【無線射頻工藝】-精巧的雕刻機加速樣品電路板的開發(fā)

1/1精巧的雕刻機加速樣品電路板的開發(fā)一套便攜式的電路板雕刻機能夠在15分鐘以內(nèi)將一張覆銅板變成工作電路

桌面型電路板雕刻機的進展已經(jīng)使得機械式印制電路板加工變得更快，更平安，更便捷。各種具有特別應(yīng)用的樣品板制作已經(jīng)成為可能。獨特的氣動系統(tǒng)使得切割過程的掌握更加精確，基材不易受損；這樣就使得在高敏感的PTFE基材上加工，比如RT/duroid，成為可能。

現(xiàn)代電路板雕刻機能夠加工的線路線寬可以精細(xì)到100m。這些機器通常能夠達(dá)到5m以下的重復(fù)精度，以保證細(xì)距結(jié)構(gòu)和高密度板的制作。另外一個重要的進展是，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到100000rpm的三相可調(diào)速電機的應(yīng)用。在如此高的轉(zhuǎn)速之下，切割工具的壽命得到了延長，更高的幾何精度成為可能。

這種精致的雕刻機（圖1）能夠在任何高頻電子試驗室或者制造工廠中使用。盡管它一開頭只是為單層板設(shè)計的，現(xiàn)在它已經(jīng)能夠在層壓設(shè)備和孔化設(shè)備關(guān)心下，制作多層板。一般而言，制作四層板或六層板只需要幾個小時的時間。

圖1精致的桌面型電路板雕刻機能夠在PTFE基底的覆銅板上，高精度，高重復(fù)精度，快速精確?????的制作樣品電路。

獲得先機

對于射頻無線通訊行業(yè)，上市周期和設(shè)計的完整性是特別關(guān)鍵的因素。對于那些盼望快速有效的供應(yīng)客戶解決方案的公司來說，這類桌面型的電路板雕刻系統(tǒng)使他們贏得先機。比起外發(fā)生產(chǎn)，利用機械銑的方式自行制作電路板，不僅能夠避開接觸有害的化學(xué)藥品，還能夠愛護學(xué)問產(chǎn)權(quán)不受侵害。那么和化學(xué)蝕刻的方式相比，銑制的電路究竟有多好呢？哪一個方案的結(jié)果更與最初計算機幫助設(shè)計(CAD)的結(jié)果接近呢？與蝕刻法相比，銑制樣品的復(fù)制效果怎樣？為了能夠?qū)@兩種方法的優(yōu)劣做一個準(zhǔn)確的比較，我們以同樣的材料（Rogers公司的0.5mm層壓4350基材，1盎司銅鉑的覆銅板），分別利用這兩種方法制作了微帶帶通濾波器樣品板。這個帶通濾波器采納了四極Butterworth設(shè)計，總帶寬400MHz，其中百分之八集中在5.25GHz。這種濾波器特別適用于國家信息基礎(chǔ)建設(shè)（NII）用接收機（Rxs）。隨著2.4GHz波段無繩電話和無線局域網(wǎng)絡(luò)的進展，5.2GHz和5.7GHz波段被認(rèn)為是下一代短距離通訊的中心波段。

圖2我們選擇了一個用于無線通訊的5.2GHz波段四極帶通濾波器來比較機械銑制和化學(xué)蝕刻在制作樣品電路板時的優(yōu)劣。

來自Eagleware(Norcross,GA)的M/FILTER以及Superstar線性分析程序被用來做設(shè)計和模擬。我們選擇了半波疊加傳輸線元件，由于它們不要求打過孔接地。來自M/FILTER的分析數(shù)據(jù)估計該設(shè)計的中心頻率在5.2GHz，帶通范圍內(nèi)插入損耗小于2dB，回?fù)p為30dB。

圖3這個濾波器的響應(yīng)分析使用了M/FILTER。

我們用兩種工藝，分別制作了濾波器（圖4），并對結(jié)果進行了測量。實測結(jié)果顯示，第一中心頻率比設(shè)計中心頻率高了250MHz。盡管比預(yù)期的還要大，但是并不影響對兩種方法的比較。假如對設(shè)計的尺寸以及插入損耗進行限制，這類濾波器的rejection特性就會變得越明顯。印刷諧振器的Unloaded質(zhì)量因子（Q）小于100。

圖4使用了M/FILTER中的設(shè)計圖，分別用機械銑制和化學(xué)蝕刻方法制作了濾波器。

因此，假如定義一個小于10％的3-dB的帶寬，結(jié)果就會有超過3-dB的插入損耗。實際測量使用了來自Agilent技術(shù)公司（SantaRosa,CA)的型號為8720C的自動向量網(wǎng)絡(luò)分析儀（VNA）（圖5）。

圖5機械方法和化學(xué)方法得到的電路板的測量值比較。

銑制電路的中心頻率更接近電腦猜測值，而蝕刻電路的則略顯高了一些。實際上，用兩種方法得到的電路在表面上看并沒有明顯的差別。不過從顯微鏡下面觀看，我們可以發(fā)覺，銑制電路和實際設(shè)計的偏差在+0.5to+1.0mil，而蝕刻電路在+2.0to+5.0mil之間。

銑制電路（圖6a）與原始設(shè)計圖符合得更好，所銑的線路更為方正，外形與電磁(EM)CAD的定義符合的更好。相較而言，蝕刻工藝得到的線路邊緣更為圓滑（圖6b）。對全部樣品，濾波器的帶寬都在規(guī)定的范圍內(nèi)，但是插入損耗（定義約在2dB）都比預(yù)期的大：銑制的為5dB，蝕刻的為3dB。

圖6機械銑制的濾波器電路邊緣更為尖銳（a），棱角鮮亮，化學(xué)蝕刻則不同（b）。

從M-FILTER能夠?qū)С鯠XF文件，這個文件被用來生成雕刻機用的加工文件。銑制這個濾波器大約花了15分鐘時間，包括用內(nèi)置軟件處理數(shù)據(jù)的時間。而用蝕刻方法的板子，從外發(fā)到收到成品板需要5天的時間。這兩個樣品使用了同樣的材料（Roger4350層壓板）用不同的工藝制作完成。最終測試結(jié)果表明，機械銑制電路與化學(xué)蝕刻所得電路在電氣性能上都與電磁分析軟件所給的結(jié)果特別接近。電磁模擬使用了AppliedWaveResearch(ElSegundo,CA)的微波辦公軟件包。

這個項目最初盼望回答的問題是，用機械方法銑制的樣品微波濾波器是否和使用化學(xué)蝕刻方法制得的濾波器等效。由于樣品板工作的目的是獲得一個令人滿足的設(shè)計，因此最重要是的電路能夠正常工作。盡管兩種途徑獲得的濾波器并不是在每一個方面都相同，但是它們都能滿意樣品板的一般要求。

更重要的差別是兩種方法所耗費的時間。由于大多數(shù)的高頻設(shè)計總是反復(fù)再反復(fù)，能不能盡快的完成樣品板的制作，以便盡可能實時的改進設(shè)計就尤顯重要了。假如每塊板子都要等上5天的時間，工程師將不得不把設(shè)計先擱在一邊了。對于某些時間很緊的項目來說，這可