3.0mm，转速2万转/分，进刀速度0.8m/分，退刀0.1m/分。 一次钻的孔：定位孔，方向孔钻通。盲孔钻的深度1.2mm。1.3mm的孔，分3段钻：第一段钻深度0.8mm；第二段0.2mm；第三段0.2mm。钻孔机上应有“peak drilling”“depth control”功能。 盖板、垫板用酚醛板。（不必用铝片） 钻头寿命：3.175，大孔，控制几十个孔；直径小的，1.3mm，约200个/支。 钻盲孔深度应作微切片观察和控制。 钻孔粗糙度25微米。 铅孔后，高压气枪吹，超声波洗孔。,70,（3）化学沉铜 传统FR4化学沉铜工艺，不可以使用。（盲孔大量存在，介质层为PTFE，即Teflon） Plasma法（等离子体)参数（参考） 射频功率（RF）1.54.0千瓦，电压400600伏，温度75-80，抽真空度几十 至100m Torr（托），时间20-30分。 使用气体：H2：N2=10%：90%，或H2：N2=50%：50%，或H2：N2=80%：20%。 也有推荐用三种气体的，如O2：CF4：H2=80：10：10，或O2：CF4：H2=50：25：25。（应根据介质层成份，设备供应商介绍，并结合本企业实践经验，决定本企业Plasma参数）。 Plasma后，板子冷却至室温，进入