藍(lán)春華 范偉名 唐心權(quán)

（景旺電子科技（龍川）有限公司，廣東 河源 517373）

（廣東省金屬基印制板工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東 河源 517373）

0 前言

以5G通信技術(shù)為首的新一代電子信息技術(shù)高端產(chǎn)品,對(duì)印制電路板（PCB）的高頻信號(hào)傳輸質(zhì)量要求特別高。傳統(tǒng)FR-4覆銅板材料無(wú)法滿足高頻高速信號(hào)傳輸要求,具有低介質(zhì)損耗（Df）、低介電常數(shù)（Dk）、低熱膨脹系數(shù)（CTE）和高導(dǎo)熱系數(shù)等功能的高頻材料應(yīng)運(yùn)而生。目前PCB業(yè)界常用的高頻材料主要有聚四氟乙烯（PTFE,Polytetrafluoroethylene,鐵氟龍材料）熱塑性材料和碳?xì)錁渲≒CH）類熱固性材料。PCH類熱固性材料主要用于高多層信號(hào)傳輸產(chǎn)品,而PTFE材料則主要用于單雙面高頻信號(hào)傳輸產(chǎn)品,但PTFE材料的PCB制作加工難度要比PCH類熱固性材料大得多,主要體現(xiàn)在鉆孔、銑板、除膠和阻焊等制程方面。本文以一款無(wú)線信號(hào)傳輸用PTFE高頻雙面板為研究對(duì)象,針對(duì)PTFE材料在PCB加工過(guò)程中的制作難點(diǎn),從設(shè)計(jì)和加工制作條件方面入手,解決鉆孔與銑板毛刺、鍍孔前去鉆污和阻焊脫落等技術(shù)難點(diǎn),降低該類材料產(chǎn)品加工難度,提高量產(chǎn)可行性。

1 鉆孔問題分析及解決

1.1 問題描述

PTFE電路板鉆孔加工主要問題點(diǎn)是鉆孔毛刺與孔型異常。PTFE基材屬性偏軟,按照FR-4鉆孔使用上面蓋鋁片和底部墊普通墊板的加工方式,鉆頭鉆入面會(huì)因鉆頭下降沖擊而出現(xiàn)孔口下塌的歪孔與毛刺的現(xiàn)象,而鉆出面則會(huì)因無(wú)硬質(zhì)材料支撐,底部出現(xiàn)凸起的毛刺。

1.2 解決方案

解決PTFE電路板鉆孔問題的根源在于降低鉆頭鉆入和鉆出對(duì)材料的沖擊牽扯作用,可選擇在PTFE電路板的鉆入面加蓋硬質(zhì)的FR-4光板,緩解鉆頭對(duì)PTFE板的直接沖擊,在底部加墊FR-4光板,對(duì)鉆出面起到支撐作用,避免鉆頭進(jìn)出拉扯PTFE材料向外產(chǎn)生毛刺。本款雙面PTFE無(wú)線產(chǎn)品板以1塊/疊的鉆孔方式,采用表1所列鉆孔參數(shù),對(duì)加蓋/墊硬質(zhì)光板與否進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,具體驗(yàn)證方案與結(jié)果如表2和圖1所示。結(jié)果顯示,方案三鉆入和鉆出面都使用了FR-4光板,孔型良好,無(wú)孔變形和毛刺問題。

圖1 不同方案鉆孔結(jié)果圖

表1 鉆孔參數(shù)表

表2 鉆孔驗(yàn)證方案與結(jié)果表

1.3 小結(jié)

PTFE電路板鉆孔加工,建議除了選擇合適的鉆孔參數(shù),使用新鉆頭,還要結(jié)合材料軟的特性,在鉆入面和鉆出面增加類似FR-4光板的硬質(zhì)材料,解決因鉆頭對(duì)孔壁材料的沖擊和拉扯作用產(chǎn)生的孔變形和毛刺問題。

2 銑板問題分析及解決

2.1 問題描述

在制板在銑板過(guò)程中,蝕刻前半成品銑槽無(wú)毛刺問題；成品銑邊有毛刺問題,且毛刺為軟質(zhì),無(wú)法通過(guò)毛刷去除。先后嘗試銑板參數(shù)調(diào)整、采用蓋硬質(zhì)FR-4光板或高密度墊板、采用全新銑刀再降低50%的壽命等多種措施,均無(wú)法解決銑板毛刺的問題。

2.2 解決方案

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn),蝕刻前的半成品銑槽區(qū)域有銅箔覆蓋（如圖2a所示）,成品銑邊有阻焊油墨蓋住的部分無(wú)毛刺（如圖2b所示）,兩者無(wú)毛刺的共同點(diǎn)是有材料覆蓋PTFE的區(qū)域,而未蓋阻焊部分則均出現(xiàn)毛刺（如圖2c所示）。初步分析為：蝕刻前因?yàn)镻TFE上下有銅箔包覆,因此銑邊不會(huì)產(chǎn)生毛刺；而蝕刻后的成品銑邊區(qū)域已無(wú)銅的包覆,軟質(zhì)PTFE材料在銑刀的高速旋轉(zhuǎn)下就容易產(chǎn)生毛刺。即使上下加蓋高密度墊板或FR-4光板進(jìn)行支撐,因銅厚與阻焊厚度高低落差,無(wú)法對(duì)基材緊密貼合支撐,無(wú)法解決銑板毛刺的問題。有阻焊覆蓋的區(qū)域無(wú)毛刺,是因固化后的阻焊硬度高,與基材緊密貼緊,對(duì)基材起到了支撐保護(hù)作用。嘗試將所有銑邊位置設(shè)計(jì)為覆蓋阻焊油墨,試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示阻焊位置均未出現(xiàn)毛刺問題,由此證明,通過(guò)覆蓋阻焊油墨方式,可改善PTFE電路板銑板毛刺問題。

圖2 不同狀況板銑邊結(jié)果圖

2.3 小結(jié)

PTFE材料板銑邊是否產(chǎn)生毛刺,取決于銑板時(shí)是否有硬質(zhì)材料緊密包覆。建議對(duì)PTFE電路板的銑邊區(qū)域進(jìn)行蓋油或鋪銅設(shè)計(jì),避免毛刺產(chǎn)生。

3 去鉆污問題分析及解決

3.1 問題描述

PTFE材料化學(xué)性不活潑,耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿、水和各種有機(jī)溶劑。常規(guī)PCB用的化學(xué)除膠（去鉆污）方法（高錳酸鹽的強(qiáng)氧化性除膠）,無(wú)法對(duì)PTFE電路板鉆孔殘膠進(jìn)行除膠。PTFE孔壁往往表現(xiàn)浸潤(rùn)能力差,無(wú)法與化學(xué)沉銅藥水充分接觸,與沉銅層的黏接性能極低,極大地限制了沉銅藥水在孔壁的沉積。經(jīng)常出現(xiàn)沉銅背光不良問題。

3.2 解決方案

采用等離子除膠方式,利用氧氣、氫氣、氮?dú)狻⑺姆肌鍤獾葰怏w,對(duì)PTFE板孔內(nèi)鉆污物進(jìn)行攻擊,同時(shí)對(duì)孔壁表面活化,改善其親水性,讓沉銅藥水在孔壁充分沉積。等離子作用同時(shí)粗化材料表面,讓沉銅層與孔壁結(jié)合力更強(qiáng)。通過(guò)對(duì)PTFE電路板不去鉆污、化學(xué)去鉆污和等離子去鉆污三種方式進(jìn)行對(duì)比,使用SEM電鏡對(duì)孔壁進(jìn)行500倍檢查,發(fā)現(xiàn)做化學(xué)去鉆污與不去鉆污的情況相同,均含有大量殘膠且孔壁光滑（如圖3a所示、圖3b所示）,而等離子孔壁粗糙無(wú)殘膠（如圖3c）。

圖3 不同除膠處理的孔壁狀況圖

3.3 小結(jié)

PTFE耐化學(xué)侵蝕性能好,無(wú)法通過(guò)化學(xué)除膠藥水進(jìn)行清除,建議使用等離子處理方式除膠,或進(jìn)行激光鉆孔方式,將PTFE殘膠進(jìn)行碳化后處理。

4 阻焊問題分析及解決

4.1 問題描述

PTFE材料蝕刻后粗糙的表面,經(jīng)阻焊前處理磨刷研磨后變得平滑,或長(zhǎng)時(shí)間未做阻焊油墨覆蓋,表面粗糙度會(huì)降低,趨于平滑,降低了與油墨的結(jié)合力,容易出現(xiàn)阻焊脫落情況。

4.2 解決方案

對(duì)阻焊前處理的方式進(jìn)行優(yōu)化并管控蝕刻后到阻焊油墨印刷時(shí)間。針對(duì)這兩方面因素進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證,驗(yàn)證方案與結(jié)果如表3所示。針對(duì)超出管控時(shí)間范圍（蝕刻后到阻焊印刷時(shí)間超出8 h）的PTFE電路板基材,進(jìn)行等離子處理并使用SEM電鏡觀察處理前后的表面情況,發(fā)現(xiàn)未超時(shí)的基材表面粗糙（如圖4a所示）,超時(shí)后則表面平滑（如圖4b所示）,而等離子處理后表面粗糙（如圖4c所示）。

圖4 不同階段表面粗糙狀態(tài)圖

表3 阻焊驗(yàn)證方案與結(jié)果表

4.3 小結(jié)

PTFE電路板阻焊前不能進(jìn)行磨板處理,且需嚴(yán)格管控板蝕刻后到阻焊印刷時(shí)間（本產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)是不能超過(guò)8 h）。若出現(xiàn)超時(shí),建議采取等離子處理方式對(duì)板面基材進(jìn)行粗化后再做阻焊,可避免脫落問題出現(xiàn)。

5 總結(jié)

PTFE電路板在鉆孔、銑板、去鉆污及阻焊工序制作難點(diǎn)均與其材料特性相關(guān),經(jīng)分析試驗(yàn),總結(jié)為： （1）鉆孔和銑邊問題主要源于PTFE材料質(zhì)地較軟的特性,鉆孔需要在板材上下面增加硬質(zhì)材料做支撐,緩解鉆頭對(duì)基材的沖擊和拉扯作用,避免毛刺和孔變形問題；而銑邊則需要使用阻焊或銅箔對(duì)PTFE基材進(jìn)行緊密包裹,避免毛刺產(chǎn)生；（2）去鉆污問題主要是因PTFE材料的化學(xué)惰性,導(dǎo)致其無(wú)法用傳統(tǒng)的化學(xué)除膠方法清除殘膠,建議使用等離子處理方式除膠,可有效清除殘膠,并提升孔壁粗糙度增強(qiáng)沉銅層的結(jié)合力；（3）阻焊問題主要是因?yàn)镻TFE的自潤(rùn)性特點(diǎn),阻焊前處理的磨板和蝕刻后放置時(shí)間過(guò)久都會(huì)造成基材表面趨于平滑,粗糙度降低,造成脫落問題。建議阻焊前處理不能進(jìn)行磨板處理,蝕刻后需8 h內(nèi)完成阻焊作業(yè),否則需要進(jìn)行等離子處理后再進(jìn)行阻焊作用。