高频高可靠性高多层PCB粘结片的需求分析

1 前言

现代通讯业的飞速发展，为高频覆铜板的制造迎来了前所未有的大市场。作为高频覆铜板制造的基础材料之一的粘结片材料，其材料构成及相关性能指标，决定了其设计最终产品性能指标的实现及可加工性。

鉴于高频类聚四氟乙烯介质覆铜板的设计运用越来越多，特别是近年来对聚四氟乙烯介质高频多层板设计需求的日益提升，给广大印制板制造企业，带来了前所未有的机遇与挑战。同时，对于基础原材料的高频覆铜板制造提出了更高的性能指标要求。

众所周知，对于聚四氟乙烯高频基板材料而言，粘结片材料的性能指标及可加工性，决定了高频覆铜板的运用领域。此外，高频印制板的多层化制造技术，在集中解决高频多层印制基板制造技术中的特性阻抗控制技术以后，选择何种粘结片材料体系，实现高频板的多层化制造，成为每位设计师及工艺人员必须面对的棘手问题。

2 粘结片材料的现状

纵观整个高频覆铜板产业发展历史，粘结片材料的推陈出新，是在满足覆铜板性能

指标的要求下，逐步走进新时代的。

从粘结片材料所选择的树脂体系来分，共计存在两种粘结片模式。其一，为热塑性树脂体系粘结片材料；其二，是热固性树脂粘结片材料。

2 .1 热塑性薄膜粘结材料

对于高频覆铜板的市场需求而言，二十年前，处于单双面高频板的制造阶段。随着现代通讯技术的飞速发展，越来越多的高频覆铜板材料，面对设计及加工的多层化技术发展趋势，粘结片材料的重要性凸显。

回顾高频多层板产生、发展的整个过程中，热塑性薄膜粘结材料，无论从设计选型、还是射频多层板的加工，都会是一个不错的选择。

通常，在排板制程中，交叉放置薄膜，来实现多层化装夹。其中，往往不为人们认识但需要关注的是，对于被选用的热塑性薄膜粘结材料，必须满足层压制程中的加热过程。换言之，该种热塑性薄膜粘结材料的熔点，需低于高频覆铜板介质板—聚四氟乙烯树脂的熔点327℃（6200F）。

随着层压温度的升高，超过热塑性薄膜的熔点，粘结膜开始流动，在层压设备施加于装夹板上均匀一致的压力帮助下，被填充到待粘结层表面的铜层线路之间。

通常，热塑性薄膜粘结材料，按照层压温度的高低，大致分为两大类型。

（1）220℃层压温度控制

此类较低温度热塑性薄膜粘结材料的运用，首推罗杰斯公司的3001（该产品层压温升控制示意，参见图1）。

图1 罗杰斯3001 薄膜层压参数控制

在滚滚岁月长河中，与之相似的热塑性薄膜粘结材料，尚有nelco 公司、arlon 公司的荣誉产品FV6700 薄膜（该产品层压温升控制示意，参见图2）和Cuclad 6700 薄膜（该产品层压温升控制示意，参见图3）粘结材料面向市场，为各自客户提供多层化粘结。

（2）290℃层压温度控制

有别于上述较低温度粘结材料，尚有一种较高层压温度的热塑性薄膜粘结材料被广泛使用，也即是杜邦公司的荣誉产品—Cuclad6700。

图2 Nelco 公司FV6700 薄膜层压参数控制

图3 雅龙公司Cuclad 6700 薄膜层压参数控制

FEP 粘结材料（该产品层压温升控制示意，参见图4）。如何选择，常常依赖于随后多层线路板加工的工艺路线，包括所经历的热过程、粘结所用薄膜的熔点、可靠性需求等。当然了，多层印制板的制程能力，也是需要考量的一个方面。

图4 杜邦公司产品FEP 层压温升控制示意

2 .2 热固性粘结材料（半固化片）

第二种粘结方法，需要选用热固性粘结材料（俗称半固化片）。装夹填充有该热固性半固化片材料的待压多层板，定位装夹，随后进行程序升温操作。

热固性半固化片往往具有较低的粘结温度，低于高频覆铜板聚四氟乙烯芯板介质材料的熔点327度。

图5 罗杰斯RO4450B 半固化片层压参数控制

随着层压温度的逐渐升高，半固化片树脂会随之流动，借助于附加在多层待压板上均匀一致的压力下， 填充于铜线路图形之间。

对于传统FR- 4 覆铜板介质材料与高频覆铜板聚四氟乙烯介质层压板进行粘结的多层混压板结构，根据经验，通常可选用环氧树脂类半固化片材料。但是，选择环氧树脂半固化片时，应当慎重考虑其对电性能所造成的影响。此类高频覆铜板用热固性半固化片材料，罗杰斯的传统优势材料中，有RO4450B（该产品层压温升控制示意见图5）。

另外，雅龙公司曾经市场占用率较高的25N 半固化片（该产品层压温升控制示意，参见图6） 粘结材料，也为业界同仁们广泛运用，获得了较好的市场收益。

当然，作为传统高频覆铜板聚四氟乙烯介质基板制造企业的泰康利公司，也有其独到的半固化片粘结材料FasrRise 28（该产品层压温升控制示意，见图7）活跃于高频覆铜板、以及高频多层板制造领域。

图6 雅龙公司25N 半固化片层压参数控制

图7 泰康利公司FasrRise 28

3 高频覆铜板及高频多层板发展简历

3 .1 上世纪七十年代

（1）主要集中于微带线结构的设计和加

工；

（2）仍然是最多采用的射频/ 微波印制

板设计；

（3）易于加工，且成本低；

（4）针对于军事用途的三平板传输线射

频多层结构出现；

（5）没有好的粘结材料；

（6）存在根本缺陷（冷变形或气隙）。

3 .2 上世纪八十年代

粘结材料陆续出现，参见下表1 所示；

（1）热塑性薄膜；

（2）相对低的熔化温度；

（3）对于顺序层压效果不佳；

（4）FEP 熔化温度较高，存在压制困难。

3 .3 上世纪九十年代

（1）带有粘结薄膜的带状线结构出现；

（2）射频介质居外侧的多层化结构；

（3）当今时代仍然常见。

3 .4 上世纪九十年代后期

（1）混合介质多层板结构出现；

（2）混合介质：聚四氟乙烯+FR4 或者碳

氢聚合物+FR4；

（3）往往仅有微带线在表面（L1）；

（4）非平衡结构，翘曲问题、造价昂贵。

3 .5 本世纪初

（1）混合介质多层结构；

（2）含有高频介质层的多层板；

（3）微带线于第一层、带状线于第二层结构。

3 .6 从2005 年开始

（1）单片多层板结构和铜箔多层板结构

并行；

（2）纯高频介质层的多层板结构；

（3）微带线和带状线结构设计皆有可能；

（4）平坦结构成为现实。

4 粘结片材料的需求展望

随着飞速发展的通讯业及汽车电子产品准入标准， 设计及可加工性需求的日益迫切，对现有粘结片材料性能不足的不满情绪越来越凸显。其一，关乎到高品质高频覆铜板的性能指标实现；其二，直接影响高频覆铜板的多层化设计及加工的实现。

简单来说，纵观全球高频覆铜板企业，粘结片材料地位虽被极大重视，但目前尚纯聚四氟乙烯介质高频覆铜板的多层化及高可靠性金属化孔设计和制造。从材料学相似相容的概念出发，如果想获得优异的层间粘结， 针对于高频纯聚四氟乙烯覆铜板材料，优先选择热塑性粘结材料。但是，对于多次层压设计及加工来说，热固性树脂半固化片则成为必须，否则，多层化设计及加工就无法实现。

作为世界一流的高频覆铜板企业，罗杰斯公司的最新粘结片材料，2929 Bondply （该产品层压温升控制示意，见图8）堪称一流。但是，一方面，其优异的盲孔填充性能，却给高频设计之开窗口加工，带来了阻胶难题；另一方面， 该型粘结片材料， 属于“MASSLAM”模式满足大规模工业化加工，对于销钉定位的多层化加工，存在可加工性不好的难题。

图8 罗杰斯公司2929 Bondply 半固化片层压参数控制

回顾过往，曾记否有一家Gore 公司的荣誉产品—SpeedBoard C，给广大印制板产业人员带来了福音。其不仅可用于对FR- 4 覆铜板与高频聚四氟乙烯覆铜板，实现混合介质的多层化牢固粘结，而且，对于聚四氟乙烯介质覆铜板的多层化，也同样具有相当优势。该材料的层压温升控制见图9、图10。

图9 SpeedBoard C 半固化片低Tg 层压

图10 SpeedBoard C 半固化片高Tg 层压参数控制示意

为此，希望业界能更多关注于覆铜板相关粘结材料的研发，为广大高频微波介质基板的多层化制造，奠定坚实的基础。

5 结束语

随着5G 基站建设的到来，“有源模块上塔”、高抗氧化性基板需求、高多层高频板制造，给广大设计和制造企业，带来了全新的挑战。

各类通讯用高频印制板，尤其是聚四氟乙烯类介质材料的运用，在原有对印制板之单、双面制造要求的基础上，越来越向高频多层化电路板制造方向迈进。这种高频多层印制电路板有别于传统意义上的多层印制板，由于其层压制造之特殊性，对层间重合精度、图形制作精度、层间介质层厚度一致性、镀层均匀性及涂覆类型、以及层间结合力，提出了更为苛刻的要求。

首当其冲，相关有识之士遇到的棘手难题，就是高频覆铜板制造企业，对于高可靠性、高宽容性、可加工性粘结片材料的搭配供应，给高频高可靠性高多层印制电路板的制造，提供有效针对性粘结片材料及制造指南支持。

面对目前各种新材料、新工艺的出现，各种各样的问题也在不断考验着从业者的智慧和能力，但是，对于聚四氟乙烯介质高频覆铜板的多层化实现而言，其所用粘结片材料多项制造质量及可靠性的关注，始终应该是我们决策的主要依据。

编辑：hfy