在過去十年中，商業、工業、物聯網、無線連接和一系列汽車雷達的應用已經發展到了毫米波（24-100GHz）。毫米波應用的這種快速增長創造了對帶有毫米波電路的多層印制電路板（PCB）的需求。向毫米波的過渡給印制電路行業帶來了許多挑戰，主要是導體的幾何形狀和材料，因為較短的波長縮小了特征尺寸，放大了PCB制造過程中固有的相對容差。

控制生產成本可能是一項復雜的工程挑戰。成本必須從一開始就被納入電氣設計中，因為材料、基材結構和PCB技術都是在這里確定的。像所有好的工程一樣，目標是設計一個滿足所有性能要求的產品，并有較高的產量，考慮到所有材料和制造容差，結果是在成本和性能之間進行平衡。

最后，在毫米波頻率下，將信號傳導到不同的層是一個難題。關于材料特性和制造方面的難題，我們展示了一個為毫米波PCB應用形成各種通孔結構的例子。我們介紹了一種簡化通孔形成的表面安裝交叉組件，它有幾個額外的優點：它有利于快速改變結構，將信號傳導到不同的層，解決對電氣性能的影響。

PCB制造的挑戰

毫米波的波長與PCB的幾何尺寸是同一數量級的。成本是另一個增加設計復雜性的因素，因為許多新的毫米波產品是用于消費類應用，其基材生產量從幾萬到幾百萬件不等。

在其最簡單的形式中，印制電路是使用照片成像和化學蝕刻工藝制造的。這是通過在銅箔層壓板或多層層壓板上鉆電路孔實現的。鉆孔后，面板被電鍍，在鉆孔和表面上形成銅層，大約有50微米的厚度。接下來，在表面涂上光阻劑，通過光罩用紫外線照射成像，并進行顯影，以暴露出不需要的銅。暴露的銅被化學蝕刻，留下一個成品電路。

蝕刻到電介質也會橫向蝕刻到導體的側面，使該工藝一般不適合射頻/微波應用。電鍍銅和基片都必須被蝕刻以形成導體，從而導致不良的幾何形狀和不太理想的導體容差。

為了克服面板電鍍的問題，大多數電路的制作采用了"圖案電鍍工藝"。不對整個面板表面進行電鍍，而是在基礎銅箔上施加光阻。然后，使用光罩或激光直接成像，將電路圖案轉移到抗蝕劑涂層的面板上。在成像和顯影之后，基底銅箔上暴露的區域將被電鍍，形成一個電路圖案，銅也在鉆孔中。為了保護電路圖案和孔壁不受最后的蝕刻影響，錫被鍍在電路圖案的上面。接下來，光阻劑被剝離，背景銅箔被蝕刻，接著是錫條，產生一個成品電路。與面板電鍍相比，圖案電鍍工藝提供了更好的幾何形狀和更嚴格的容差，因為只有底層箔需要進行化學蝕刻，最大限度地減少了改變導體側壁的橫向蝕刻（圖1）。

圖1箔片削減和高級箔片削減工藝的側向蝕刻厚度。

工作頻率為60-100GHz的毫米波結構需要改進天線貼片和嵌入饋線的導體容差和角半徑。為了實現更嚴格的蝕刻容差，已經引入了幾種技術：首先是通過化學研磨減少關鍵層的基礎銅箔厚度?；A銅箔被減少到不到18微米，這減少了蝕刻時間并改善了導體的幾何形狀，最大限度地減少了對導體側壁的蝕刻和蝕刻補償。第二種方法是改良的蝕刻添加劑工藝（MEAP），它能實現更嚴格的容差和更高的分辨率。與鋁箔還原工藝非常相似，MEAP利用了更薄的基底銅，然而，它使用先進的蝕刻技術，在蝕刻后產生極其均勻的銅幾何形狀（圖2）。

圖2標準圖案電鍍工藝和MEAP。

另一個經常被忽視的因素是，由于更復雜的通孔結構，額外的銅箔厚度對導體的幾何形狀和容差都有影響。大多數先進的PCB結構不僅僅包括通孔。還有盲孔、埋孔、微孔和"焊盤上的孔"（VIPPO），這些都使電鍍工藝復雜化。為了創造可靠的通孔，銅箔必須從電路圖案表面沿著孔壁向下電鍍，然后再回到表面。被稱為"包裹式電鍍"，銅鍍層是連續的。由于所有三個表面都是同時電鍍的，所以默認情況下，通孔會發生包覆電鍍。盲孔和VIPPO的情況則不同。根據IPC-6012規范，面板電鍍需要滿足每個包覆電鍍周期的最小厚度為5微米（圖3）。

圖3VIPPO與包覆電鍍的對比。

在毫米波結構中，幾乎總是有一個或多個深度的VIPPO和/或盲孔。對仿真模型的影響是，基片現在有一個額外的銅鍍層厚度，每個包覆周期至少5微米。額外的銅層厚度會影響導體的分辨率以及電氣結構的容差。例如，增加VIPPO會增加一個包覆電鍍周期，兩個盲孔深度會增加兩個包覆電鍍周期，等等。這必須在設計過程中盡早解決。

為了保持準確的尺寸容差和克服銅的厚度變化，引入了第三種工藝。這種工藝是圖案電鍍和簡單的鋁箔印刷和蝕刻之間的一種混合。對于貼片天線和濾波變壓器等電路圖像來說，其概念是簡單明了的：它們在基礎銅箔上拍照成像，通常是18微米或更薄，然后進行蝕刻。蝕刻后的部分沒有被電鍍，具有純銅箔蝕刻

審核編輯：郭婷