PCB内的传输线有微带线和带状线两种基本的拓扑结构。当在PCB外层布线时,布线结构呈非对称性,称此类布线为微带线拓扑。微带线包括单微带线和埋入式结构形式。当在PCB内层布线时,此类布线常被称为带状线。带状线包括单、双,对称或非对称等结构形式。共面型的拓扑结构可以同时实现微带线和带状线的结构。
在高速数字逻辑电路中,PCB导线的传输线效应已成为影响电路正常工作的一个主要因素。在数字电路系统中使用了不同的数字逻辑器件,不同的数字逻辑器件具有不同的输入/输出阻抗。例如,ECL(射极耦合逻辑)的输入/输出阻抗为50Ω,而TTL(晶体管-晶体管逻辑)的输出阻抗为20~100Ω,且输入阻抗还要高些。在PCB布线时,必须考虑传输线阻抗与器件输入/输出阻抗的匹配。
在高速数字逻辑电路中的传输线都必须进行阻抗控制。为获得最佳性能,布线可利用厂商提供的计算软件确定最佳的布线宽度,以及布线到最近的参考平面的距离。
应注意以下几点。
① 在计算传输线阻抗时,传输线阻抗计算精度与线宽、线条距离参考平面的高度(介质厚度)和介电常数,以及回路长度、印制线厚度、侧壁形状、阻焊层覆盖范围、同一个部件中混合使用的不同介质等因素有关,因此精确计算与仿真实际上是十分困难的。注意,下面介绍的关于微带线和带状线的计算公式都不能应用在两层以上介质材料(空气除外)或由多种类型的薄板压制PCB的情况中。所有计算公式 [27-29,78-79] 都引自IPC-D-317A(Design Guidelines for Electronic Packaging Utilizing High-Speed Techniques)。
② 由于制造过程中制造公差的影响,印制板材料会有不同的厚度和介电常数。另外,由于刻蚀的线宽可能与设计要求值也有所差异等,要想获得精确的传输线阻抗往往也不是很容易的。为了获得精确的传输线阻抗,需要与厂商协商和测试,以获得真实的介电常数及刻蚀铜线的顶部和底部宽度等制造工艺参数。
③ 由于公式的计算在很多时候是近似的,此时经验法则就会起到很有效的作用。在很多情况下,通常只用简单计算器计算出的结果也可以满足多数应用的要求。
对于高速数字电路来讲,要在PCB上实现线条阻抗控制,可采用微带线。微带线是一种有效的拓扑结构。微带线示意图如图4-22所示。对于平面结构,微带线是暴露于空气和介质间的。微带线线条阻抗的计算公式 [27-29,78-79] 为
(4-17)
(4-18)
式中, Z 0 为特性阻抗(Ω); W 为线条宽度; T 为印制线(铜箔)厚度; H 为信号线与参考平面的间距; C 0 为线条自身的电容(pF/单位长度); ε r 为平板材料的相对介电常数。
图4-22 微带线示意图
当 W 与 H 的比值小于或等于0.6时,式(4-15)的一般精度为±5%;当 W 与 H 的比值为0.6~2.0时,精度下降到±20%。制造公差值通常取在10%以内。在信号频率为1GHz以下的设计中,可以忽略印制线厚度的影响。
信号沿微带线传输的延时 [29] 为
(4-19)
式(4-19)表明,在这个传输线中,信号的传播速度仅与介质材料的 ε r 相关。
埋入式微带线示意图如图4-23所示。与图4-22所示的微带线不同,埋入式微带线在铜线上方的平面也有介质材料,该介质材料可以是芯线、阻焊层、防形变涂料、陶瓷或所需的为达到其他功能或机械性能而使用的材料。
注意: 介质材料的厚度或许是不对称的。
图4-23 埋入式微带线示意图
埋入式微带线的特性阻抗计算公式 [27-29,78-79] 为
(4-20)
(4-21)
式中, Z 0 为特性阻抗(Ω); W 为线条宽度; T 为印制线(铜箔)厚度; H 为信号线与参考平面的间距; C 0 为线条自身的电容(pF/单位长度);图4-23中的 B 为两层介质的整体厚度; ε r 为平板材料的相对介电常数;0.1< W / H <3.0;0.1< ε r <15 ; 为有效相对介电常数。
注意: 埋入式微带线的阻抗计算公式与微带线的阻抗计算公式除了有效相对介电常数 不同,其余的都相同。如果导体上的介质厚度大于1mil,则 需要通过实验测量或场计算的方法来确定。
信号沿埋入式微带线传输的延时 [29] 为
(4-22)
式中, 。
对于 ε r =4.1的FR-4芯材,埋入式微带线典型的传输延时为0.35ns/cm或1.16ns/ft(0.137ns/in)。
带状线是电路板内部的印制导线,位于两个平面导体之间。带状线完全由介质材料包围,并不暴露于外部环境中。
在带状线结构中,任何布线产生的辐射都会被两个参考平面约束住。带状线结构能够约束磁场并减小层间的串扰。参考平面会显著地减少RF能量向外部环境的辐射。单带状线示意图如图4-24所示。
图4-24 单带状线示意图
单带状线的特性阻抗计算公式 [27-29,78-79] 为
(4-23)
(4-24)
式中, Z 0 为特性阻抗(Ω); W 为线条宽度; T 为印制线(铜箔)厚度; H 为信号线与参考平面的间距; C 0 为线条自身的电容(pF/单位长度);图4-24中的 B 为两层参考平面间的介质厚度; ε r 为平板材料的相对介电常数; W/ ( H - T )<0.35; T / H <0.25。
信号在带状线上的传输延时 [29] 为
(4-25)
双带状线或非对称带状线示意图如图4-25所示,这种带状线增强了布线层和参考平面之间的耦合。
双带状线的特性阻抗计算公式 [27-29,78-79] 为
(4-26)
(4-27)
式中, Z 0 为特性阻抗(Ω); W 为线条宽度; T 为印制线(铜箔)厚度; H 为信号线与参考平面的间距; C 0 为线条自身的电容(pF/单位长度); D 为信号层间的介质厚度; ε r 为平板材料的相对介电常数。图4-25中的 B 为参考平面的间距; W/ ( H - T )<( H - T )<0.35; T / H <0.25。
图4-25 双带状线或非对称带状线示意图
双带状线结构的传输延时与单带状线相同。
注意: 当使用双带状线拓扑时,两层的布线必须相互正交,即一层布线为 X 轴方向,另外一层布线就为 Y 轴方向。
差分微带线和差分带状线示意图如图4-26所示。差分微带线没有顶部的参考平面。差分带状线有两个参考平面,而且两条差分带状线与两个参考平面具有相同的距离。差分布线从理论上讲不受共模噪声的干扰。
图4-26 差分微带线和差分带状线示意图
差模阻抗 Z diff 的计算公式 [27-29,78-79] (对于工作频率在1GHz以下的信号)为
(4-28)
(4-29)
式中, Z 0 为特性阻抗(Ω); W 为线条宽度; T 为印制线(铜箔)厚度; H 为信号线与参考平面的间距;图4-26中的 B 为参考平面的间距; ε r 为平板材料的相对介电常数。
电磁波的传播速度取决于周围介质的电特性。在空气或真空中,电磁波的传播速度为光速。在介质材料中,电磁波的传播速度会降低。
传播速度 v p 和有效相对介电常数 的关系 [29] 为
(4-30)
式中, v p 为传播速度; C =3×10 6 m/s或近似为30cm/ns(12in/ns); 为有效相对介电常数。
有效相对介电常数 是电信号沿导电路径发送时所测定的相对介电常数。有效相对介电常数可以用时域反射计(TDR)或通过测试传输延时和路径长度并通过计算来确定。
对于相对介电常数 ε r =4.3的FR-4,不同布线拓扑结构的源和负载间的信号传输延时不同,如微带线的为1.68ns/ft(140ps/in),埋入式微带线的为2.11ns/ft(176ps/in)。
1 .常见的阻抗要求
在高速数字信号在传输过程中,会因为阻抗问题导致损耗或失真,影响传输效果。常见的一些PCB阻抗要求(差分阻抗和特性阻抗),以及对应的阻抗线宽、线距、介质层、应用范围 [80] 如表4-1、表4-2所示。
表4-1 差分阻抗要求
表4-2 特性阻抗要求
续表
2 .线宽与阻抗的关系 [80]
线宽与阻抗成反比。线间距与阻抗成正比。
① 当外层特性阻抗线宽 W ≤127μm,线宽变化13μm时,阻抗变化4.1~3Ω;当127μm< W ≤254μm时,线宽变化13μm,阻抗变化2.7~1.8Ω。
② 当外层差分阻抗线宽 W ≤152μm,线宽变化13μm时,阻抗变化6.7~4.3Ω;当152μm< W ≤254μm时,线宽变化13μm,阻抗变化3.7~2.2Ω。
③ 线间距 S ≤114μm,线间距变化13μm时,阻抗变化4.1~3.1Ω;当114μm< S ≤152μm时,线间距变化13μm,阻抗变化2.5~2.1Ω。
④ 当阻抗线宽 W ≤152μm时,线宽偏离中值上限或偏离下限对阻抗影响较大。
3 .介质厚度与阻抗的关系 [80]
射频与高速数字电路PCB基板材料一般有环氧玻璃纤维(FR-4)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯醚(PPO或PPE)、低温共烧陶瓷(LTCC)和液晶聚合物(LCP)等。基板材料的 ε r 和tan δ 是两个重要的参数。介质厚度与阻抗成正比。
① 当外层特性阻抗介质厚度 H ≤127μm时,介质厚度变化13μm,阻抗变化4.2~3.2Ω;当127μm< H ≤229μm时,介质厚度变化1μm,阻抗变化2.9~2.1Ω [80] 。
② 当外层差分阻抗介质厚度 H ≤127μm时,介质厚度变化13μm,阻抗变化8.2~4.2Ω;当127μm< H ≤178μm时,介质厚度变化13μm,阻抗变化3.5~2.3Ω [80] 。
4 . 铜箔厚度 与阻抗关系 [80]
铜箔厚度与阻抗成反比。目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。
5 .材料介电常数与阻抗的关系
材料介电常数与阻抗成正比。
6 .阻焊油墨厚度与阻抗关系
阻焊油墨厚度与阻抗成反比。
7 .材料 D k
PCB加工厂在进行阻抗控制时,对影响阻抗因素的线宽、线距、铜厚、介质层厚度、油墨厚度,均可进行切片量测得出实际数值,并进行管控,但无法测量材料 D k 在PCB中的实际值,只能将供应商提供的原始物料 D k 作为参考,往往当阻抗测试机量测的阻抗值与实际切片软件模拟的阻抗值存在差异时,需要通过阻抗测试板反推 D k 。
控制PCB阻抗时,对影响阻抗因子,不可依照统一标准公差控制,需严控线宽 W ≤152μm、介质层厚度 H ≤127μm;针对材料有效 D k ,需建立数据库,依据材料在实际PCB中不同半固化片厚度(玻纤布)、不同含胶量及不同类型阻抗(差分和特性)进行 D k 区分,此过程虽可能耗费大量人力、财力,但对PCB阻抗精准控制还是有很大帮助的。
在一些测试仪表的板卡中,随着传输信号频率的提高和上升时间变短,板卡中微带线与金手指宽度不一致引起的阻抗不连续问题将对信号完整性产生严重的影响。一种使用在参考接地层构建反焊盘以对这种阻抗变化进行补偿的方法如图4-27所示。
1 .单微带线与金手指连接
在图4-27所示的HFSS单端模型中 [81] ,介质材料为Roges4350,厚度 H =3.8mil, ε r =3.66,微带线宽度 W 1 =7.3mil,长度 l 1 =440mil,特性阻抗约为50Ω,金手指宽度 W 2 =24mil,长度 l 2 =60mil。参考地铜厚为1.2mil,其中金手指下方参考层被沿着金手指对称中心线挖开形成一个反焊盘,宽度为2 l ,长度为 l 2 。
图4-27 单端情况仿真模型结构示意图
仿真表明:在没有进行反焊盘补偿时,微带线传输部分的阻抗为50Ω,金手指部分的阻抗仅约为33Ω,与微带线阻抗严重失配,将产生严重的信号完整性问题,信号波形严重畸变。在进行反焊盘补偿后,随着反焊盘面积的增大,金手指部分的阻抗逐渐增大,波形畸变也逐渐减小。当 l <15mil时,由于补偿不够,金手指部分的阻抗小于50Ω,仍得不到较好的阻抗匹配效果。当 l =15mil时,金手指部分的阻抗已达约50Ω,TDR曲线在50Ω附近小范围波动,达到了很好的阻抗匹配效果,故在此条件下可获得最小的回波损耗,此时波形近似为标准方波。当 l >15mil时,由于补偿过多,金手指部分的阻抗超过了50Ω,仍将出现阻抗匹配问题,波形出现过冲现象。所以,使用反焊盘进行阻抗调整时,必须使用合适的反焊盘大小才能获得最佳的效果。
2 .差分微带线与金手指连接
差分微带线与连接的金手指之间同样存在阻抗失配的问题。将单端微带线中验证得到的补偿方法进行进一步推广,用于研究差分微带线的阻抗补偿。
在HFSS 中建立如图4-28所示模型 [81] ,模型中介质材料为Roges4350,厚度 H 为6mil, ε r =3.66,微带线宽度 W 1 =7.3mil,间距 S 1 =6mil,长度 l 1 =440mil,特性阻抗约为100Ω,金手指宽度 W 2 =24mil,间距 S 2 =8mil,长度 l 2 =60mil。参考地铜厚为1.2mil,其中两个金手指下方参考层被沿着金手指对称中心线挖开形成2个反焊盘,宽度为2 l ,长度为 l 2 。
图4-28 差分情况仿真模型结构示意图
仿真表明:回波损耗曲线表现出与单端情况相似的变化趋势,回波损耗随频率的提高而增大;随着反焊盘面积的增大,回波损耗先减小,当 l >40mil后,回波损耗随反焊盘面积的增大而增大,在 l = 40mil时,回波损耗达到最小。
从阻抗变化来看,在没有进行反焊盘补偿时,金手指部分的差分阻抗仅约为77Ω,与微带线100Ω差分阻抗相差较大,信号反射较严重,波形出现较严重失真。在进行反焊盘补偿后,随着反焊盘面积的增大,金手指部分的阻抗逐渐增大,波形失真减小。当 l =40mil时,金手指部分的差分阻抗已接近100Ω,TDR曲线在100Ω附近小范围波动,达到了很好的阻抗匹配效果,故在此条件下可获得最小的回波损耗和最佳的波形。在 L ≈ 40mil时,阻抗变化与单端TDR曲线变化类似,但没有单微带线时变化那么剧烈,波形变化不明显。在差分微带线的金手指阻抗补偿中,反焊盘同样获得了比较好的补偿效果,表明这一方法对在差分情况下的金手指阻抗补偿同样适用。
在完成PCB布线后,为了增强电路的抗干扰性能,大多数情况下,设计者会对PCB进行大面积的覆地。如果覆地处理较好,那么可以有很多好处,但是不注意的话,覆地也会带来很多问题,例如平板电容效应、螺旋电感效应、共面波导效应等负面影响。
共面波导是由Cheng P.Wen提出的,是一种支持电磁波在同一个平面上传播的结构,通常是在一个电介质的顶部传播。经典的共面波导是在同一个导电介质平面上,由一个导体把一对接地平面分割开来所组成的 [82] ,如图4-29(a)所示。
在理想情况下,电介质的厚度是无限大的。在实际情况中,只要满足电磁场在离开基底之前已经不再连续这一条件,就可以近似把这种结构认为是共面波导。如果在电介质的另外一边也加上接地平面,那么就可以构成另外一种共面波导,被称为有限地共面波导(finite ground-plane coplanar waveguide,FGCPW),或者直接简单地称之为带地共面波导(GCPW),如图4-29(b)所示。
图4-29 共面波导与带地共面波导
比较微带线和共面波导的模型可以看出,微带线和共面波导结构很相似,唯一的差别就是在传输信号的主线周围是否存在“地”。因此,如果在PCB上已经设计好的微带线周围进行覆地,那么微带传输线就可能变成共面波导。在相同PCB参数条件下,微带线与共面波导的特性阻抗是不一样的,共面波导的特性阻抗受导线和地线之间的间距 S 影响很大。
在常规情况下,PCB上面的传输线通常是匹配到50Ω,如果在设计完成以后再对整板进行大面积的覆地,而覆地距传输线又较近,就会产生共面波导效应,影响传输线的阻抗,从而影响传输线上信号的传输质量。例如,在铜厚 t = 0.018μm(1/2oz)、板厚 h = 1mm 的FR-4介质板( ε r =4.6)上,利用微带传输线设计阻抗为50Ω的传输线时,线宽 W = 2.197;如果在微带线两边等间距覆地,那么覆地会对传输线阻抗产生影响。
仿真结果表明 [83] :当微带线与地间距 S <2mm时,阻抗受间距 S 影响较大,特别是间距 S <0.5mm时,微带线阻抗变化为20%~50%。也就是说,当覆地与微带线之间间距 S <0.5mm时,微带线阻抗严重偏离50Ω,阻抗严重不匹配,将会导致信号传输出现很大的反射和信号失真。
因此,在高速数字电路和射频电路板设计中,要非常注意接地处与微带线的距离,否则可能带来较严重的后果。
目前,PCB传输线可分为射频/微波信号传输类和高速逻辑信号传输类。射频/微波信号传输类微带线与无线电的电磁波有关,是以正弦波来传输信号的;高速逻辑信号传输类微带线是用来传输数字信号的,与电磁波的方波传输有关。
微带线对印制板基板材料在电气特性上有明确的要求。要实现传输信号的低损耗、低延迟,必须选用介电常数合适和介质损耗角正切小的基板材料,进行严格的尺寸计算和加工。微带线的结构虽简单,但计算复杂,各种设计计算公式都有一定的近似条件,很难得到一个理想的计算结果。在工程上通常通过实验修正,以得到满意的工程效果。
下面以微带线为例,介绍PCB传输线设计与制作中应注意的一些问题。
1 .基本设计参数
微带线的基本设计参数如下。
① 基板参数: ε r 、tan δ 、基板高度 h 和导线厚度 t 。导带和底板(接地板)金属通常为铜、金、银、锡或铝。
② 电特性参数:特性阻抗 Z 0 、工作频率 f 0 、工作波长 λ 0 、波导波长 λ g 和电长度 θ (角度)。
③ 微带线参数:宽度 W 、长度 L 和单位长度衰减量 A dB 。
构成微带线的基板材料、微带线尺寸与微带线的电性能参数之间存在严格的对应关系。微带线的设计就是确定满足一定电性能参数的微带线物理结构。
2 .微带线的常用设计方法
由有关资料可知,微带线的计算公式极为复杂。在电路设计过程中使用这些公式是麻烦的。研究表明,微带线设计问题的实质就是求给定基板情况下阻抗与导带宽度的对应关系。目前使用的主要方法如下。
(1)查表格
已经有研究者针对不同基板,计算出了物理结构参数与电性能参数之间的对应关系,建立了详细的数据表格。设计者可以利用这种表格进行操作。
① 按相对介电常数选表格。
② 查阻抗值、宽高比 W / h 、有效介电常数 ε e 三者的对应关系,只要已知一个值,其他两个就可查出。
③ 计算。通常 h 已知,则 W 可得,由 ε e 求出波导波长,进而求出微带线长度。
(2)利用微带电路的软件
许多公司已开发出了很好的计算微带电路的软件。例如,AWR的Microwave Office,输入微带的物理参数和拓扑结构,就能很快得到微带线的电性能参数,并可调整或优化微带线的物理参数。
数学计算软件MathCAD11具有很强的功能,只要写入数学公式,就能完成计算任务。
3 .微带线常用材料
构成微带线的材料就是金属和介质,对金属的要求是导电性能,对介质的要求是提供合适的介电常数,而不带来损耗。对材料的要求还与制造成本和系统性能有关。
(1)介质材料
高速传送信号的基板材料一般有陶瓷材料、玻纤布、聚四氟乙烯、其他热固性树脂等。表4-3给出了微波集成电路中常用介质材料的特性。
表4-3 微波集成电路中常用介质材料的特性
微带线加工有两种实现方式:
① 在基片上沉淀金属导带。这种方式主要使用陶瓷类刚性材料。这种方式工艺复杂,加工周期长,性能指标好,在毫米波或要求高的场合使用。
② 在现成介质覆铜板上光刻成印制板电路。这种方式主要使用复合介质类材料,在微波场合使用。这种方式加工方便,成本低,是目前使用最广泛的方式。
在所有的树脂中,聚四氟乙烯的相对介电常数稳定,介质损耗角正切最小,而且耐高低温性和耐老化性能好,最适合制作高频基板材料,是目前采用量最大的微波印制板基板材料。
(2)铜箔厚度及种类选择
目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。铜箔越薄,越易获得高的图形精密度,高精密度的微波图形应选用不大于18μm的铜箔。如果选用35μm的铜箔,则过高的图形精度会使工艺性变差,不合格品率必然增大。研究表明,铜箔类型对图形精度也有影响。目前的铜箔类型有压延铜箔和电解铜箔两类。压延铜箔较电解铜箔更适合于制造高精密图形,所以在材料订货时,可以考虑选择压延铜箔的基材。
(3)环境适应性选择
现有的微波基材,虽对于标准要求的-55~+125℃温度范围都没有问题,但还应考虑两点:一是孔化与否对基材选择的影响,对于要求通孔金属化的微波板,基材 z 轴热膨胀系数越大,意味着在高低温冲击下,金属化孔断裂的可能性越大,因而在满足介电性能的前提下,应尽可能选择 z 轴热膨胀系数小的基材;二是湿度对基材选择的影响,树脂本身吸水性很小,但加入增强材料后,基材整体的吸水性增大,在高湿环境下使用时会对介电性能产生影响,因而选材时应选择吸水性小的基材或采取结构工艺上的措施进行保护。
4 .微带线加工工艺
(1)外形设计和加工
现代微波印制板的外形越来越复杂,尺寸精度要求高,同品种的生产数量很大,必须应用数控铣加工技术。因而在进行微波板设计时应充分考虑数控加工的特点,所有加工的内角都应设计成圆角,以便于一次加工成型。
微波板的结构设计也不应追求过高的精度,因为非金属材料的尺寸变形倾向较大,不能以金属零件的加工精度来要求微波板。外形的高精度要求,在很大程度上可能是因为顾及了在微带线与外形相接的情况下,外形偏差会影响微带线长度,从而影响微波性能。实际上,参照国外的规范设计,微带线端距板边应保留0.2mm的空隙,这样即可避免外形加工偏差的影响。
一些微波印制板基材带有铝衬板。此类带有铝衬板的基材的出现给制造加工带来了额外的压力,图形制作过程复杂,外形加工复杂,生产周期加长,因而尽量不采用带铝衬板的基材。
Rogers公司的TMM系列微波印制板基材,是由陶瓷粉填充的热固性树脂构成的。其中,TMM10基材中填充的陶瓷粉较多,性能较脆,给图形制造和外形加工带来很大难度,容易缺损或形成内在裂纹,成品率相对较低。目前对TMM10板材外形加工采用的是激光切割的方法,成本高,效率低,生产周期长。所以,在可能的情况下,可考虑优先选择Rogers公司符合介电性能要求的RT/Duroid系列基材。
(2)电路的设计与加工
由于受制造层数、原材料的特性、金属化孔制造需求、最终表面涂覆方式、线路设计特点、制造线路精度要求、制造设备及药水先进性等诸方面因素的制约,微波板的制造工艺流程会根据具体要求进行相应的调整。电镀镍金工艺流程被细分为电镀镍金的阳版工艺流程和电镀镍金的阴版工艺流程。工艺说明如下:
① 线路图形互连时,可选用图形电镀镍金的阴版工艺流程。
② 为提高微波印制板的制造合格率,尽量采用图形电镀镍金的阴版工艺流程。如果采用图形电镀镍金的阳版工艺流程,若操作控制不当,会出现渗镀镍金的质量问题。
③ Rogers公司牌号为RT/Duroid 6010基材的微波板,由于刻蚀后的图形电镀时,会出现线条边缘“长毛”现象,导致产品报废,因此须采用图形电镀镍金的阳版工艺流程。
④ 当线路制造精度要求为±0.02mm以内时,各流程之相应处须采用湿膜制板工艺方法。
⑤ 当线路制造精度要求为±0.03mm以外时,各流程之相应处可采用干膜(或湿膜)制板工艺方法。
⑥ 对于四氟介质微波板,如Rogers公司的RT/Duroid 5880、RT/Duroid 5870、ULTRALAM2000、RT/Duroid 6010等,在进行孔金属化制造时,可采用钠萘溶液或等离子进行处理;TMM10、TMM10i和804003、804350等则无须进行活化前处理。
微波印制板的制造正向FR-4普通刚性印制板的加工方向发展,越来越多的刚性印制板制造工艺和技术运用于微波印制板的加工,具体表现为多层化、线路制造精度的细微化、数控加工的三维化和表面涂覆的多样化。
5 .微带线工程的发展趋势
微波印制板的图形制造精度将会逐步提高,但受制造工艺方法的限制,精度提高不可能是无限制的。从种类上看,这将不仅会有单微波层板、双微波层板,还会有微波多层板。对微波印制板的接地会提出更高要求,如普遍解决聚四氟乙烯基板的孔金属化,解决带铝衬底微波印制板的接地。镀覆要求进一步多样化,将特别强调铝衬底的保护及镀覆。另外,对微波印制板的整体三防保护也将提出更高要求,特别是聚四氟乙烯基板的三防保护问题。
高精度的微波印制板设计、外形加工,以及批生产和检验,离不开计算机技术。因此,需将微波印制板的CAD与CAM、CAT连接起来,通过对CAD设计的数据处理和工艺干预,生成相应的数控加工文件和数控检测文件,用于微波印制板生产的工序控制、工序检验和成品检验。
微波印制板的高精度图形制造,与传统的刚性印制板相比,向着更专业化的方向发展,包括高精度模版制造、高精度图形转移、高精度图形刻蚀等相关工序的生产及过程控制技术,以及合理的制造工艺路线安排。针对不同的设计要求,如孔金属化与否、表面镀覆种类等制定合理的制造工艺,经过大量的工艺实验,优化各相关工序的工艺参数,并确定各工序的工艺余量。
随着应用范围的扩大,微波印制板的使用环境条件也复杂化,同时由于大量应用铝衬底基材,因而对微波印制板的表面镀覆及保护,在原有化学沉银及镀锡铈合金的基础上,提出了更高的要求。一是微带图形表面的镀覆及防护,需满足微波器件的焊接要求,采用电镀镍金的工艺技术,保证在恶劣环境下微带图形不被损坏。其中除微带图形表面的可焊性镀层外,最主要的是应既有效防护又不影响微波性能的三防保护技术。二是铝衬板的防护及镀覆技术。铝衬板如不加防护,暴露在潮湿、盐雾环境中很快就会被腐蚀,因而随着铝衬板被大量应用,防护技术应引起足够重视。另外要研究解决铝板的电镀技术,在铝衬板表面电镀银、锡等金属用于微波器件焊接或其他特殊用途的需求在逐步增多,这不仅涉及铝板的电镀技术,同时还涉及微带图形的保护问题。
微波印制板的外形加工,特别是带铝衬板微波印制板的三维外形加工,是微波印制板批量生产需要重点解决的一项技术。面对成千上万件的带铝衬板微波印制板,用传统的外形加工方法既不能保证制造精度和一致性,更无法保证生产周期,必须采用先进的计算机控制数控加工技术。带铝衬板微波印制板的外形加工技术既不同于金属材料加工,也不同于非金属材料加工。由于同时存在金属材料和非金属材料,加工刀具、加工参数等以及加工机床都具有极大的特殊性,也有大量的技术问题需要解决。外形加工工序是微波印制板制造过程中周期最长的一道工序,因而外形加工技术解决得好坏直接关系到整个微波印制板的加工周期长短,并影响产品的研制或生产周期。
微波印制板与普通的单双层板和多层板不同,不仅起着结构件、连接件的作用,更重要的是起到信号传输线的作用。这就是说,对高频信号和高速数字信号的传输用微波印制板的电气测试,不仅要测量线路(或网络)的“通断”和“短路”等是否符合要求,而且还应测量特性阻抗是否在规定的合格范围内。
高精度微波印制板有大量的数据需要检验,如图形精度、位置精度、重合精度、镀覆层厚度、外形三维尺寸精度等。现行方法基本是以人工目视检验为主,辅以一些简单的测量工具。这种原始而简单的检验方法很难应对大量拥有成百上千数据的微波印制板批生产要求,不仅检验周期长,而且错漏现象多,因而迫使微波印制板制造向着批生产检验设备化的方向发展。