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高频板和fr4环氧板
作者：鑫成尔
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1.（什么叫高频板？300MHZ以上，即波长1米以上的短波频率范围，一般称为。）
高频波、聚四氟乙烯、Rogers（罗杰斯）、TACONIC（泰康尼）、arlon（雅龙）、Isola（伊索那）、F4B、TP-2、FR-4 的动态和信息，将这类高频板板新品种视为电子高新科技产业必不可少的配套产品，加强调研和开发。一些公司老总认定高频板为未来企业新的经济增长点。
国外专家预测，高频板的市场发展会非常快。在通信、医疗、军事、汽车、电脑、仪器等领域，对高频板的需求正急速窜起。数年后，高频板可能占到全球印制板总量的约15%，台湾、韩国、欧、美、日不少PCB公司纷纷制订朝此方向发展计划。
欧美高频板材供应商Rogers、Arlon、Taconic、Metclad、GIL日本Chukoh近两年开始向中国这个潜在的大市场进军，寻找代理、讲授相关技术。美国GIL公司在深圳举办一场"高频微波印制板之应用与制造技术"讲座，数百个座位全部满座，走廊亦站满了企业代表听演讲，不少老总级的人物听了一整天的技术讲座。真没想到国内同行对高频板产生如此浓厚的兴趣。欧美板材供应商已可提供介电常数从2.10、2.15、2.17，……直到4.5，甚至更高的板材系列100多个品种。
据了解已有不少企业标榜可以批量订Teflon和高频板订单。有企业已达到月产数千平方米的水平。国内不少雷达、通信研究所的印制板厂需求高频板材在逐年增大。国内华为、贝尔、武汉邮科院等大通信企业需求高频板在逐年增多，国外从事高频板产品的企业亦搬迁来中国，就近采购高频板。
2.为什么要求印制板低ε（Dk）?
ε或Dk，称介电常数，是电极间充以某种物质时的电容与同样构造的真空电容器的电容之比。通常表示某种材料储存电能能力的大小。当ε大时，储存电能能力大，电路中电信号传输速度就会变低。通过印制板上电信号的电流方向通常是正负交替变化的，相当于对基板进行不断充电、放电的过程。在互换中，电容量会影响传输速度。而这种影响，在高速传送的装置中显得更为重要。ε低表示储存能力小，充、放电过程就快，从而使传输速度亦快。所以，在高频传输中，要求介电常数低。
另外还有一个概念，就是介质损耗。电介质材料在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量称之谓介质损耗，通常以介质损耗因数tanδ表示。ε和tanδ是成正比的，高频电路亦要求ε低，介质损耗tanδ小，这样能量损耗也小。
3.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，而一般的玻璃布环氧树脂基材的FR4的介电常数ε为4.6~5.0，因此，Teflon印刷板信号传输速度要比FR4快得多（约40%）。Teflon板的介于损耗因素为0.002，比FR4的0.02低了10倍，能量损耗也小得多。加上聚四氟乙烯称之为"塑料王"，电绝缘性能优良，化学稳定性和热稳定性也好（至今尚无一种能在300℃以下溶解它的溶剂），所以，高频高速信号传递就要先用Teflon或其它介电常数低的基材了，Polyflon、Rogers、Taconic、Arlon、Meclad都可提供介电常数为2.10、2.15、2.17、2.20的基材，其介质损耗因素在10GHZ下是0.9。聚四氟乙烯基材性能很好，但其加工成印制板的过程同传统的FR4有着完全不同的工艺途径，这方面在后面会谈到。
这两年，除用到要求ε为2.15、2.6的以外，还经常用到ε3.38、3.0、3.2、3.8等Rogers RO4000、GIL1000系列等。
4.高频微波板的基本要求
·由于是高频信号传输，要求成品印制板导线的特性阻抗是严格的，板的线宽通常要求±0.02mm（最严格的是±0.015mm）。因此，蚀刻过程需严格控制，光成像转移用的底片需根据线宽、铜箔厚度而作工艺补偿。
·这类印制板的线路传送的不是电流，而是高频电脉冲信号，导线上的凹坑、缺口、针孔等缺陷会影响传输，任何这类小缺陷都是不允许的。有时候，阻焊厚度也会受到严格控制，线路上阻焊过厚、过薄几个微米也会被判不合格。
·热冲击288℃，10秒，1~3次，不发生孔壁分离。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孔化板的难点之一。正因为如此，许多基材厂商研发生产出ε高一点，而化学沉铜工艺同常规FR4作法一样的替代品，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：通常要求成品板0.5~0.7%。
5.高频微波板的加工难点
基于聚四氟乙烯板的物理、化学特性，使其加工工艺有别于传统的FR4工艺，若按常规的环氧树脂玻纤覆铜板相同条件加工，则无法得到合格的产品。
（1）钻孔：基材柔软，钻孔叠板张数要少，通常0.8mm板厚以两张一叠为宜；转速要慢一些；要使用新钻头，钻头顶角、螺纹角有其特殊的要求。
（2）印阻焊：板子蚀刻后，印阻焊绿油前不能用辊刷磨板，以免损坏基板。推荐用化学方法作表面处理。要做到这一点：不磨板，印完阻焊后线路和铜面均匀一致，没有氧化层，决非易事。
（3）热风整平：基于氟树脂的内在性能，应尽量避免板材急速加热，喷锡前要作150℃，约30分钟的预热处理，然后马上喷锡。锡缸温度不宜超过245℃，否则孤立焊盘的附着力会受到影响。
（4）铣外形：氟树脂柔软，普通铣刀铣外形毛刺非常多，不平整，需要以合适的特种铣刀铣外形。
（5）工序间运送：不能垂直立放，只能隔纸平放筐内，全过程不得用手指触摸板内线路图形。全过程防止擦花、刮伤，线路的划伤、针孔、压痕、凹点都会影响信号传输，板子会拒收。
（6）蚀刻：严格控制侧蚀、锯齿、缺口，线宽公差严格控制±0.02mm。用100倍放大镜检查。
（7）化学沉铜：化学沉铜的前处理是制造Teflon板的最大难点，也是最关键的一步。有多种方法作沉铜前处理，但总结起来，能稳定质量适合于批量生产的，不外乎两种方法：
方法一：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受到浸蚀达到润湿孔的目的。这是经典成功的方法，效果良好，质量稳定，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：需要进口的专用设备，在抽真空的环境下，在两个高压电极之间注入四氟化碳（CF4）或氩气（Ar2）氮气（N2）、氧气（O2）气体，印制板放在两个电极之间，腔体内形成等离子体，从而把孔内钻污、脏物除掉。
对ε3.38和Rogers Ro4003高频基材，具有聚四氟乙烯玻纤基材类似的高频性能，又具有FR4基材类似的容易加工的特点，这是以玻纤和陶瓷作填料，玻璃化温度Tg&280℃的高耐热材料。这种基材钻孔非常耗钻头，需使用特殊的钻机参数，铣外形要常换铣刀；但其它加工工艺类似，不需要作特殊的孔处理，所以得到了许多PCB厂和客户的认可，但Ro4003不含阻燃剂，板子到达371℃，板子可引起燃烧。国营704厂LGC-046板材，为改性聚苯醚（PPO）型，介电常数3.2，加工性能同FR4，这个产品在国内亦获得不少单认可使用。
6.高频微波板用在哪里？
卫星接收器、基地天线、微波传输、汽车电话、全球定位系统、卫星通信、通信器材转接器、接收器、信号振荡器、家庭电器联网、高速运行计算机、示波器、IC测试仪器等等，高频通信、高速传输、高保密性、高传送质量、高记忆容量处理等通信和计算机领域都需要高频微波印制板。
7.国内外高频微波板材概况
国内，泰州高频覆铜箔板材厂TF-2、F4B、F4BK高频微波、聚四氟乙烯板材亦卖得很红火。
国外，主要板材供应商有：欧美Rogers、Arlon、GIL Taconic、Metclad、Isola、Polyclad，日本Asaki、Hitach、ehemical、Chukok等，已形成约高频微波用的纸130个不同介电常数的品种。
目前的国内外差距：品种、质量稳定一致性、价格；国外大客户认可中国产品有一定难度，等等。
板材厚度，使用1.5~1.6mm的不多，而0.5、0.8、1.0mm则是比较普通，主要考虑是成本。Teflon板材价格是普通FR4的5~10倍，批量采购亦需约100美元/m2，零星购买需几百美元/m2。
小结：高频微波板材应当是高新科技的新品种，随着通信、计算机不断向高频高速发展，未来用途必定会越来越广，越来越大。板材价格亦高，有较大的利润空间，这种产品是有光明前途的。
有许多人称FR-4环氧板为玻璃纤维板，其实它还有很多别名如：玻璃纤维隔热板,玻纤板(FR-4),玻璃纤维合成板，由玻璃纤维材料和高耐热性的复合材料合成，不含对人体有害石棉成份。具有较高的机械性能和介电性能，较好的耐热性和耐潮性，有良好的加工性。用于塑胶模具，注塑模具，机械制造，成型机，钻孔机，注塑机，电机，PCB。ICT治具，台面研磨垫板。注塑模具成型通常要求：高温料和低温模。同机状况下必须采用隔热方法。保持注模低温同时不能使注塑机温度过高。在注模与注机之间安装绝缘隔热板就能满足这一要求。缩短生产周期,提高生产率，降低能耗，改善成品质量，连续生产工艺保证了产品质量稳定，防止机器过热，无电器故障，液压系统无漏油。
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