《電子技術(shù)應(yīng)用》
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微波多層板反鉆孔之金屬化孔互連
摘要: 選用Rogers 公司提供的RT/duroid6002 微波層壓板材料和Arlon 公司提供的CLTE-XT 平面電阻微波層壓板材料,開展埋電阻多層微波印制板的制造工藝技術(shù)研究,,其中將不可避免的面臨多層印制板各層間的金屬化孔互連,,鑒于設(shè)計需求之獨特性,需解決金屬化孔互連之反鉆孔技術(shù),。
關(guān)鍵詞: RF|微波 孔互連 鉆孔 多層 微波
Abstract:
Key words :

1 前言

  目前,,國內(nèi)廣大印制電路板制造企業(yè)所開展的工作僅局限于高速邏輯信號傳輸類電子產(chǎn)品所需的低、中頻多層印制電路板的研究,、開發(fā)與制造,。其所選用的主要印制基板材料,大多為適合低,、中頻信號傳輸用環(huán)氧樹脂類絕緣介質(zhì)材料,。

  鑒于高頻信號傳輸?shù)奶厥庑裕渲饕獙⑸婕暗礁黝?a class="innerlink" href="http://forexkbc.com/tags/微波" title="微波" target="_blank">微波功能基板多層化制造技術(shù),、平面埋電阻制造技術(shù),、層間絕緣介質(zhì)厚度控制技術(shù),、多層微波印制板各層間圖形高重合度技術(shù)、各類微波介質(zhì)材料孔金屬化互連制造技術(shù)以及三維數(shù)控加工技術(shù),。這些,都是目前國內(nèi)印制電路行業(yè)尚未實現(xiàn)的技術(shù),,因此與國外同行存在著較大差距,。

  此次研究,選用Rogers 公司提供的RT/duroid6002 微波層壓板材料和Arlon 公司提供的CLTE-XT 平面電阻微波層壓板材料,,開展埋電阻多層微波印制板的制造工藝技術(shù)研究,,其中將不可避免的面臨多層印制板各層間的金屬化孔互連,鑒于設(shè)計需求之獨特性,,需解決金屬化孔互連之反鉆孔技術(shù),。

  2 多層印制板金屬化孔互連技術(shù)簡介

  2.1 設(shè)計需求金屬化孔互連簡介

  有源饋電網(wǎng)絡(luò)綜合了高性能、多功能,、高可靠,、低損耗、幅相一致性以及小型化,、輕量化的要求,,給多層微波印制板的設(shè)計和制造帶來了很大難度。為此,,將不同的功能分別設(shè)計在不同的層上,, 如將微帶線、帶狀線,、低頻控制線等混合信號線組合在同一個多層結(jié)構(gòu)中,,通過多種類型金屬化孔的制造,實現(xiàn)直流互連,。

  垂直互連是微波多層電路中實現(xiàn)不同層電路之間連接的主要方式,。由圖1 可見垂直互連主要由金屬化盲孔和埋孔實現(xiàn),由于工作在X 波段,,且?guī)捄軐?,所以金屬化孔的電路?yōu)化設(shè)計非常重要。

  此項技術(shù)的運用,,尚屬本所印制板加工之首次,。鑒于設(shè)計互連之要求,通過傳統(tǒng)的金屬化孔制作,,結(jié)合多次層壓技術(shù),,無法實現(xiàn)設(shè)計互連功能。因此,,反鉆孔技術(shù)的研究便成為成功與否之必然,。

  2.2 各類金屬化孔互連制造

  此次研究,,根據(jù)設(shè)計層間互連要求,需進(jìn)行多次金屬化孔的制造,,其中還涉及到盲孔,、背靠背互連盲孔的金屬化孔制作。具體措施如下:

  2.2.1 金屬化孔制作

  鑒于RT/duroid6002 微波介質(zhì)多層板的特點(含有PTFE),,采用等離子處理新技術(shù),,隨后進(jìn)行孔金屬化處理。

  評判:可通過多層板制作的附連板圖形,,制作金相切片,,進(jìn)行可靠性測試,檢驗其可靠性,。

  2.2.2 盲孔制作

  鑒于此次設(shè)計中,,提出了金屬化盲孔制造的要求,必須通過多次層壓制作才能實現(xiàn),。具體為:

 ?。?)通孔金屬化孔制作;

 ?。?)多次層壓制作,。

2.2.3 背靠背互連盲孔制作

  鑒于此次設(shè)計中,提出了背靠背互連盲孔制造的要求,,必須通過設(shè)計層次的層壓制作,、金屬化孔制作、反鉆孔制作才能實現(xiàn),。具體為:

 ?。?)層壓制作;

 ?。?)通孔金屬化孔制作,;

  (3)反鉆孔制作:

  反鉆孔制作,,是借鑒于國外先進(jìn)印制板制造技術(shù),。“反鉆孔技術(shù)”的運用,是在前期金屬化孔制造的基礎(chǔ)上,,通過反鉆孔控制深度的技術(shù),,來實現(xiàn)局部盲孔互聯(lián)。具體措施如下:

 ?、?選用可控制鉆深的數(shù)控鉆床進(jìn)行反鉆孔制作,。

  ② 模版制作時,,設(shè)計出3-Φ30+0.03 定位孔,,中心對稱,;印制板正反面設(shè)計出反鉆孔定位零位直角座標(biāo);生成反鉆孔位置座標(biāo),。

 ?、?利用FR-4 多層板進(jìn)行初步反鉆孔研究。

 ?、?利用RT/duroid6002 非電阻微波介質(zhì)板制作多層板,,進(jìn)行進(jìn)一步反鉆孔研究。

 ?、?制作金相切片,評判反鉆深度,。

  3 多層印制板反鉆孔技術(shù)研究

  3.1 試驗過程簡述

 ?。?)借助FR-4 單片(0.5mm )四張,層壓成8 層板,;

 ?。?)數(shù)控鉆孔;

 ?。?)等離子處理,、化學(xué)沉銅、全板加厚,;

 ?。?)外層圖形轉(zhuǎn)移;

 ?。?)反鉆孔(其中,,一種座標(biāo)孔僅為正面8-1-1 反鉆;另一種座標(biāo)孔為正8-1-1 反8-8-1 兩面反鉆,。)(原金屬化孔孔徑為Φ0.4mm ,,反鉆孔為平頭Φ0.6mm);

 ?。?)對反鉆孔板進(jìn)行箭嘴反鉆孔位置標(biāo)識(其中,,兩面反鉆孔位置采用原版紅箭嘴進(jìn)行指位;僅正面反鉆孔位置采用紅箭嘴涂黑進(jìn)行指位),;

 ?。?)數(shù)銑取樣(兩面反鉆孔和單面反鉆孔,均采用五位置取樣法,,依次為:左上部,、左下部、右上部,、右下部和中心部),;

 ?。?)灌模,制作金相切片,;

 ?。?)金相顯微鏡拍像并采集數(shù)據(jù)。3.2 反鉆孔情況測量

 

  3.2.1 單面反鉆孔(正面8-1-1)

  

  位置1(左上部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 313 299 14 0.035
介質(zhì)層厚度 428 313 169 0.4225
反鉆孔深度 419 299 192 0.48

 

 

 

  位置2(左下部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 359 346 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 539 359 180 0.45
反鉆孔深度 546 358 188 0.47

 

 

  位置3(右上部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 332 319 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 508 332 176 0.44
反鉆孔深度 515 318 197 0.4925

 

 

  位置4(右下部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 324 311 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 505 324 181 0.4525
反鉆孔深度 511 317 194 0.485

 

 

  位置5(中心部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 341 328 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 518 341 177 0.4425
反鉆孔深度 527 335 192 0.48

 

 

  3.2.2 兩面反鉆孔(正面8-1-1 ,、反面8-8-1)

3.2.2.1 正面反鉆孔(8-1-1)

  位置1(左上部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 327 313 14 0.035
介質(zhì)層厚度 497 327 170 0.425
反鉆孔深度 502 320 182 0.455

 

 

  位置2(左下部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 324 311 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 502 324 178 0.445
反鉆孔深度 514 323 191 0.4775

 

 

  位置3(右上部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 316 303 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 486 316 170 0.425
反鉆孔深度 494 304 190 0.475

 

 

  位置4(右下部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 325 311 14 0.035
介質(zhì)層厚度 508 325 183 0.4575
反鉆孔深度 515 304 211 0.5275

 

 

  位置5(中心部)

 

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 343 329 14 0.035
介質(zhì)層厚度 521 343 178 0.445
反鉆孔深度 531 357 174 0.435

 

3.2.2.2 反面反鉆孔(8-8-1)

 

  位置1(左上部)

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 241 228 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 228 46 182 0.455
反鉆孔深度 228 42 186 0.465

 

  位置2(左下部)

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 299 284 15 0.0375
介質(zhì)層厚度 284 102 182 0.455
反鉆孔深度 300 94 206 0.515

 

  位置3(右上部)

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 271 258 13 0.0325
介質(zhì)層厚度 258 78 180 0.45
反鉆孔深度 264 73 191 0.4775

 

  位置4(右下部)

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 275 260 15 0.0375
介質(zhì)層厚度 260 82 178 0.445
反鉆孔深度 275 75 200 0.5

 

  位置5(中心部)

 

  終點 起點 單位值 實際值(mm)
內(nèi)層銅箔厚度 274 260 14 0.035
介質(zhì)層厚度 260 85 175 0.4375
反鉆孔深度 248 79 169 0.4225

 

  4 討論

  4.1 反鉆孔深度一致性

  4.1.1 單面反鉆孔(正面8-1-1)

 

  位置
反鉆孔深度 0.48
剛好全鉆掉內(nèi)層銅
  0.4925
剛好全鉆掉內(nèi)層銅
  0.48
鉆掉內(nèi)層銅一半略少
 
0.47
剛好鉆至內(nèi)層銅
  0.485
鉆掉內(nèi)層銅一半

 

  4.1.2 兩面反鉆孔(正面8-1-1 ,、反面8-8-1)

  4.1.2.1 正面反鉆孔(8-1-1)

 

  位置
反鉆孔深度 0.455
鉆掉內(nèi)層銅一半
  0.475
剛好全鉆掉內(nèi)層銅
  0.435
差內(nèi)層銅厚至內(nèi)層銅
 
0.4775
稍鉆掉一點內(nèi)層銅
 

0.5275
全掉鉆內(nèi)層銅還過一些

 

  4.1.2.2 反面反鉆孔(8-8-1)

 

  位置
反鉆孔深度 0.465
剛好鉆至內(nèi)層銅
  0.4775
鉆掉內(nèi)層銅一小半
  0.4225
差內(nèi)層銅厚至內(nèi)層銅
 
0.515
剛好全鉆掉內(nèi)層銅
 

0.5
剛好全鉆掉內(nèi)層銅

4.2 介質(zhì)厚度一致性

 

  4.2.1 單面反鉆孔(正面8-1-1)

 

  位置
介質(zhì)深度 0.4225   0.44
  0.4425  
0.45   0.4525

 

  4.2.2 兩面反鉆孔(反面8-8-1)

 

  位置
介質(zhì)深度 0.455   0.45
  0.4375  
0.455   0.445

 

  4.3 反鉆孔深度控制反思

  根據(jù)反鉆孔后板的取樣,制作金相切片及觀測后,,對反鉆孔深度的控制反思總結(jié)如下:

 ?。?)從此次試驗結(jié)果分析,出現(xiàn)了下述各種情況:

 ?、?反鉆深度未至內(nèi)層銅,,距離為一個內(nèi)層銅厚度;

 ?、?反鉆深度剛好至內(nèi)層銅,;

  ③ 反鉆深度超過內(nèi)層銅,,達(dá)至一半銅厚度,;

  ④ 反鉆深度超過內(nèi)層銅,。

 ?。?)部分反鉆孔深度超要求主要原因:按照設(shè)計要求(0.1mm),結(jié)合多層板各介質(zhì)層厚度統(tǒng)計,,反鉆孔深度需控制范圍為:0.46~0.56mm ,。但實際操作過程中,反鉆孔深度為0.51mm ,,最終導(dǎo)致了實物部分位置反鉆超差,。

  (3)反鉆孔深度誤差范圍:兩個內(nèi)層銅厚度(0.07mm ),。

  5 結(jié)論

  此次圍繞設(shè)計需求所開展的多層印制板制造金屬化孔互連之反鉆孔研究,,基本實現(xiàn)了反鉆孔的位置及深度控制,在對原材料覆銅箔層壓板進(jìn)行厚度質(zhì)量控制的前提下,,加強多層板的層壓控制,,保持?jǐn)?shù)控反鉆孔設(shè)備的加工穩(wěn)定性,完全能實現(xiàn)設(shè)計之背靠背金屬化孔互連要求,。

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