【導(dǎo)讀】現(xiàn)代通訊業(yè)的飛速發(fā)展,為高頻覆銅板的制造迎來了前所未有的大市場。作為高頻覆銅板制造的基礎(chǔ)材料之一的粘結(jié)片材料,其材料構(gòu)成及相關(guān)性能指標(biāo),決定了其設(shè)計最終產(chǎn)品性能指標(biāo)的實現(xiàn)及可加工性。
1 前言
現(xiàn)代通訊業(yè)的飛速發(fā)展,為高頻覆銅板的制造迎來了前所未有的大市場。作為高頻覆銅板制造的基礎(chǔ)材料之一的粘結(jié)片材料,其材料構(gòu)成及相關(guān)性能指標(biāo),決定了其設(shè)計最終產(chǎn)品性能指標(biāo)的實現(xiàn)及可加工性。
鑒于高頻類聚四氟乙烯介質(zhì)覆銅板的設(shè)計運(yùn)用越來越多,特別是近年來對聚四氟乙烯介質(zhì)高頻多層板設(shè)計需求的日益提升,給廣大印制板制造企業(yè),帶來了前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。同時,對于基礎(chǔ)原材料的高頻覆銅板制造提出了更高的性能指標(biāo)要求。
眾所周知,對于聚四氟乙烯高頻基板材料而言,粘結(jié)片材料的性能指標(biāo)及可加工性,決定了高頻覆銅板的運(yùn)用領(lǐng)域。此外,高頻印制板的多層化制造技術(shù),在集中解決高頻多層印制基板制造技術(shù)中的特性阻抗控制技術(shù)以后,選擇何種粘結(jié)片材料體系,實現(xiàn)高頻板的多層化制造,成為每位設(shè)計師及工藝人員必須面對的棘手問題。
2 粘結(jié)片材料的現(xiàn)狀
縱觀整個高頻覆銅板產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史,粘結(jié)片材料的推陳出新,是在滿足覆銅板性能
指標(biāo)的要求下,逐步走進(jìn)新時代的。
從粘結(jié)片材料所選擇的樹脂體系來分,共計存在兩種粘結(jié)片模式。其一,為熱塑性樹脂體系粘結(jié)片材料;其二,是熱固性樹脂粘結(jié)片材料。
2 .1 熱塑性薄膜粘結(jié)材料
對于高頻覆銅板的市場需求而言,二十年前,處于單雙面高頻板的制造階段。隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的高頻覆銅板材料,面對設(shè)計及加工的多層化技術(shù)發(fā)展趨勢,粘結(jié)片材料的重要性凸顯。
回顧高頻多層板產(chǎn)生、發(fā)展的整個過程中,熱塑性薄膜粘結(jié)材料,無論從設(shè)計選型、還是射頻多層板的加工,都會是一個不錯的選擇。
通常,在排板制程中,交叉放置薄膜,來實現(xiàn)多層化裝夾。其中,往往不為人們認(rèn)識但需要關(guān)注的是,對于被選用的熱塑性薄膜粘結(jié)材料,必須滿足層壓制程中的加熱過程。換言之,該種熱塑性薄膜粘結(jié)材料的熔點,需低于高頻覆銅板介質(zhì)板—聚四氟乙烯樹脂的熔點327℃(6200F)。
隨著層壓溫度的升高,超過熱塑性薄膜的熔點,粘結(jié)膜開始流動,在層壓設(shè)備施加于裝夾板上均勻一致的壓力幫助下,被填充到待粘結(jié)層表面的銅層線路之間。
通常,熱塑性薄膜粘結(jié)材料,按照層壓溫度的高低,大致分為兩大類型。
(1)220℃層壓溫度控制
此類較低溫度熱塑性薄膜粘結(jié)材料的運(yùn)用,首推羅杰斯公司的3001(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,參見圖1)。
圖1 羅杰斯3001 薄膜層壓參數(shù)控制
在滾滾歲月長河中,與之相似的熱塑性薄膜粘結(jié)材料,尚有nelco 公司、arlon 公司的榮譽(yù)產(chǎn)品FV6700 薄膜(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,參見圖2)和Cuclad 6700 薄膜(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,參見圖3)粘結(jié)材料面向市場,為各自客戶提供多層化粘結(jié)。
(2)290℃層壓溫度控制
有別于上述較低溫度粘結(jié)材料,尚有一種較高層壓溫度的熱塑性薄膜粘結(jié)材料被廣泛使用,也即是杜邦公司的榮譽(yù)產(chǎn)品—Cuclad6700。
圖2 Nelco 公司FV6700 薄膜層壓參數(shù)控制
圖3 雅龍公司Cuclad 6700 薄膜層壓參數(shù)控制
FEP 粘結(jié)材料(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,參見圖4)。如何選擇,常常依賴于隨后多層線路板加工的工藝路線,包括所經(jīng)歷的熱過程、粘結(jié)所用薄膜的熔點、可靠性需求等。當(dāng)然了,多層印制板的制程能力,也是需要考量的一個方面。
圖4 杜邦公司產(chǎn)品FEP 層壓溫升控制示意
2 .2 熱固性粘結(jié)材料(半固化片)
第二種粘結(jié)方法,需要選用熱固性粘結(jié)材料(俗稱半固化片)。裝夾填充有該熱固性半固化片材料的待壓多層板,定位裝夾,隨后進(jìn)行程序升溫操作。
熱固性半固化片往往具有較低的粘結(jié)溫度,低于高頻覆銅板聚四氟乙烯芯板介質(zhì)材料的熔點327度。
圖5 羅杰斯RO4450B 半固化片層壓參數(shù)控制
隨著層壓溫度的逐漸升高,半固化片樹脂會隨之流動,借助于附加在多層待壓板上均勻一致的壓力下, 填充于銅線路圖形之間。
對于傳統(tǒng)FR- 4 覆銅板介質(zhì)材料與高頻覆銅板聚四氟乙烯介質(zhì)層壓板進(jìn)行粘結(jié)的多層混壓板結(jié)構(gòu),根據(jù)經(jīng)驗,通??蛇x用環(huán)氧樹脂類半固化片材料。但是,選擇環(huán)氧樹脂半固化片時,應(yīng)當(dāng)慎重考慮其對電性能所造成的影響。此類高頻覆銅板用熱固性半固化片材料,羅杰斯的傳統(tǒng)優(yōu)勢材料中,有RO4450B(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意見圖5)。
另外,雅龍公司曾經(jīng)市場占用率較高的25N 半固化片(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,參見圖6) 粘結(jié)材料,也為業(yè)界同仁們廣泛運(yùn)用,獲得了較好的市場收益。
當(dāng)然,作為傳統(tǒng)高頻覆銅板聚四氟乙烯介質(zhì)基板制造企業(yè)的泰康利公司,也有其獨到的半固化片粘結(jié)材料FasrRise 28(該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,見圖7)活躍于高頻覆銅板、以及高頻多層板制造領(lǐng)域。
圖6 雅龍公司25N 半固化片層壓參數(shù)控制
圖7 泰康利公司FasrRise 28
3 高頻覆銅板及高頻多層板發(fā)展簡歷
3 .1 上世紀(jì)七十年代
(1)主要集中于微帶線結(jié)構(gòu)的設(shè)計和加
工;
(2)仍然是最多采用的射頻/ 微波印制
板設(shè)計;
(3)易于加工,且成本低;
(4)針對于軍事用途的三平板傳輸線射
頻多層結(jié)構(gòu)出現(xiàn);
(5)沒有好的粘結(jié)材料;
(6)存在根本缺陷(冷變形或氣隙)。
3 .2 上世紀(jì)八十年代
粘結(jié)材料陸續(xù)出現(xiàn),參見下表1 所示;
(1)熱塑性薄膜;
(2)相對低的熔化溫度;
(3)對于順序?qū)訅盒Ч患眩?/div>
(4)FEP 熔化溫度較高,存在壓制困難。
3 .3 上世紀(jì)九十年代
(1)帶有粘結(jié)薄膜的帶狀線結(jié)構(gòu)出現(xiàn);
(2)射頻介質(zhì)居外側(cè)的多層化結(jié)構(gòu);
(3)當(dāng)今時代仍然常見。
3 .4 上世紀(jì)九十年代后期
(1)混合介質(zhì)多層板結(jié)構(gòu)出現(xiàn);
(2)混合介質(zhì):聚四氟乙烯+FR4 或者碳
氫聚合物+FR4;
(3)往往僅有微帶線在表面(L1);
(4)非平衡結(jié)構(gòu),翹曲問題、造價昂貴。
3 .5 本世紀(jì)初
(1)混合介質(zhì)多層結(jié)構(gòu);
(2)含有高頻介質(zhì)層的多層板;
(3)微帶線于第一層、帶狀線于第二層結(jié)構(gòu)。
3 .6 從2005 年開始
(1)單片多層板結(jié)構(gòu)和銅箔多層板結(jié)構(gòu)
并行;
(2)純高頻介質(zhì)層的多層板結(jié)構(gòu);
(3)微帶線和帶狀線結(jié)構(gòu)設(shè)計皆有可能;
(4)平坦結(jié)構(gòu)成為現(xiàn)實。
4 粘結(jié)片材料的需求展望
隨著飛速發(fā)展的通訊業(yè)及汽車電子產(chǎn)品準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn), 設(shè)計及可加工性需求的日益迫切,對現(xiàn)有粘結(jié)片材料性能不足的不滿情緒越來越凸顯。其一,關(guān)乎到高品質(zhì)高頻覆銅板的性能指標(biāo)實現(xiàn);其二,直接影響高頻覆銅板的多層化設(shè)計及加工的實現(xiàn)。
簡單來說,縱觀全球高頻覆銅板企業(yè),粘結(jié)片材料地位雖被極大重視,但目前尚純聚四氟乙烯介質(zhì)高頻覆銅板的多層化及高可靠性金屬化孔設(shè)計和制造。從材料學(xué)相似相容的概念出發(fā),如果想獲得優(yōu)異的層間粘結(jié), 針對于高頻純聚四氟乙烯覆銅板材料,優(yōu)先選擇熱塑性粘結(jié)材料。但是,對于多次層壓設(shè)計及加工來說,熱固性樹脂半固化片則成為必須,否則,多層化設(shè)計及加工就無法實現(xiàn)。
作為世界一流的高頻覆銅板企業(yè),羅杰斯公司的最新粘結(jié)片材料,2929 Bondply (該產(chǎn)品層壓溫升控制示意,見圖8)堪稱一流。但是,一方面,其優(yōu)異的盲孔填充性能,卻給高頻設(shè)計之開窗口加工,帶來了阻膠難題;另一方面, 該型粘結(jié)片材料, 屬于“MASSLAM”模式滿足大規(guī)模工業(yè)化加工,對于銷釘定位的多層化加工,存在可加工性不好的難題。
圖8 羅杰斯公司2929 Bondply 半固化片層壓參數(shù)控制
回顧過往,曾記否有一家Gore 公司的榮譽(yù)產(chǎn)品—SpeedBoard C,給廣大印制板產(chǎn)業(yè)人員帶來了福音。其不僅可用于對FR- 4 覆銅板與高頻聚四氟乙烯覆銅板,實現(xiàn)混合介質(zhì)的多層化牢固粘結(jié),而且,對于聚四氟乙烯介質(zhì)覆銅板的多層化,也同樣具有相當(dāng)優(yōu)勢。該材料的層壓溫升控制見圖9、圖10。
圖9 SpeedBoard C 半固化片低Tg 層壓
圖10 SpeedBoard C 半固化片高Tg 層壓參數(shù)控制示意
為此,希望業(yè)界能更多關(guān)注于覆銅板相關(guān)粘結(jié)材料的研發(fā),為廣大高頻微波介質(zhì)基板的多層化制造,奠定堅實的基礎(chǔ)。
5 結(jié)束語
隨著5G 基站建設(shè)的到來,“有源模塊上塔”、高抗氧化性基板需求、高多層高頻板制造,給廣大設(shè)計和制造企業(yè),帶來了全新的挑戰(zhàn)。
各類通訊用高頻印制板,尤其是聚四氟乙烯類介質(zhì)材料的運(yùn)用,在原有對印制板之單、雙面制造要求的基礎(chǔ)上,越來越向高頻多層化電路板制造方向邁進(jìn)。這種高頻多層印制電路板有別于傳統(tǒng)意義上的多層印制板,由于其層壓制造之特殊性,對層間重合精度、圖形制作精度、層間介質(zhì)層厚度一致性、鍍層均勻性及涂覆類型、以及層間結(jié)合力,提出了更為苛刻的要求。
首當(dāng)其沖,相關(guān)有識之士遇到的棘手難題,就是高頻覆銅板制造企業(yè),對于高可靠性、高寬容性、可加工性粘結(jié)片材料的搭配供應(yīng),給高頻高可靠性高多層印制電路板的制造,提供有效針對性粘結(jié)片材料及制造指南支持。
面對目前各種新材料、新工藝的出現(xiàn),各種各樣的問題也在不斷考驗著從業(yè)者的智慧和能力,但是,對于聚四氟乙烯介質(zhì)高頻覆銅板的多層化實現(xiàn)而言,其所用粘結(jié)片材料多項制造質(zhì)量及可靠性的關(guān)注,始終應(yīng)該是我們決策的主要依據(jù)。
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