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电路板厂5G应用的PCB板电镀过孔性能评估（上）

文章来源：作者：梁波静查看手机网址

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人气：3148发布日期：2019-05-13 03:26【大中小】

5G无线网络因覆盖了较宽的频带，对工作于毫米波频率下5G电路的线路板材料提出了特殊的要求。本文探讨了用于PCB材料顶层铜箔与底层铜箔之间传输信号的金属化过孔内壁的表面粗糙度对材料的最终射频性能的影响。

第五代无线网络被誉为是实现现代通信的最重要的技术成就之一，5G技术既使用低于6GHz的信号频率，也有用于短距离回传，高速数据链路的毫米波频率。在如此宽频率范围内的电路需要使用特殊的线路板材料，而罗杰斯公司的RO4730G3™电路板材料就成为许多电路设计工程师的选择，因为它具有从射频到毫米波频率的出色性能。然而，这种层压板材料与传统的电路材料的存在一个差别是材料使用了中空微球作为介质的填充材料，这个差异引起了一些电路板厂设计者的担忧。

由于微球的存在，电路加工结构的外观——例如从一个导电层到另一个导电层的金属化过孔（PTH）——看起来比没有采用这种特殊介质填料的传统的线路板材料，制作形成的金属化过孔要更加粗糙。可能看起来是这样的，又或者是有什么其他的担忧，毕竟因为采用中空微球填料的线路板在做金属化过孔时孔壁非常的粗糙。

但一系列的研究表明，无论是在射频频率下，还是对5G无线网络的毫米波频率下，中空微球填料对金属化过孔的影响纯粹是表面外观上的，它并不会影响电路的性能或金属化过孔的可靠性。

比较不同的金属化过孔

所有电路金属化过孔的孔壁表面的纹理均会有不同的细微区别，即使在比较同一电路板的孔壁表面的粗糙度时也是如此。由于钻孔过程涉及多个因素，金属化过孔的孔壁表面会因孔而异。在具有微球填料的材料中，钻头可能会影响微球填料，也可能不会，从而导致了差异的产生。

当钻头撞击并破碎空心球体时，该过孔的铜镀层将沿着破碎的球体的轮廓生长，孔壁表面将不再光滑和平坦。图1显示了电路线路板中微球填料的存在如何影响该电路材料形成金属化过孔时导致的表面粗糙度的增加。我们很自然地会质疑，与金属化过孔更光滑表面的传统电路材料相比，这种粗糙度是否会导致电路的电气性能或可靠性方面产生不良影响。

随着5G无线网络中宽频率范围的高频电路材料的需求日益增长，了解具有空心微球填料的线路板材料中金属化过孔表面粗糙度是否对电路性能有影响是非常有意义的，因为传统的线路板材料中没有这种填料。

通过一系列的研究，比较了来自罗杰斯公司的具有玻璃增强和微球填料的20.7mil厚的RO4730G3™线路板材料和没有玻璃增强、具有更小且非空心填料的20mil厚的RO3003G2材料上过孔孔壁的不同是否会带来影响。为了测试孔壁表面粗糙度是否有影响，我们开发了许多不同的测试电路来比较线路板上的金属化过孔在5G宽的频率范围的情况。

测试电路都基于微带传输线结构，在电路中间有一个通孔，用作从介质基板材料的顶部铜层到底部铜层的导体和信号过渡。测试电路的长度基本都为2英寸左右。我们也使用了其他的一些高频传输线技术作为参考，来评估金属化过孔孔壁表面粗糙度是否存在影响，包括没有信号通孔的8英寸和2英寸长的微带电路，以及8英寸和2英寸长的没有通孔的接地共面波导（GCPW）电路。

为了确保测量时的一致性，测试使用了相同的两个2.4毫米的同轴连接器用于所有电路的测试。且测试连接器总是以同样的方式连接到VNA的测试端口，以保持相位一致性。

习惯于研究如图1所示的印刷电路板（PCB）显微图像的设计人员可能会担心金属化过孔的粗糙度会带来影响，尤其是在5G电路的高频频率下。一般来说，对于不使用微球填充的传统高频电路材料来说，粗糙的孔壁表面可能意味着在制造过程中出现了某些问题，并可能会影响到过孔的可靠性。

但对于空心微球填充的电路材料，形成表面粗糙的金属化过孔是正常的，这并不代表其性能差。为了证明这种电路材料中的粗糙的金属化过孔不会影响过孔可靠性和电性能，我们将新材料（较粗糙的金属化过孔）与更传统的电路材料（更光滑的金属化过孔）进行研究比较，来消除将这种材料用于5G无线网络电路设计和其它任何应用到毫米波频率范围的电路产生的任何疑虑。

图1. 与没有微球填料的电路材料相比，使用空心微球填料的RO4730G3电路材料可能形成粗糙孔壁表面的金属化过孔。

我们在评估金属化过孔及其孔壁表面对高频电路性能的影响之前，对RO4730G3电路板及其微球填料进行了广泛的评估，以充分了解它们在不同工作条件下的特性。进行了包括10层高加速热冲击（HATS）/ 金属化过孔（PTH）可靠性、双面PTH可靠性、双面PTH-PTH导电阳极丝（CAF）电阻、平面-平面CAF电阻、MOT和表面–表面贴装（SMT）测试、绝缘电阻，金属化过孔质量等一系列的材料测试研究。

所有测试表明，材料及其微球填料在行业标准测试条件下毫无问题地通过了这些测试。

本文的重点是介绍在射频、微波和毫米波频率下使用该材料是否可能产生的问题。

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