无卤素线路板加工

PCB高频板的定义：
高频板是指电磁频率较高的特种线路板，用于高频率（频率大于300MHZ或者波长小于1米）与微波（频率大于3GHZ或者波长小于0.1米）领域的PCB，是在微波基材覆铜板上利用普通刚性线路板制造方法的部分工序或者采用特殊处理方法而生产的电路板。一般来说，高频板可定义为频率在1GHz以上线路板。



随着科学技术的快速发展，越来越多的设备设计是在微波频段（＞1GHZ）甚至与毫米波领域（77GHZ）以上的应用（例如现在很火的车载77GHz毫米波天线），这也意味着频率越来越高，对线路板的基材的要求也越来越高。比如说基板材料需要具有优良的电性能，良好的化学稳定性，随电源信号频率的增加在基材上的损失要求非常小，所以高频板材的重要性就凸现出来了。

挑选高频高速PCB材料重要指标：
在选择用于高频电路的PCB所用的基板时，要特别考察材料DK，在不同频率下的变化特性。而对于侧重信号高速传输方面的要求，或特性阻抗控制要求，则考察DF及其在频率、温湿度等条件下的性能。



一般型基板材料在频率变化的条件下，表现出DK、DF值变化较大的规律。特别是在l MHz到l GHz的频率内，它们的DK、DF值的变化更加明显。例如，一般型环氧树脂一玻纤布基的基板材料（一般型FR-4）在lMHz的频率下的DK值为4．7，而在lGHz的频率下的DK值变化为4.19。超过lGHz以上，它的DK值的变化趋势于平缓。其变化趋势是随着频率的增高，而变小（但变化幅度不大），例如在l0GHz下，一般FR一4的DK值为4．15，具有高速、高频特性的基板材料在频率变化的情况下，DK值变化较小，自lMHz到lGHz的变化频率下，DK多保持在0.02范围的变化。其DK值在由低到高不同频率条件下，略微有下降的趋向。



一般型基板材料的介质损失因子（DF），在受到频率变化（特别是在高频范围内的变化）的影响而产生DF值的变化要比DK大。其变化规律是趋于增大，因此，在评价一种基板材料的高频特性时，要对其考察的是它的DF值变化情况。具有高速高频特性的基板材料，在高频下变化特性方面，一般型基板材料存在着两类明显的不同的两类：一类是随着频率的变化，它的（DF）值变化甚小。还有一类是在变化幅度上与一般型基板材料尽管相近，但它本身的（DF）值较低。

选择合适板材的主要考虑因素--PCB高频板
、与产品匹配的各种性能
低损耗，稳定的Dk/Df参数，低色散，随频率及环境变化系数小，材料厚度及胶含量公差小（阻抗控制好），如果走线较长，考虑低粗糙度铜箔。另外一点，高速电路的设计前期都需要仿真，仿真结果是设计的参考标准。“兴森科技-安捷伦（高速/射频）联合实验室”解决了仿真结果和测试不一致的业绩难题，做过大量的仿真和实际测试闭环验证，通过方法能做到仿真和实测一致。
第二、材料的可及时获得性

很多高频板材采购周期非常长，甚至2-3个月;除常规高频板材RO4350有库存，很多高频板都需要客户提供。因此，高频板材需要和厂家提前沟通好，尽早备料。
第三、法律法规的适用性等
要与不同国家环保法规相融合，满足RoHS及无卤素等要求。
以上各个因素中，高速数字电路运行速度是PCB选择考虑的主要因素，电路的速率越高，所选PCBDf值就应该越小。具有中，低损耗的电路板材将适合10Gb/S的数字电路;具有更低损耗的板材适用25Gb/s的数字电路;具有低损耗板材将适应更快的高速数字电路，其速率可以为50Gb/s或者更高。
第四、成本因素Cost
看产品的价格敏感程度，是消费类产品，还是通讯、医疗、工业、类的应用。

从材料Df看：

Df介于0.01～0.005电路板材适合上限为10Gb/S数字电路;

Df介于0.005～0.003电路板材适合上限为25Gb/S数字电路;

Df不超过0.0015的电路板材适合50Gb/S甚至更高速数字电路。

PCB板的静电释放(ESD)设计

许多产品设计工程师通常在产品进入到生产环节时才着手考虑抗静电释放(ESD)的问题。如果电子设备不能通过抗静电释放测试,通常终的方案都要采用昂贵的元器件,还要在制造过程中采用手工装配,甚至需要重新设计。因此,产品的进度势必受到影响。即使经验丰富的设计工程师,也可能并不知道设计中的哪些部分有利于抗静电释放(ESD)。大多数电子设备在生命期内99%的时间都处于一个充满ESD的环境之中,ESD可能不自人体、家具、甚至设备自身内部。电子设备完全遭受ESD损毁比较少见,然而ESD干扰却很常见,它会导致设备锁死、复位、数据丢失和不可靠。其结果可能是在寒冷干燥的冬季电子设备经常出现故障,但是维修时又显示正常,这样势必影响用户对电子设备及其制造商的信心。

ESD产生的机理

一个允电的导体接近另一个导时,两个导体之间会建立一个很强的电场,产生由电场引起的击穿。当两个导体之间的电压超过它们之间空气和绝缘介质的击穿电压时,就会产生ESD电弧。在0.7ns到10ns的时间里,ESD电弧电流会达到几十安培甚至超过100A。ESD电弧会产生一个频率范围在1MHz~500MHz的强磁场,并感性耦合到邻近的每一个布线环路,在距离ESD电弧10cm范围产生15A以上的电流,4KV以上的高压。ESD电弧将一直维持到两个导体接触短路或者电流低到不能维持电弧为止。

FPC挠性印制电路板加工工艺知识
一、FPC挠性印制电路板概述
印制电路板是电子行业的基础产品，广泛应用于通讯设备、计算机、汽车电子和工业装备及各种家用电器等电子产品，其主要功能是支撑电路元件和互连电路元件。FPC挠性印制电路板是印制电路板中一个大类，如图1、图2。根据FPC挠性印制电路板的结构，按导体层数可分为单面板、双面板、多层板。

1、FPC柔性电路板的挠曲性和可靠性

目前FPC柔性电路板有：单面、双面、多层柔性板和刚柔性板四种。

①单面柔性板是成本低，当对电性能要求不高的印制板。在单面布线时，应当选用单面柔性板。其具有一层化学蚀刻出的导电图形，在柔性绝缘基材面上的导电图形层为压延铜箔。绝缘基材可以是聚酰亚胺，聚对苯二甲酸乙二醇酯，芳酰胺纤维酯和聚氯乙烯。



②双面柔性板是在绝缘基膜的两面各有一层蚀刻制成的导电图形。金属化孔将绝缘材料两面的图形连接形成导电通路，以满足挠曲性的设计和使用功能。而覆盖膜可以保护单、双面导线并指示元件安放的位置。



③多层柔性板是将3层或更多层的单面或双面FPC柔性电路板层压在一起，通过钻孑L、电镀形成金属化孔，在不同层间形成导电通路。这样，不需采用复杂的焊接工艺。多层电路在更高可靠性，更好的热传导性和更方便的装配性能方面具有的功能差异。在设计布局时，应当考虑到装配尺寸、层数与挠性的相互影响。



④传统的刚柔性板是由刚性和柔性基板有选择地层压在一起组成的。结构紧密，以金属化孑L形成导电连接。如果一个印制板正、反面都有元件，刚柔性板是一种很好的选择。但如果所有的元件都在一面的话，选用双面柔性板，并在其背面层压上一层FR4增强材料，会更经济。



⑤混合结构的FPC柔性电路板是一种多层板，导电层由不同金属构成。一个8层板使用FR-4作为内层的介质，使用聚酰亚胺作为外层的介质，从主板的三个不同方向伸出引线，每根引线由不同的金属制成。康铜合金、铜和金分别作立的引线。这种混合结构大多用在电信号转换与热量转换的关系及电性能比较苛刻的低温情况下，是惟一可行的解决方法。



可通过内连设计的方便程度和总成本进行评价，以达到佳的性能价格比。



2、FPC柔性电路板的经济性

如果电路设计相对简单，总体积不大，而且空间适宜，传统的内连方式大多要便宜很多。如果线路复杂，处理许多信号或者有特殊的电学或力学性能要求，FPC柔性电路板是一种较好的设计选择。当应用的尺寸和性能超出刚性电路的能力时，柔性组装方式是经济的。在一张薄膜上可制成内带5mil通孔的12mil焊盘及3mil线条和间距的FPC柔性电路板。因此，在薄膜上直接贴装芯片更为可靠。因为不含可能是离子钻污源的阻燃剂。这些薄膜可能具有防护性，并在较高的温度下固化，得到较高的玻璃化温度。柔性材料比起刚性材料节省成本的原因是免除了接插件。



高成本的原材料是FPC柔性电路板价格居高的主要原因。原材料的价格差别较大，成本低的聚酯FPC柔性电路板所用原材料的成本是刚性电路所用原材料的1．5倍；的聚酰亚胺FPC柔性电路板则高达4倍或更高。同时，材料的挠性使其在制造过程中不易进行自动化加工处理，从而导致产量下降；在后的装配过程中易出现缺陷，这些缺陷包括剥下挠性附件、线条断裂。当设计不适合应用时，这类情况更容易发生。在弯曲或成型引起的高应力下，常常需选择增强材料或加固材料。尽管其原料成本高，制造麻烦，但是可折叠、可弯曲以及多层拼板功能，会使整体组件尺寸减小，所用材料随之减少，使总的组装成本降低。



FPC柔性电路板产业正处于规模小但迅猛发展之中。聚合物厚膜法是一种、低成本的生产工艺。该工艺在廉价的柔性基材上，选择性地网印导电聚合物油墨。其代表性的柔性基材为PET。聚合物厚膜法导体包括丝印金属填料或碳粉填料。聚合物厚膜法本身很清洁，使用无铅的SMT胶黏剂，不必蚀刻。因其使用加成工艺且基材成本低，聚合物厚膜法电路是铜聚酰亚胺薄膜电路价格的1／10；是刚性电路板价格的1／2～1／3。聚合物厚膜法尤其适用于设备的控制面板。在移动电话和其他的便携产品上，聚合物厚膜法适合将印制电路主板上的元件、开关和照明器件转变成聚合物厚膜法电路。既节省成本，又减少能源消耗。



一般说来，FPC柔性电路板的确比刚性电路的花费大，成本较高。柔性板在制造时，许多情况下不得不面对这样一个事实，许多的参数超出了公差范围。制造FPC柔性电路板的难处就在于材料的挠性，下面看下工艺。