在過(guò)去十年中，商業(yè)、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線連接和一系列汽車?yán)走_(dá)的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到了毫米波（24-100GHz）。毫米波應(yīng)用的這種快速增長(zhǎng)創(chuàng)造了對(duì)帶有毫米波電路的多層印制電路板（PCB）的需求。向毫米波的過(guò)渡給印制電路行業(yè)帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，主要是導(dǎo)體的幾何形狀和材料，因?yàn)檩^短的波長(zhǎng)縮小了特征尺寸，放大了PCB制造過(guò)程中固有的相對(duì)容差。

控制生產(chǎn)成本可能是一項(xiàng)復(fù)雜的工程挑戰(zhàn)。成本必須從一開始就被納入電氣設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴牧稀⒒慕Y(jié)構(gòu)和PCB技術(shù)都是在這里確定的。像所有好的工程一樣，目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)滿足所有性能要求的產(chǎn)品，并有較高的產(chǎn)量，考慮到所有材料和制造容差，結(jié)果是在成本和性能之間進(jìn)行平衡。

最后，在毫米波頻率下，將信號(hào)傳導(dǎo)到不同的層是一個(gè)難題。關(guān)于材料特性和制造方面的難題，我們展示了一個(gè)為毫米波PCB應(yīng)用形成各種通孔結(jié)構(gòu)的例子。我們介紹了一種簡(jiǎn)化通孔形成的表面安裝交叉組件，它有幾個(gè)額外的優(yōu)點(diǎn)：它有利于快速改變結(jié)構(gòu)，將信號(hào)傳導(dǎo)到不同的層，解決對(duì)電氣性能的影響。

PCB制造的挑戰(zhàn)

毫米波的波長(zhǎng)與PCB的幾何尺寸是同一數(shù)量級(jí)的。成本是另一個(gè)增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性的因素，因?yàn)樵S多新的毫米波產(chǎn)品是用于消費(fèi)類應(yīng)用，其基材生產(chǎn)量從幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)件不等。

在其最簡(jiǎn)單的形式中，印制電路是使用照片成像和化學(xué)蝕刻工藝制造的。這是通過(guò)在銅箔層壓板或多層層壓板上鉆電路孔實(shí)現(xiàn)的。鉆孔后，面板被電鍍，在鉆孔和表面上形成銅層，大約有50微米的厚度。接下來(lái)，在表面涂上光阻劑，通過(guò)光罩用紫外線照射成像，并進(jìn)行顯影，以暴露出不需要的銅。暴露的銅被化學(xué)蝕刻，留下一個(gè)成品電路。

蝕刻到電介質(zhì)也會(huì)橫向蝕刻到導(dǎo)體的側(cè)面，使該工藝一般不適合射頻/微波應(yīng)用。電鍍銅和基片都必須被蝕刻以形成導(dǎo)體，從而導(dǎo)致不良的幾何形狀和不太理想的導(dǎo)體容差。

為了克服面板電鍍的問題，大多數(shù)電路的制作采用了"圖案電鍍工藝"。不對(duì)整個(gè)面板表面進(jìn)行電鍍，而是在基礎(chǔ)銅箔上施加光阻。然后，使用光罩或激光直接成像，將電路圖案轉(zhuǎn)移到抗蝕劑涂層的面板上。在成像和顯影之后，基底銅箔上暴露的區(qū)域?qū)⒈浑婂儯纬梢粋€(gè)電路圖案，銅也在鉆孔中。為了保護(hù)電路圖案和孔壁不受最后的蝕刻影響，錫被鍍?cè)陔娐穲D案的上面。接下來(lái)，光阻劑被剝離，背景銅箔被蝕刻，接著是錫條，產(chǎn)生一個(gè)成品電路。與面板電鍍相比，圖案電鍍工藝提供了更好的幾何形狀和更嚴(yán)格的容差，因?yàn)橹挥械讓硬枰M(jìn)行化學(xué)蝕刻，最大限度地減少了改變導(dǎo)體側(cè)壁的橫向蝕刻（圖1）。

圖1箔片削減和高級(jí)箔片削減工藝的側(cè)向蝕刻厚度。

工作頻率為60-100GHz的毫米波結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)天線貼片和嵌入饋線的導(dǎo)體容差和角半徑。為了實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的蝕刻容差，已經(jīng)引入了幾種技術(shù)：首先是通過(guò)化學(xué)研磨減少關(guān)鍵層的基礎(chǔ)銅箔厚度。基礎(chǔ)銅箔被減少到不到18微米，這減少了蝕刻時(shí)間并改善了導(dǎo)體的幾何形狀，最大限度地減少了對(duì)導(dǎo)體側(cè)壁的蝕刻和蝕刻補(bǔ)償。第二種方法是改良的蝕刻添加劑工藝（MEAP），它能實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的容差和更高的分辨率。與鋁箔還原工藝非常相似，MEAP利用了更薄的基底銅，然而，它使用先進(jìn)的蝕刻技術(shù)，在蝕刻后產(chǎn)生極其均勻的銅幾何形狀（圖2）。

圖2標(biāo)準(zhǔn)圖案電鍍工藝和MEAP。

另一個(gè)經(jīng)常被忽視的因素是，由于更復(fù)雜的通孔結(jié)構(gòu)，額外的銅箔厚度對(duì)導(dǎo)體的幾何形狀和容差都有影響。大多數(shù)先進(jìn)的PCB結(jié)構(gòu)不僅僅包括通孔。還有盲孔、埋孔、微孔和"焊盤上的孔"（VIPPO），這些都使電鍍工藝復(fù)雜化。為了創(chuàng)造可靠的通孔，銅箔必須從電路圖案表面沿著孔壁向下電鍍，然后再回到表面。被稱為"包裹式電鍍"，銅鍍層是連續(xù)的。由于所有三個(gè)表面都是同時(shí)電鍍的，所以默認(rèn)情況下，通孔會(huì)發(fā)生包覆電鍍。盲孔和VIPPO的情況則不同。根據(jù)IPC-6012規(guī)范，面板電鍍需要滿足每個(gè)包覆電鍍周期的最小厚度為5微米（圖3）。

圖3VIPPO與包覆電鍍的對(duì)比。

在毫米波結(jié)構(gòu)中，幾乎總是有一個(gè)或多個(gè)深度的VIPPO和/或盲孔。對(duì)仿真模型的影響是，基片現(xiàn)在有一個(gè)額外的銅鍍層厚度，每個(gè)包覆周期至少5微米。額外的銅層厚度會(huì)影響導(dǎo)體的分辨率以及電氣結(jié)構(gòu)的容差。例如，增加VIPPO會(huì)增加一個(gè)包覆電鍍周期，兩個(gè)盲孔深度會(huì)增加兩個(gè)包覆電鍍周期，等等。這必須在設(shè)計(jì)過(guò)程中盡早解決。

為了保持準(zhǔn)確的尺寸容差和克服銅的厚度變化，引入了第三種工藝。這種工藝是圖案電鍍和簡(jiǎn)單的鋁箔印刷和蝕刻之間的一種混合。對(duì)于貼片天線和濾波變壓器等電路圖像來(lái)說(shuō)，其概念是簡(jiǎn)單明了的：它們?cè)诨A(chǔ)銅箔上拍照成像，通常是18微米或更薄，然后進(jìn)行蝕刻。蝕刻后的部分沒有被電鍍，具有純銅箔蝕刻

審核編輯：郭婷