【经验】微波PCB印制板选用，结构设计，微带线制造特性阻抗加工经验

时间： 2019-09-08 来源：鸿运通

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通信业的快速进步，使原有的民用通信频段显得非常的拥挤，某些原军事用途的高频通信，部分频段从21世纪开始，逐渐让位给民用，使得民用高频通信获得了超常规的速度发展。高频微波PCB印制板的应用也越来越广泛，如何选择合适的微波PCB印制板和相关设计尤其重要，有着十多年加工高频微波PCB印制板鸿运通小编为你分享一些自己的经验。

1. 微波印制板选用之一

微波高频介质板的选用中通常应当考虑的因素包括：电性能，温度稳定性，频率稳定性和热膨胀系数（CTE）。

1) 电性能。通常，实现相同的功能，用高介电常数的材料可以使电路做得更小。

2) 温度稳定性。温度稳定性是指介电常数随温度变化的稳定程度。在设计对温度变化较为敏感的电路如：带通滤波器，压控振荡器及天线时，随温度变化较大的材料会带来许多问题。

3) 频率稳定性。频率稳定性是指介电常数随频率变化的程度。该项指标是根据IPC-650 2.5.5.5.1 , 在500MHZ到 10GHZ范围内测量的。

4) 热膨胀系数。热膨胀系数是衡量材料随温度变化的机械特性。IPC-TM-650 2.4.24.规定了板材的CTE的测量方法。

2. 微波印制板选用之二

1) 铜箔种类及厚度选择。目前最常用的铜箔厚度有35μm和18μm两种。

2) 孔适应性选择。一是孔化与否对基材选择的影响，对于要求通孔金属化的微波板，基材Z轴热膨胀系数越大，意味着在高低温冲击下，金属化孔断裂的可能性越大，因而在满足介电性能的前提下，应尽可能选择Z轴热膨胀系数小的基材；二是湿度对基材板选择的影响，基材树脂本身吸水性很小，但加入增强材料后，其整体的吸水性增大，在高湿环境下使用时会对介电性能产生影响，因而选材时应选择吸水性小的基材，或采取结构工艺上的措施进行保护。

3) 可加工性选择。随着设计要求的不断提升，一些微波印制板基材带有铝衬板。此类带有铝衬基材的出现给制造加工带来了额外的压力，图形制作过程复杂化，外形加工复杂化，生产周期加长，因而在可用可不用的情况下，尽量不采用带铝衬板的基材。

3. 结构设计问题

由于微波板的外形越来越复杂，而且尺寸精度要求高，同品种的生产数量很大，必须要应用数控铣加工技术。因而在进行微波板设计时应充分考虑到数控加工的特点，所有加工处的内角都应设计成为圆角，以便于一次加工成形。

微波板的结构设计也不应追求过高的精度，因为非金属材料的尺寸变形倾向较大，不能以金属零件的加工精度来要求微波板。

外形的高精度要求,在很大程度上可能是因为顾及当微带线与外形相接的情况下,外形偏差会影响微带线长度,从而影响微波性能。

实际上，参照国外的规范设计，微带线端距板边应保留0.2mm的空隙，这样即可避免外形加工偏差的影响。

4. 微带线制造特性阻抗问题

Z0 = （ 87 / Öεr +1.41 ）l n [ 5.98 H / （0.8W+T）]

式中：εr－介电常数；

H : 电介质层厚度（mm）；

W : 印制导线宽度（mm）；

T : 印制导线厚度（mm）。

对于单、双面微带图形制造而言，在高频基材选定后，特性阻抗仅与导线宽度有关。而对于微波多层印制板的制造，特性阻抗在与导线制作精度密切相关的同时，也受层间介质厚度及均匀性的影响。

当选定微波板基板材料后，介电常数εr变化是极小的（对如美国ROGERS公司提供之产品而言），介质厚度（H）之变化也是很小的，至于导线厚度也是容易控制的（铜箔厚度35μm或18μm）。

但导线宽度（W）的控制即使允许变化+10%（按照IPC-HF-318A “微波印制板成品检验和实验规范”标准，规定微带线侧蚀每边不得超过板面总铜箔厚度，或线宽的10%，取二者当中较小的值。），有时也是很难控制的。

这里既有模版光绘制作、图形转移和图形蚀刻等所带来的线宽问题，又有导线上缺陷（缺口、凸出、针孔和凹陷等）问题。

导线的缺陷会改变导线的截面积，或者说会改变导线的宽度和厚度（特别是导线宽度）尺寸。其结果，使有缺陷处的特性阻抗值不同于完整导线处的特性阻抗值，将造成缺陷处的不同电压信号（或信号反射），最终可能导致信号传输的失真。

因此，对于高频信号的传输线，不仅对导线的整体长度上宽度和厚度有严格的控制，而且对导线整体长度上的缺陷也必须加以严格控制，才能产生出合格的或规定的Z0值的信号传输线来。

对于信号传输线的缺陷之控制，主要是：

（1）工作室的净化控制；

（2）曝光底片的保管于维护；

（3）铜箔的表面处理；

（4）显影和蚀刻的操作。

因此，从某种意义上来看，制造生产信号传输线的微波印制板，实质上是如何加工出理想或完善导线宽度的问题。从另外一种角度而言，利用导线宽度的调整，是改变和控制特性阻抗Z0值的最有效和最重要的方法。

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