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印制微波组件的研制工艺

微波技术的飞快发展，研制新型的微波器件，使微波系统小型化、轻量化、节能化、高可靠性的重要途径。现已被广泛应用在航天、航空、雷达、通讯、仪表等领域。印制微波组件的研制工艺思路，是根据微波组件的技术要求提出的，而也是从军事技术应用而引发的。

　　 一． 组件基材的选择

　　 根据技术性能的要求，通过反复论证，决定采用聚四氟乙烯（F-4）作基材。该基材是一种含氟 的有机塑料，是属于热塑性材料。它的分子结构是对称的，有强的主价键和次价键，具有优异的电气性能。其介质损耗低（tgδ10－4）、介质常数小（2.1左右）。频率范围-1000MC，在-180－310℃下，有很高的绝缘电阻和抗电强度。而且该材料不吸潮，在高湿度条件下，表面电阻无明显变化。就是电孤发生后，也无导电残余物，表面电阻也不下降。

　　 F-4基材有极好的化学稳定性，对任何化学药品及有机溶剂稳定，长期在空气中不老化。它的耐热性能好，能在250℃下长期使用、在310℃能短期使用，低温性能也好，在-269℃条件下其材料使用时不会发脆。

　　 无论电气性能、化学性能等比较理想的制作微波组件的基材。

　　 二．印制组件导体的形成

　　 选择聚四氟乙烯作为微波组件的基材尽管有许多优点，但比较有难度的是如何在其表面覆压铜箔（当然现在有覆铜箔层压材料）。为更好的掌握微波组件制件的工艺特性，决定选择无铜箔基材。成本比较低。但是，此种有机材料表面具有饨性，就很难与金属层牢固结合。要在基体表面形成导体层，就必须首先解决表面所要形成电路导体的基础即金属层。所以，要采用法化学沉积工艺，则必须对该材料的表面进行活化处理。根据此种材料的工艺特性，需采用钠-氨络合物、钠-荼络合物的活化处理，然后者 能进行化学镀铜，再使用电镀工艺加厚镀铜，这样的工艺方法，才能获得较强的表面与金属铜层结合力。但这种处理非常麻烦、操作也很复杂，而且活化后的表面比较粗糙、铜层的光泽度也较差。

　　 通过对比，最后选择覆铜箔法，即经过层压机进行热压制成覆铜箔板。要获得比较理想的剥离强度，就必须更好的选择可实用的粘合剂。经热压后进行表面处理，根据设计要求，利用图像转移工艺制造出合格的、高精度的印制组件，最后利用化学方法制成符合公差要求的微波组件。

　　 三．选择粘合剂

　　 聚四氟乙烯采用何种类型的粘合剂才能确保热压制后覆铜箔板的剥离强度。经过研究从工艺角度分析，采用聚全氟乙丙烯（即四氟乙烯六氟丙烯共聚物，牌号F-46）为粘合剂比较适合。原因是因为它的许多性能与F-4相接近，而且熔点比F-4低，非常符合工艺和使用技术要求。

　　 四．铜箔的氧化处理

　　 从多年制作多层板的经验，要想提高基材表面与铜箔的结合强度，必须对铜箔进行转化膜的处理，以增加面积的表面比，提高其剥离强度。因为剥离强度的大小除控制层压工艺条件外，还决定于铜箔表面的处理方法。于是决定采用氧化处理工艺。工艺方法如下：

　　 铜导体的化学氧化处理后，表面形成一层薄而致密的、与在基体结合牢固的氧化膜，膜层厚度为0.5－2μm。根据氧化工艺的不同，氧化膜的组成可以是氧化铜（CuO）为黑色、氧化亚铜（Cu2O）为红色或它们的混合物。如氧化层中氧化亚铜为主则为红棕色,否则为黑色氧化膜.。由于二者的结构不同。氧化可以呈现出不同的颜色，即黑色氧化膜和棕色氧化膜。黑色氧化膜是树枝状晶体或针状晶体，突出铜表面，热压时，粘合剂受热熔化，流入晶体形成一个很强的机械结构。而红色棕色氧化膜为均匀的粒状结构，热压时也应构成一个很强的结构。
根有关资料介绍两种结构受热断裂情况不同，树枝状的黑色氧化膜受热易断裂，而粒状晶体的红色氧化膜，受热后不易断裂，粘合力强。现用的配方：

　　 1．碱式碳酸铜 124克
氨水 （NH4OH ，25%） 364毫克
去离子水 1升
溶液温度 15 ～ 30℃
氧化时间 15 ～ 20min

　　 经过处理过的内层导体，再用草酸溶液，在溶液温度60～70℃下处理3-5分钟，冲洗后进行粗化处理（溶液为过硫酸铵180－200g/L、硫酸10ml/L，室温，处理时间1-2分钟，冲洗干净后就可以进行氧化处理（也可采用氢氧化钠溶液电化学氧化处理）。

　　 2． 配制方法：将计量好的碱式碳酸铜与氨水混合后，放置在比较密闭容器内，最好放置24小时，使其反应完全。使用时加水至规定体积搅拌均匀即可用。

　　 3．氧化后的质量控制：经过氧化处理的铜箔必须严格地进行有效的控制。因为经过氧化的铜箔存放不当，在压制会导致氧化膜脱落，使剥离强度明显下降。其主要原因是由于在潮湿的空气中，氧化膜受化学腐蚀和电化学腐蚀造成的。为防止氧化膜脱落现象发生，应将刚氧化的铜箔在专用烘箱内烤干，放在容器内或塑料袋中，加干燥剂，严格的密封，隔绝与空气的接触。

　　 五．压制质量的控制

　　 根据该种类型材料的工艺特性，如何确保压制后的剥离强度，其压制温度的控制却是很重要的、也是压制的关键所在。从压制材料分析，F-4材料当将温度加到320～327℃时，材料开始变相，变成透明的无定状态，加热到400℃时，基材开始分解为有毒的气态单质，它不仅污染作业环境，而且经热压出来的半成品的板会产生气泡、皱纹等缺陷。当使用较低的温度时，铜箔与板基材的结合力差。因此，应根据所选择的基材的物理和化学性质来决定压制温度，因为所采用的条件不同，要选择 适当的压制温度，需要进行试验来确定压制的工艺参数。

　　 六．覆铜箔板厚度的控制

　　 所采用的基体材料的物理性质，需要特别要注意控制，因为该材料在热压条件下，材料形成流动的液体状态，如采用一般的压制工艺方法是无法控制板的最终厚度的变化。为此，需要在模具结构上进行改装，使适应压制后材料在流动状态下的变化，除改造模具结构外，还要注意装料的几何尺寸。如F-4板下料的尺寸过大，热压时多余的料流不出去，就会导致板的厚度加大；反则如F-4尺寸过小，还会造成板的靠边处理厚度不足。

　　 七．基板尺寸稳定性的控制

　　 该材料和导体材料-铜箔热膨胀系数是相差10倍，在压制过程中，会产生较大的应力。当压制完成后，经过图像转移，经化学腐蚀后，使局部的应力释放，导致图形尺寸产生收缩，制作的产品只能报废。此外，因为涉及的工序比较多，经过多次受热处理，使组件收缩加大，，其收缩率达到2－4%，会严重影响使用。为此，需经过一系列的工艺试验，模索收缩后尺寸变化规律，最后采取对底片的尺寸加大的办法解决之

　　 八．效果：

　　 通过多次工艺试验，制作的组件基本上满足设计技术要求。该微波组件表面平整、线条边缘整齐、尺寸结构准确。导体对基体的剥离强度达到0.8-1.3kg/cm2，厚度公差为±0.02mm，经反复焊接无分层起泡等现象。