混合高频多层PCB材料选择指南

混合多层PCB板材料与传统的多层PCB板材料相比，其关键特性有很大的不同。其不仅可以采用高频材料和FR4混合的多层PCB材料，也可以采用不同介电常数的高频材料混合的多层PCB材料。随着技术的发展，混合的结构也被越来越多的人所了解。同时，也为设计师和厂商带来了更多的收益和必须接受的挑战。

混合多层PCB材料的选择主要考虑如下三个因素：价格、可靠性、电特性。高频电路板的价格通常都高于FR4。有时会选用两种不同材料的组合去解决成本问题。多数情况下，多层PCB中，和电路有关的那些层是比较重要的，而其它层就显得没那么关键。在这种情况下，价格低的FR4材料就可以用在和电路无关的那些层，而价格高的高频板材用在和电路相关的那些层。

当混合多层板材料中有一种材料具有高CTE的特性时，为了提高可靠性，就必须考虑混合多层PCB了。一些高频的PTFE材料有很好的CTE特性，但是其可靠性是需要重点关注的地方。当低CTE特性的FR4和高CTE的材料一起组成多层PCB时，其合成CTE需要在可接受范围之内。

为达到更好的电特性，有些混合多层PCB材料还会包含不同介电常数的材料。比如有些耦合器和滤波器，使用不同介电常数的材料往往具有更大的优势。

虽然在RF4和高频电路板一起使用时有些兼容性的问题，但这种用法还是变得越来越多。同时，一些与制造相关的问题也需要多加注意。

混合多层材料结构中使用的高频材料和电路制造中使用的材料在制程上有很大的不同。PTFE基材的高频材料如果采用电路制造中的制程，比如转孔和PTH电镀的处理，会带来很多的问题。碳氢化合物基材的材料在使用标准FR4电路板制程时则没有太大的问题。

FR4和碳氢化合物材料的结合一般来说只存在少量的制程问题。主要体现在转孔和层压上。在这种层压的结构上转孔，通常需要采用实验设计来建立合适的进刀/速度模型。层压的问题主要是由于FR4的半固化片和高频材料的半固化片的压合曲线有很大的不同造成的。为保证板材的可靠性，当使用FR4和碳氢化合物半固化片时，有些方法可供考虑选择。方法之一是用高频半固化片代替FR4半固化片并选择合适的压合曲线。高频半固化片的价格和高频基材相比比较便宜，并且如果所有的半固化片都采用相同的材料，那么层压循环也会相对简单。如果FR4的半固化片不能替代，那就必须采用顺序层压的方式。将FR4半固化片的层压循环曲线放在第一位，高频材料的层压循环曲线放在后面。

使用FR4和高频PTFE电路材料构成混合多层PCB，通常会面临更多的挑战。但是，也会有一些例外。因为有一些种类的以PTFE为基材的材料相比其它PTFE材料，其电路制程更加简单。尽管添加了陶瓷的PTFE基材的材料在电路制程上比纯的PTFE基材的材料较少考虑电路制程，但是转孔、PTH处理和尺寸的稳定性是几个必须考虑的事项。

PTH转孔时主要考虑的是PTFE，其相比FR4来说要软一些。当转孔工具通过软硬材料的结合面时，在PTH的孔壁上，软的材料会被拉伸一定的长度。这可能会导致出现一个非常严重的可靠性问题。通常，通过实验设计和对转孔工具寿命的研究，可以获得正确的进刀和转孔速度。很多情况下，在转孔工具刚开始用的时候，这种情况并不会发生。因此，通过掌控转孔工具的寿命，可以将此问题的影响做到最小化。

两种类型材料的PTH孔的电镀处理要加以重视。Plasma循环可能需要两个不同的循环或者包含不同阶段的一个循环。FR4材料在第一个Plasma循环被处理，PTFE材料在第二个Plasma循环被处理。通常，FR4的Plasma工艺用CF4-N2-O2气体，PTFE使用氦气或者联氨气体。为提高通孔孔壁的湿溶度，建议使用氦气来处理PTFE材料。如果湿法制程备用在PTH处理中，请先用高锰酸钾处理FR4材料，然后采用钠萘处理PTFE材料。

尺寸稳定性，或者说缩放比例，也是PTFE和FR4混合材料所面临的一个问题。通过最大可能的减少PTFE材料上的机械压力，可以降低其的发生。不建议用力擦洗材料，因为会增加材料的随机机械压力。建议使用化学清理工艺，可以为后续的铜处理工艺做准备。较厚的PTFE材料，其尺寸稳定性的问题越少。添加了玻璃编织布的PTFE材料，其尺寸稳定性也会更好。

总之，由FR4和高频材料组成的混合多层PCB的生产制造会有少量的兼容性问题。但一些电路制程上的要点需要被特殊处理。