如何改善PTFE多層板的層間分離

 行業新聞     |      2022-01-12 11:25:17    |      愛彼電路

無線信道在傳輸數據時的頻帶越寬,所能負載的數據量就越大。而在民用頻譜資源異常緊張的今天,各國政府對于毫米波頻譜資源的開放,大大增加了未來可使用頻譜資源的帶寬。PTFE材料作為低損耗PCB材料的代表,已經在軍、民通信領域有著十多年的實際應用經驗,但受到應用場景和其可加工性的制約,傳統的PTFE PCB多層板、雙面板在無源產品的應用為主,例如基站天線的饋電網絡。但對于未來毫米波的應用來講,普通的單雙面板結構是很難滿足其設計需要的,那么可以預見對于PTFE多層板(而非PTFE+FR-4混壓板)的需求將會越來越多。同時,多層板的結構出現使得具有信號傳輸功能的PTH數量也在增加,這也就不可回避的要提到PTFE多層板層間分離的問題。

層間分離缺陷是指孔內壁的內層銅箔與電鍍銅之間存在不導電的夾雜物,而該夾雜物多以PCB加工過程中鉆孔所產生的鉆污為主。需要說明的是該缺陷普遍存在于所有的PCB多層板中,而非單指PTFEPCB多層板。雖然在IPC行業標準中對于PTFE多層板的層間分離缺陷進行了分級的接收判定標準,但部分終端客戶對于PTFE多層板層間分離缺陷的企業標準比IPC標準更為嚴格,究其原因是擔心上線使用時內層銅箔與電鍍銅箔之間完全拉裂,導致此孔的電性能失效。

PTFE多層板層間分離缺陷產生機理
相較于普通的環氧樹脂體系材料和碳氫樹脂體系材料,PTFE樹脂體系材料在加工多層板時,更容易產生層間分離缺陷,這主要是和材料中PTFE樹脂本身的特性有很大的關系。首先,PTFE是熱塑性樹脂,且分子鏈較長不易彎曲,在高溫下(>327C)會發生熔融;其次,PTFE(聚四氟乙烯)樹脂作為“塑料之王”具有優異的耐化學性,對絕大多數化學藥品和溶劑,表現出惰性、能耐強酸強堿、水和各種有機溶劑。

PTFE多層板層間分離缺陷的改善方向
對于加工過PTFE多層板的PCB廠家而言,大多經歷過由于層間分離缺陷帶來過的“痛苦”。也曾有人提出通過液態氣體來時時冷卻鉆頭或待鉆板件的辦法來解決該缺陷,或者使用某些“特制”的強氧化藥水來去除粘附在內層銅上的PTFE殘膠。但遺憾的是上述的辦法從可實現性(操作性)和實際效果來看都收效甚微,不具備大規模工業化推廣的意義。要改善層間分離的問題,更多是需要PTFE材料制造商(選材指導)、PCB板廠(加工優化)和終端客戶(標準制定和驗收)三方共同的努力。

正確的材料選型
與PCB板廠或OEM的工程師就PTFE多層板進行溝通時,發現對于PTFE多層板的認識大多還停留在10多年前的傳統PTFE芯板材料上(或稱為上一代PTFE芯板材料,例如TACONIC的TLY-5,TLX-8, RF-35等),其顯著特點在于材料中:
(1)PTFE樹脂含量高(樹脂含量高達wt.75%以上);
(2)含粗玻纖(例如7628玻纖);
(3)填料含量低(或不含填料),而使用上一代的PTFE芯板材料來加工多層板,勢必出現嚴重的層間分離缺陷。

針對上一代的PTFE芯板材料,近幾年相繼推出了專門針對PTFE多層板的芯板材料,例如:TSM-DS3,EZIO-28。而這兩款適合制作多層板的新一代的PTFE芯板材料的特點在于:
(1)填料含量高(wt.75% 以上)且填料的球形度高;
(2)精細玻纖布(例如106,104);
(3)可搭配極低粗糙度的銅箔。
除了芯板材料之外,與之搭配的低損耗PP也是必須要考慮在其中的,否則極容易出現“長短”腿跑步的尷尬現象。

PCB加工參數的優化
對于PCB制程而言,需要特別關注鉆孔參數的優化,此外還需著重尋找品質改善與成本之間的平衡點。

(1) 鉆孔刀具的選擇:選擇針對PTFE材料優化過的刀具,尤其是排屑性能優異的刀具。在鉆頭的設計理念中,針對排屑能力主要有兩個設計參數,即螺旋角和芯厚。螺旋角越大,芯厚越薄,鉆頭的排屑槽就越大,排屑能力就越強,在這一點上,PCB板廠與鉆孔刀具供應商的配合顯得尤為重要;
(2) 疊板數量的控制,無論待加工PCB的板厚多少,只采用一片一疊的方式鉆孔,上下使用環氧樹脂或者冷沖板來作為蓋墊板;
(3) 鉆孔最大孔數的控制(建議200孔以下換刀),這是作為PCB制程中改善層間分離貢獻率最大的控制點,但往往也是鉆孔加工成本貢獻最大的環節,這需要PCB板廠去找到一個平衡點。
(4) 合適的鉆孔參數,根據TACONIC的經驗,相對較低的轉速和進刀量比高轉速快進刀更利于減少鉆污,從而改善層間分離缺陷。

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