本发明涉及印刷电路板(PCB)的设计、制作
技术领域：
，具体涉及一种高频高速PCB及其制作方法。
背景技术：
：印制线路板(PCB)是电子元器件电器连接的载体，它广泛应用于各种电子产品中。目前，在PCB的制作过程中多采用FR4材料作为制作线路板的基材，之后在该基材上完成线路的制作。由于FR4材料本身的介电常数Dk和介质损耗因子Df的限制，该基材只适用于传输速率在1Gbps以下的印制电路板，但是随着电子、通信产业的飞速发展，电子信息产品不断向高频高速化方向发展，因此对PCB所用基材的性能也提出了更高的要求，即作为信号载体的基材需具有较低的介电常数和介质损耗因子。目前PCB用基材按介质损耗因子的大小，主要分为StandardLoss(Df>0.02)、MiddleLoss(0.01<Df<0.02)、LowLoss(0.006<Df<0.01)、VeryLowLoss(0.003<Df<0.006)、UltraLowLoss(Df<0.003)几类，目前，常用的高速基材树脂体系主要由聚苯醚(PPO)、氰酸树脂(CE)、碳氢化合物体系、聚四氟乙烯(PTFE)等，其中，PTFE基材的介质损耗因子最小，以该基材制作的产品，即PTFE材质PCB可以表现出优异的信号传输性能，而介质损耗因子大于PTFE基材的其他基材制作的PCB在信号传输性能方面不如PTFE材质PCB，但是这些基材均为刚性材料，与PTFE材料相比具有更好的机械加工性能。此外，PTFE基材不仅具有极低的介电常数和介质损耗因子，而且具有良好的耐高低温、耐老化和低吸水率等性能，因此，随着PCB信号传输频率及传输速率不断提高，PTFE基材能更好的适应市场需求，在PCB的应用日益增多。虽然PTFE基材表现出了优异的信号传输性能，但该基材在生产加工过程中仍存在许多局限性，具体如下：由于PTFE基材的表面能低且其表面极为光滑，使阻焊油墨与PTFE基材表面的附着力差，在加工和使用过程中极易出现掉油的问题；而由于PTFE基材硬度低，因此在机械加工(比如钻孔、外形铣削、V-CUT作业等)过程中极易产生毛刺，不仅影响产品的美观和可靠性，而且需耗费一定人工修理毛刺，降低了生产效率；此外，PTFE基材的上述性能也使得在生产加工过程中无法进行机械磨板，导致许多加工工序作业时均需采用特殊处理方式，且加工生产过程中板面容易出现压痕、变形等。技术实现要素：为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高频高速PCB，保证PCB具有优异的高速/高频传输特性、介质损耗小。本发明的第二目的在于提供一种高频高速PCB板PCB的制作方法，保证PCB具有优异的高速/高频传输特性、介质损耗小、且钻孔、外形、磨板等生产加工工艺更加容易管控，并解决阻焊层容易脱落的问题。为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种高频高速PCB，其包括至少两层刚性基材芯板、至少一层PTFE基材芯板以及至少一层FR4基材芯板，其中由下至上按照刚性基材芯板、PTFE基材芯板、FR4基材芯板、PTFE基材芯板、刚性基材芯板的顺序依次叠合而成，各芯板之间均压合有PTFE型半固化片；所述PCB主体上钻有穿透刚性基材芯板、PTFE基材芯板、FR4基材芯板的通孔。本发明所采用的刚性基材芯板为刚性低损耗基材芯板；进一步的方案中，本发明所述的低损耗刚性基材为电性能比PTFE略差的刚性材料，即材料的损耗因子略大于PTFE材料。一种高频高速PCB的制作方法，该制作方法包括以下步骤：1)开料：对PTFE基材、刚性基材和FR4覆铜板分别按照预设尺寸进行开料，以获得预设尺寸PTFE基材芯板、刚性基材芯板、FR4基材芯板；2)表面粗糙化处理：对开料后的芯板表面进行粗糙化处理以使各芯板表面形成粗糙表面；3)图形转移：在步骤2)处理后得到的各芯板板面贴覆干膜并进行图形转移以获得内层图形；4)烘板处理：对图形转移后的各芯板进行烘板处理，以释放芯板的应力并去除其中水分；5)叠板压合：对烘板处理后的各芯板进行叠板和压合处理以形成PCB基板；6)钻孔：对PCB基板进行钻孔；7)机械磨板：对钻孔后的PCB基板进行机械磨板，以去除毛刺；8)等离子：对PCB基板进行等离子处理，以去除孔内钻污；9)沉铜、电镀、图形转移处理：对机械磨板后的PCB基板进行沉铜、电镀处理，并对PCB基板外层进行图形转移，以获得外层图形；10)阻焊：对PCB基板进行阻焊前处理，并印制阻焊油墨，以在PCB基板表面形成阻焊层；11)表面处理：对PCB基板进行表面处理，以保证PCB具有良好的可焊性和电性能；12)外形加工：采用铣床或V-cut机对PCB进行外形加工，以获得具有预设形状的PCB。作为进一步的方案，上述方法中，步骤2)表面粗糙化处理的方式为水洗、磨板或微蚀。作为进一步的方案，上述方法中，步骤4)烘板处理中，温度为100-150℃，烘板时间为30-90min。作为进一步的方案，上述方法中，步骤9)阻焊前处理是在PCB的板面印刷低损耗的阻焊油墨。作为进一步的方案，该制作方法还包括在步骤3)图形转移后、步骤4)烘板处理前的对各芯板铜面进行处理步骤，处理方式为棕化处理或白化处理。相比现有技术，本发明的有益效果在于：1.本发明所述的高频高速PCB与采用纯PTFE材料制作的PCB电性能相当，可满足高速/高频信号要求，并可在一定程度上降低产品的材料成本和加工成本，提升产品的性价比；2.本发明所述的高频高速PCB采用多层不同材料叠合的芯板，相对于采用纯PTFE材料制作的PCB具有更好的机械加工性能，在成型处理时不会产生毛刺或毛边，避免加工时修理毛刺而导致的人力浪费，提升生产效率和产品品质；3.本发明所述的高频高速PCB的制作过程中，制作外层图形或阻焊前处理时无需特殊处理，省时省力；4.本发明所述的高频高速PCB整体的刚性明显提升，在成品设计时可采用桥连或V-Cut等设计，不会因PTFE材质软而在加工或搬运过程造成板损而报废；5.通过本发明的制作方法获得的高频高速PCB外层采用刚性低损耗芯板材料，并搭配低损耗阻焊油墨使用，其电性能与外层采用PTFE材料相接近，但不存在PTFE材料与阻焊层附着力差，易出现阻焊层脱落的问题。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。附图说明图1为本发明具体实施例的高频高速PCB结构示意图；其中，各附图标记为：101、刚性低损耗基材芯板；102、PTFE基材芯板；103、FR4基材芯板。具体实施方式本发明所述的一种高频高速PCB，其包括至少两层刚性基材芯板、至少一层PTFE基材芯板以及至少一层FR4基材芯板，由下至上按照刚性基材芯板、PTFE基材芯板、FR4基材芯板、PTFE基材芯板、刚性基材芯板的顺序依次叠合而成，各芯板之间均压合有PTFE型半固化片；所述PCB板主体上钻有穿透刚性基材芯板、PTFE基材芯板、FR4基材芯板的通孔。本发明所采用的刚性基材芯板为刚性低损耗基材芯板；进一步的方案中，本发明所述的低损耗刚性基材为电性能比PTFE略差的刚性材料，即材料的损耗因子略大于PTFE材料。本发明所述的高频高速PCB中芯板的层数需大于或等于8层，最高层数没有限定，可以根据需要进行调整，但需要限定PCB中最外层为刚性低损耗基材芯板，以保证PCB的刚性。参见图1，在本发明的具体实施例中，以具有10层结构的高频高速PCB为例，其叠层结构可参见表1，其中，PCB的顶层信号层(Layer1)和底层信号层(Layer10)均采用低损耗的刚性基材芯板101，该低损耗刚性基材采用介质损耗因子Df≤0.020的所有可用于PCB中除了PTFE材质以外的其他PCB基材，这些低损耗刚性基材较PTFE基材具有更好的刚性，在机械加工方面表现良好，而其电性能(主要表现在基材的介质损耗因子上)较PTFE基材稍弱；为了保证PCB的信号传输性能，本实施例中的PCB的内层信号层(Layer3-4、Layer7-8)均采用PTFE基材芯板102，而PCB内层的电源层(Layer5)和接地层(Layer6)则采用FR4覆铜板103即可，如此，上述具有10层结构的PCB由于其内层采用了PTFE基材，而外层采用的低损耗刚性基材的电性能较PTFE基材的稍弱，但其具有良好的刚性，在机械加工方面表现良好，因此，采用上述结构的PCB可以在保证信号传输性能的同时提升PCB的整体刚性，使其在机械加工和机械磨板过程中，不易产生毛刺、压痕或变形等的问题，从而节约人工成本，并大大提高生产效率和提升产品品质。此外，本实施例中将采用FR4覆铜板的电源层和接地层设置在PCB内层中，由于FR4覆铜板本身具有很好的刚性，因此可与外层刚性基材结合，进一步提升PCB整体的机械加工性能，并节约成本。表1SM低损耗阻焊油墨Layer1信号层1CORE(lowloss刚性材料)Layer2GNDPREPREG(PTFE)Layer3信号层2CORE(PTFE)Layer4信号层3PREPREG(PTFE)Layer5PowerCORE(普通FR4材料)Layer6GNDPREPREG(PTFE)Layer7信号层4CORE(PTFE)Layer8信号层5PREPREG(PTFE)Layer9GNDCORE(lowloss刚性材料)Layer10信号层6SM低损耗阻焊油墨而对于PCB外层信号层，即PCB的顶层信号层和底层信号层基材的选择，在保证PCB具有一定刚性，以利于机械加工后，为了进一步提高PCB的信号传输性能，以外层信号层所选用基材的电性能(主要为介质损耗因子)与PTFE基材越接近为佳。具体的，本实施例中PCB的内层信号层所采用的PTFE基材可以选用Rogers公司的RO3000系列、RT5880，Taconic公司的TLX系列、TLY系列、RF系列、EZIO系列，Arlon公司的AD350D、AD450等产品，而外层信号层所采用的低损耗刚性基材则是介质损耗因子则与PTFE基材接近且具有一定刚性的材料，如松下公司的Megtron7、Isola公司的Tachyon100G、台燿公司的TU-933、Park公司的Meteorwave3000和Meteorwave4000等产品，而内层电源层和接地层则采用普通FR4覆铜板即可，从而可以同时提升PCB整体的信号传输性能和机械加工性能。本发明所述的PCB随着其刚性的提升，在后续的桥连、V-Cut等工艺中，可以保证PCB的机械加工性能，从而避免PCB的断裂、弯曲等板损问题。进一步的，为了使低损耗刚性基材的电性能尽量与PTFE基材接近，还可以使外层信号层中的低损耗刚性基材与低轮廓铜箔(如HVLP)搭配；此外，还可以使阻焊层采用低损耗的阻焊油墨，该低损耗的阻焊油墨不仅可以降低外层信号层的信号损耗，使其电性能接近PTFE基材，而且还可以增强阻焊油墨与外层信号层的附着力，减少或避免PCB在加工和使用过程中的掉油问题。考虑玻纤布编织效应在PCB传输信号频率高达数GHz时对PCB电气性能的影响，因此，为了避免外层信号层采用低损耗刚性基材时有可能出现的玻纤布编织效应，低损耗刚性基材可与扁平玻纤布结合使用，或者采用两张以上的玻纤配本结构的芯板材料一种高频高速PCB的制作方法，该制作方法包括以下步骤：1)开料：对PTFE基材、刚性基材和FR4覆铜板分别按照预设尺寸进行开料，以获得预设尺寸PTFE基材芯板、刚性基材芯板、FR4基材芯板；2)表面粗糙化处理：对开料后的芯板表面进行粗糙化处理以使各芯板表面形成粗糙表面；3)图形转移：在步骤2)处理后得到的各芯板板面贴覆干膜并进行图形转移获得内层图形；4)烘板处理：对图形转移后的各芯板进行烘板处理，以释放芯板的应力并去除其中水分；5)叠板压合：对烘板处理后的各芯板进行叠板和压合处理以形成PCB基板；6)钻孔：对PCB基板进行钻孔；7)机械磨板：对钻孔后的PCB基板进行机械磨板，以去除毛刺；8)等离子：对PCB基板进行等离子处理，以去除孔内钻污；9)沉铜、电镀、图形转移处理：对机械磨板后的PCB基板进行沉铜、电镀处理，并经贴膜、曝光、蚀刻等处理获得外层图形；10)阻焊前处理：对PCB基板进行阻焊前处理，以在PCB基板表面形成阻焊层；该步骤中，通过在PCB表面印刷低损耗的阻焊油墨，可以增强PCB的电性能。11)外形加工：采用铣床或V-cut机对PCB进行外形加工，以获得具有预设形状的PCB。该步骤中，可采用常规铣刀、盖板等工具进行加工，无需使用特别的辅料，并可有效避免PTFE材料的PCB在外形加工中的毛刺问题。作为进一步的方案，上述方法中，步骤2)表面粗糙化处理的方式可为磨板或微蚀。其中PTFE材料由于材质较软，表面粗糙化处理的理想方式是采用微蚀的方式进行处理。在本发明所述的制作方法中，烘板参数需根据具体工艺和基材做调整。作为进一步的方案，上述方法中，步骤5)烘板处理中，温度为100-150℃，烘板时间为30-90min。优选的烘板时间为90分钟，烘板温度为120℃。作为进一步的方案，该制作方法还包括在步骤3)图形转移后、步骤4)烘板处理前的对各芯板铜面进行处理步骤，处理方式为棕化处理或白化处理。以增强压合后的各芯板之间的结合力。作为进一步的方案，上述方法中，步骤10)阻焊前处理是在PCB的板面印刷低损耗的阻焊油墨。其中普通阻焊油墨与低损耗的阻焊油墨的区别参见表2。表2介电常数@1GHz损耗因子@1GHz普通阻焊油墨3.6～4>0.02低损耗阻焊油墨3.2～3.60.01～0.02步骤3)中由于低损耗刚性材料、FR4材料及PTFE材料的涨缩性能差异，理想的方法是在进行图形转移前，根据低损耗刚性材料、FR4材料及PTFE材料的特性对各层图形文件进行预放，三种芯板的预放系数需区别对待。其中，三种材料的预放系数参见表3。表3在本发明所述的制作方法中，PCB在叠板过程中将FR4基材芯板放在了PCB的中间层，而低损耗刚性芯板放在了PCB的外层，因此，可以减小在叠板和压合的操作工程中偏位的产生，以提高多层板之间的对位精度，并可以改善PCB的翘曲性能。在本发明所述的制作方法中，钻孔时采用的钻孔参数可参照常规的PTFE材质PCB的钻孔参数，以获得良好的孔壁质量，当然也可以根据实际情况，对钻孔参数进行一定的优化，以提高钻孔质量和效率。由于本发明PCB外层采用了低损耗刚性基材，因此可以提升PCB基板的刚性，以使本步骤中的机械磨板工艺在不影响PCB基板的尺寸的前提下，可以有效去除钻孔处的毛刺、披锋等，并对孔内进行清洁。同时，可以有效避免外形加工过程中的板边毛刺问题。上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。当前第1页1 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