微波多層板反鉆孔之金屬化孔互連

1 前言

　　目前，國(guó)內(nèi)廣大印制電路板制造企業(yè)所開(kāi)展的工作僅局限于高速邏輯信號(hào)傳輸類(lèi)電子產(chǎn)品所需的低、中頻多層印制電路板的研究、開(kāi)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(hào)傳輸用環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)絕緣介質(zhì)材料。

　　鑒于高頻信號(hào)傳輸?shù)奶厥庑?，其主要將涉及到各?lèi)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(lèi)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(guó)內(nèi)印制電路行業(yè)尚未實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，因此與國(guó)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(kāi)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(jì)需求之獨(dú)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(jiǎn)介

　　2.1 設(shè)計(jì)需求金屬化孔互連簡(jiǎn)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(jì)和制造帶來(lái)了很大難度。為此，將不同的功能分別設(shè)計(jì)在不同的層上， 如將微帶線、帶狀線、低頻控制線等混合信號(hào)線組合在同一個(gè)多層結(jié)構(gòu)中，通過(guò)多種類(lèi)型金屬化孔的制造，實(shí)現(xiàn)直流互連。

　　垂直互連是微波多層電路中實(shí)現(xiàn)不同層電路之間連接的主要方式。由圖1 可見(jiàn)垂直互連主要由金屬化盲孔和埋孔實(shí)現(xiàn)，由于工作在X 波段，且?guī)捄軐挘越饘倩椎碾娐穬?yōu)化設(shè)計(jì)非常重要。

　　此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，尚屬本所印制板加工之首次。鑒于設(shè)計(jì)互連之要求，通過(guò)傳統(tǒng)的金屬化孔制作，結(jié)合多次層壓技術(shù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)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(lèi)金屬化孔互連制造

　　此次研究，根據(jù)設(shè)計(jì)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(diǎn)（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(píng)判：可通過(guò)多層板制作的附連板圖形，制作金相切片，進(jìn)行可靠性測(cè)試，檢驗(yàn)其可靠性。

　　2.2.2 盲孔制作

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

　　（1）通孔金屬化孔制作；

　　（2）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(jì)中，提出了背靠背互連盲孔制造的要求，必須通過(guò)設(shè)計(jì)層次的層壓制作、金屬化孔制作、反鉆孔制作才能實(shí)現(xiàn)。具體為：

　?。?）層壓制作；

　?。?）通孔金屬化孔制作；

　?。?）反鉆孔制作：

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

　　① 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(shí)，設(shè)計(jì)出3-Φ30+0.03 定位孔，中心對(duì)稱(chēng)；印制板正反面設(shè)計(jì)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。

　　④ 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。

　　⑤ 制作金相切片，評(píng)判反鉆深度。

　　3 多層印制板反鉆孔技術(shù)研究

　　3.1 試驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)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；

　　（5）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(duì)反鉆孔板進(jìn)行箭嘴反鉆孔位置標(biāo)識(shí)（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(cè)量

　　3.2.1 單面反鉆孔（正面8-1-1）

　　位置1（左上部）

　　位置2(左下部)

　　位置3（右上部）

　　位置4（右下部）

　　位置5（中心部）

　　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）

　　位置2（左下部）

　　位置3（右上部）

　　位置4（右下部）

　　位置5（中心部）

3.2.2.2 反面反鉆孔（8-8-1）

　　位置1（左上部）

　　位置2（左下部）

　　位置3（右上部）

　　位置4（右下部）

　　位置5（中心部）

　　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）

　　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）

　　4.1.2.2 反面反鉆孔（8-8-1）

4.2 介質(zhì)厚度一致性

　　4.2.1 單面反鉆孔（正面8-1-1）

　　4.2.2 兩面反鉆孔（反面8-8-1）

　　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(cè)后，對(duì)反鉆孔深度的控制反思總結(jié)如下：

　　（1）從此次試驗(yàn)結(jié)果分析，出現(xiàn)了下述各種情況：

　　① 反鉆深度未至內(nèi)層銅，距離為一個(gè)內(nèi)層銅厚度；

　?、?反鉆深度剛好至內(nèi)層銅；

　?、?反鉆深度超過(guò)內(nèi)層銅，達(dá)至一半銅厚度；

　　④ 反鉆深度超過(guò)內(nèi)層銅。

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

　?。?）反鉆孔深度誤差范圍：兩個(gè)內(nèi)層銅厚度（0.07mm ）。

　　5 結(jié)論

　　此次圍繞設(shè)計(jì)需求所開(kāi)展的多層印制板制造金屬化孔互連之反鉆孔研究，基本實(shí)現(xiàn)了反鉆孔的位置及深度控制，在對(duì)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)之背靠背金屬化孔互連要求。