Výroba mikrovlnných desek plošných spojů TMM

Výroba mikrovlnných desek plošných spojů TMM je nejcitlivější tam, kde geometrie obvodu plní funkci, jako jsou filtry, vazební členy a VF zesilovače. Malé změny v šířce čar, rozteči nebo vzdálenosti referenční roviny mohou změnit naladěnou odezvu, i když je jakost materiálu správná. Mikrovlnná deska plošných spojů Rogers TMM je vysokofrekvenční deska plošných spojů postavená na termosetovém mikrovlnném laminátu Rogers TMM pro filtry, vazební členy, rezonátory, výkonové zesilovače, nízkošumové zesilovače, radarové moduly, hardware satelitní komunikace a přesné mikrovlnné sestavy. U mikrovlnných frekvencí jsou součástí obvodu substrát desky plošných spojů, měděný profil, povrchová úprava, přechody mezi vodiči a uzemnění. Praktickým úkolem je vybrat jakost TMM, řídit ztráty, vyrobit souvrství a nabídnout desku bez ztráty simulované VF odezvy. Pokud se místo toho zvažuje konstrukce na bázi PTFE, vyžadují mikrovlnné konstrukce RT/duroid 5870 vlastní souvrství a kontrolu procesu.

Stránka o mikrovlnných technologiích se zaměřuje na geometrii filtrů, zesilovačů a vazebních členů. Diskuse o výrobě propojuje dielektrickou konstrukci, rozměry vodičů, pokovené přechody a kontrolu s VF strukturami, které určují odezvu hotového obvodu.

Výroba mikrovlnných desek plošných spojů Rogers TMM pro vysokofrekvenční obvody

Proč je výroba mikrovlnných desek plošných spojů citlivější než výroba běžných vysokofrekvenčních desek plošných spojů?

Mikrovlnné obvody fungují tam, kde fyzické rozměry hrají velkou část vlnové délky. Zkrat na propojovacím vodiči, kontaktní plošce konektoru, měděné povrchové úpravy, ohyb, mezera nebo pokovená hrana mohou změnit odrazové a vložené ztráty. Filtr může posunout střední frekvenci. Vazební člen může postrádat rovinnost vazby. Výkonový zesilovač se může stát nestabilním, pokud zemnící cesta nemá nízkou indukčnost. Výrobce proto musí zachovat geometrii a strukturu předpokládanou elektromagnetickým modelem.

Které mikrovlnné obvody se běžně staví na Rogers TMM?

Mezi typické obvody patří mikropáskové filtry, interdigitální a vlásenkové filtry, odbočné vazební členy, směrové vazební členy, Wilkinsonovy děliče, hybridní vazební členy, desky nízkošumových zesilovačů, desky výkonových zesilovačů, impedanční transformátory, rezonátory, desky oscilátorů, desky radarových vstupů a moduly satelitní komunikace. TMM se volí, když tyto obvody vyžadují stabilní Dk, nízké ztráty, dobré tepelné vlastnosti, tuhou manipulaci a spolehlivé pokovené průchozí otvory.

Kam se hodí Rogers TMM ve srovnání s PTFE a RO4350B?

Čisté PTFE lamináty mohou nabízet nižší dielektrické ztráty, ale jsou měkčí a často vyžadují specializovanější zpracování. RO4350B je cenově dostupný a široce používaný pro běžné RF, ale má odlišný rozsah Dk, ztrát, CTE a třídy. TMM se nachází v užitečné střední pozici: nízké ztráty, tuhé termosetové chování, možnosti s vysokým Dk a řízené tepelné roztažnosti. Není to automaticky nejlevnější nebo nejnižší ztrátový materiál; je vybrán, když je pro daný produkt vhodná celková elektrická, mechanická a výrobní rovnováha.

Výběr materiálu pro mikrovlnné trouby Rogers TMM podle funkce obvodu

Výběr materiálu pro mikrovlnné trouby začíná funkcí obvodu, nikoli jediným číslem Dk. Širokopásmový přechod nebo napájecí zdroj může preferovat nižší Dk. Kompaktní rezonátor může vyžadovat vysokou Dk. Tepelně exponovaný filtr může upřednostňovat teplotní stabilitu. Výkonový zesilovač může vyžadovat tepelnou vodivost a spolehlivé uzemnění. Níže uvedená tabulka spojuje třídy TMM s typickým použitím v mikrovlnných troubách.

Který stupeň TMM je nejlepší pro mikrovlnné filtry?

U kompaktních filtrů a rezonátorů se často zvažují TMM6, TMM10, TMM10i a TMM13i, protože vyšší Dk snižuje velikost rezonátoru. Pro širší filtry nebo struktury, které vyžadují širší vedení a menší toleranci citlivosti, může být lepší TMM3 nebo TMM4. Správná volba závisí na střední frekvenci, šířce pásma, nezatíženém Q, ploše uspořádání, vazebních mezerách, výrobní toleranci a očekávaném teplotním rozsahu.

Která třída TMM je nejlepší pro mikrovlnné výkonové zesilovače?

Desky výkonových zesilovačů obvykle upřednostňují stabilní impedanci, rozvod tepla, nízkoindukčnost uzemnění a spolehlivost montáže. TMM3, TMM4 nebo TMM6 jsou běžnými kandidáty, pokud musí šířky vedení zůstat praktické a je vyžadováno širokopásmové přizpůsobení. TMM s vysokou Dk lze použít pro kompaktní přizpůsobení nebo speciální geometrii modulů, ale užší vedení a zvýšená koncentrace pole by měly být pečlivě zváženy.

Rozpočet ztrát vložením plošných spojů v mikrovlnných trubkách na Rogers TMM

Co přispívá k vložnému útlumu na mikrovlnné desce plošných spojů TMM?

Vložný útlum je součtem dielektrických ztrát, ztrát ve vodiči, ztrát radiací/svodem a ztrát diskontinuitou. Dielektrické ztráty vyplývají z disipačního činitele TMM a rostou s frekvencí a délkou vedení. Ztráty ve vodičích jsou způsobeny drsností mědi, tloušťkou mědi, povrchovou úpravou a šířkou stopy. Ztráty radiací pocházejí z otevřených struktur, špatného stínění a diskontinuit. Ztráty diskontinuitou vznikají v důsledku přechodů, ohybů, prostupů, zúžení, kontaktních plošek a změn referenční roviny.

Proč mohou ztráty ve vodičích dominovat i u nízkoztrátové TMM?

Na mikrovlnných frekvencích proud teče blízko povrchu vodiče. Hrubá měď zvyšuje efektivní délku dráhy a povrchové úpravy s obsahem niklu mohou přidat dodatečný odpor. Úzké vedení s vysokým Dk může mít větší ztráty ve vodiči než širší vedení s nižším Dk, a to i v případě, že obě používají stejnou řadu laminátů. Proto by revize mikrovlnné desky plošných spojů měla zahrnovat měděnou fólii a povrchovou úpravu, nejen Dk a Df.

Jak by se měla ztráta ověřovat?

Pro prototyp přiložte kupón na měření vložných ztrát, který používá stejný typ vodiče, měď, povrchovou úpravu a dielektrikum jako obvod produktu. Změřte jej s určenými konektory a v případě potřeby s plánem pro odstranění vložek. Pokud jsou naměřené ztráty vyšší než očekávané, oddělte příčiny: dielektrické ztráty, drsnost vodiče, ztížení povrchové úpravy, ztráty odrazem při spuštění, ztráty přechodem nebo záření. Strukturované měření zabraňuje zbytečným změnám materiálu.

Rozsah materiálu: Tento článek se zabývá výrobou mikrovlnných desek plošných spojů, pokud návrh specifikuje laminát TMM. Schválenou dokumentaci k jakosti, konstrukci a materiálu potvrďte v RFQ.

Mikropáskové, páskové a GCPW struktury pro mikrovlnné desky plošných spojů Rogers TMM

Kdy je mikropáskový vodič vhodný pro mikrovlnné obvody?

Mikropáskový materiál je přijatelný, pokud je důležitý přístup, ladění a montáž součástek a lze kontrolovat vyzařování. Je běžný u filtrů, přizpůsobovacích sítí a vazebních členů. Při vyšších frekvencích je nutné modelovat diskontinuity mikropáskového materiálu. Neměly by se ignorovat pájecí maska, tloušťka pokovení a blízké kovové kryty, protože mění prostředí pole.

Kdy by se měl páskový vodič použít pro mikrovlnnou izolaci?

Páskové vedení je užitečné, když je potřeba obvod odstínit od ostatních oblastí desky nebo od krytu. Snižuje vyzařování a může zlepšit kontrolu přeslechů. Nevýhodou je složitější výroba a menší přístup pro ladění. Páskové vedení také klade větší odpovědnost za tloušťku laminace a registraci, protože vedení je uloženo v zemi a po výrobě jej nelze upravit.

Proč je GCPW běžná v mikrovlnných modulech?

GCPW zajišťuje omezení pole na vnější vrstvě a zároveň zachovává přístupnost komponent. Široce se používá pro uvádění konektorů do provozu, husté moduly a přechody mmWave. Mezera mezi boční zemí, plot via a kontinuita uzemnění jsou kritické. Chybějící nebo nekonzistentní plot via může vytvářet rezonance a snižovat odrazové ztráty.

Návrh desky plošných spojů mikrovlnného filtru a vazebního členu Rogers TMM

Proč jsou mikrovlnné filtry citlivé na TMM Dk a toleranci leptání?

Frekvenční odezva filtru závisí na délce rezonátoru, vazební mezeře, dielektrické konstantě a ztrátách ve vodiči. Pokud se skutečná hodnota Dk liší od modelované hodnoty, střední frekvence se posune. Pokud jsou mezery příliš široké nebo příliš úzké, změní se šířka pásma a zvlnění. Pokud jsou ztráty v mědi nebo povrchové úpravě příliš vysoké, zvyšuje se vložný útlum a klesá Q. TMM pomáhá tím, že nabízí řízenou hodnotu Dk, ale konečná odezva stále závisí na výrobní disciplíně.

Jak by se měly při výrobě řešit mezery mezi propojenými linkami?

Filtry a vazební členy s vázanými linkami často používají úzké mezery. Tyto mezery by měly být na výkresu označeny jako kritické rozměry. Výrobce by měl zkontrolovat minimální mezeru, kompenzaci leptání a metodu kontroly. Pokud se mezera blíží výrobnímu limitu, může být nutné upravit dielektrickou tloušťku, Dk nebo topologii, spíše než vnucovat výrobu křehké geometrii.

Může TMM nahradit oxid hlinitý v některých mikrovlnných modulech?

Rogers umisťuje TMM10 a TMM10i jako kandidáty na nahrazení aluminových substrátů v některých aplikacích. Důvodem je kombinace vysokého Dk, tuhého termosetového chování a zpracování podobného deskám plošných spojů. Nejedná se o univerzální náhradu: alumina má stále velmi vysokou tepelnou vodivost a specifické výhody pro keramiku. TMM se zvažuje, když návrh vyžaduje kompaktní provedení s vysokým Dk při výrobě desek plošných spojů, pokovené otvory a snadnější integraci do desky.

Rozvržení desky plošných spojů a tepelný návrh výkonového zesilovače Rogers TMM

Co je nejdůležitější na desce plošných spojů výkonového zesilovače TMM?

Desky výkonových zesilovačů vyžadují řízenou vstupní/výstupní impedanci, uzemnění s nízkou indukčností, tepelné rozptylování, stabilní směrování předpětí a spolehlivou montáž. VF přizpůsobovací síť musí být blízko zařízení a postavena na zamýšleném dielektriku. Zemnící prostupy pod a kolem pouzdra by měly být dostatečně husté, aby snížily indukčnost a podpořily tok tepla. Měděná plocha, tepelné prostupy a montážní strategie by měly odpovídat datovému listu zařízení a tepelné dráze systému.

Jak TMM pomáhá s tepelnou stabilitou?

TMM má nízký tepelný koeficient dielektrické konstanty a lepší tepelnou vodivost než mnoho tradičních laminátů na bázi PTFE. S oteplováním desky zůstávají elektrická délka a přizpůsobení stabilnější než u materiálů, jejichž Dk se mění silněji. Teplotní chování je obzvláště důležité pro zesilovače, oscilátory a filtry, které pracují v širokém rozsahu prostředí. Více podrobností naleznete na stránce o teplotně stabilních deskách plošných spojů Rogers TMM.

Jaké výrobní chyby ovlivňují stabilitu PA?

Mezi běžné chyby patří řídce uzemněné průchodky, dlouhé oddělovací smyčky, nekontrolovaná geometrie spouštění, vniknutí pájecí masky na VF vedení, nevhodná povrchová úprava, špatné tepelné pokovení průchodek a změny dielektrické tloušťky po simulaci. Tyto problémy mohou snížit zisk, zvýšit ztráty, vytvářet oscilace nebo způsobit problémy s tepelnou spolehlivostí.

Uvedení mikrovlnných konektorů na trh, přes přechody a uzemnění

Proč je třeba speciální kontrolu spuštění konektorů?

Uvedení konektoru do provozu je přechod mezi koaxiálním režimem a režimem přenosového vedení na desce plošných spojů. Velikost kontaktních plošek, umístění uzemňovacího kontaktu, vzdálenost od referenční roviny, objem pájky a povrchová úprava ovlivňují útlum odrazem. Uvedení do provozu, které funguje na frekvenci 2 GHz, nemusí být přijatelné na frekvenci 18 GHz nebo 40 GHz. Uvedení do provozu by mělo být modelováno nebo založeno na ověřeném rozměru pro vybraný konektor a vrstvenou vrstvu TMM.

Kdy je nutné zpětné vrtání?

Zpětné vrtání odstraňuje nepoužívané pahýly propojení, které mohou rezonovat a snižovat výkon mikrovln. Mělo by se použít, pokud je délka pahýlu propojení elektricky významná pro provozní pásmo a pokud to mechanické uspořádání umožňuje. Zpětné vrtání zvyšuje náklady a požadavky na toleranci, proto by mělo být specifikováno spíše pro skutečné potřeby výkonu než jako výchozí nastavení.

Jak by mělo být navrženo uzemnění?

Uzemnění mikrovlnných obvodů vyžaduje krátké proudové smyčky, spojité referenční roviny, propojení kolem GCPW, silné uzemnění kolem konektorů a uzemnění zařízení s nízkou indukčností. Uzemnění je součástí obvodu, nikoli výplňovým vzorem přidaným po směrování. Špatné uzemnění se projevuje jako ztráta odrazem, přeslechy, zvlnění zesílení, nestabilita PA nebo vyzařování.

Kontroly výroby mikrovlnných desek plošných spojů Rogers TMM

Požadavky na výrobní výkresy

Výrobní výkres by měl definovat položky, které přímo ovlivňují výkon, vyrobitelnost a kontrolu VF. Mezi klíčové požadavky patří třída jakosti Rogers TMM, tloušťka dielektrika, vrstvení vrstev, tloušťka hotové desky, hmotnost mědi, povrchová úprava, omezení pájecí masky, řízená impedance, kritické rozměry, třída přijetí, zkušební požadavky a požadavky na kupóny. Highleap před výrobou kontroluje konstrukci mikrovlnných vrstev, průchodů, definici mědi a veškeré vyladěné rozměry. Validace prvního výrobku by měla odpovídat typu obvodu, přičemž měření VF se použije tam, kde uvolnění do výroby závisí na naměřeném výkonu. Přesné hodnoty vlastností materiálu by měly být zkontrolovány s aktuální dokumentací dodavatele pro daný třídu a konstrukci. Plán mikrovlnné akceptace by měl rozlišovat mezi ověřením impedance na přenosových vedeních TMM a veškerými dalšími měřeními VF požadovanými zákazníkem.

U mikrovlnných filtrů, vazebních členů a rezonátorů by měly být jasně vyznačeny kritické délky rezonátorů, vazební mezery a vzdálenosti od země. U anténních desek by měly být specifikovány rozměry zásuvných vodičů, geometrie napájecího napětí, vzdálenost od hran a udržení pájecí masky. U desek výkonových zesilovačů by měly být definovány tepelné propojovací pole, odkrytá měď, zemnící plošky a oblasti rozvodu tepla. U vyvedení konektorů by výkres měl ukazovat typ konektoru, rozměry vyvedení, stav referenční roviny a rozložení zemnících propojovacích vodičů.

Nejasné poznámky, jako například „vysokofrekvenční materiál“ nebo „standardní povrchová úprava“, mohou vést k rizikům v oblasti cenových nabídek a výroby. Výkres desky plošných spojů Rogers TMM pro mikrovlnné trouby by měl používat měřitelné požadavky, aby inženýrské, CAM, výrobní a inspekční týmy dodržovaly stejné výrobní podmínky.

Prototypová data pro řízení výroby

Výsledky prototypů by měly být převedeny do kontrolovaných revizí výroby. Pokud je vložný útlum vyšší, než se očekávalo, měl by se před změnou třídy Rogers TMM zkontrolovat profil mědi, povrchová úprava, šířka hotového vodiče, stav pájecí masky a útlum při spuštění konektoru. Pokud se frekvence mění, měla by se kontrola zaměřit na dielektrickou tloušťku, předpoklady návrhu Dk, délku leptání, vazební mezeru a tloušťku desky. Pokud je útlum odrazu nízký, měla by se zkontrolovat geometrie spuštění, přechody mezi propojením, umístění uzemnění a propojení a kontinuita referenční roviny.

Po potvrzení příčiny by měl být výrobní balíček aktualizován o revidované Gerbery, schválený stackup, naměřená impedanční data a opravené výrobní poznámky. Opakované objednávky by měly dodržovat stejnou řízenou revizi, nikoli neformální komentáře k prototypu. Pracovní postup od prototypu do výroby je vysvětlen v příručce Rogers TMM PCB prototype.

Kontrolní seznam cenových nabídek mikrovlnných desek plošných spojů pro Rogers TMM Builds

Technické údaje potřebné pro přesnou cenovou nabídku

Cenová nabídka na desku plošných spojů pro mikrovlnné trouby Rogers TMM by měla být založena na kompletních technických datech, nejen na velikosti desky a počtu vrstev. RFQ by měla jasně uvádět funkci rádiového spektra, požadavky na materiál, uspořádání vrstev, výrobní soubory, cílovou impedanci, požadavky na povrchovou úpravu, plán testování, množství a potřeby montáže.

• Provozní frekvenční rozsah a RF funkce, jako je anténa, filtr, vazební člen, výkonový zesilovač, napájecí síť nebo testovací přípravek.
• Soubory Gerber, ODB++ nebo IPC-2581, data pro vrtání a výrobní výkresy.
• Třída Rogers TMM, dielektrická tloušťka a tloušťka hotové desky.
• Vrstvy, hmotnost mědi, referenční roviny a spojovací materiál pro hybridní sestavení.
• Typ přenosového vedení, jako je mikropáskové, páskové vedení nebo uzemněný koplanární vlnovod.
• Cíle řízené impedance, tolerance a požadavky na kupóny.
• Kritické rozměry pro filtry, vazební členy, rezonátory, anténní plochy a vyústění konektorů.
• Povrchová úprava, preference měděného profilu a omezení pájecí masky.
• Požadavky na propojky, včetně uzemňovacích VF propojek, plotů pro propojky a tepelných polí propojek.
• Požadavky na testování a dokumentaci, jako je impedanční protokol, mikroskopický řez, materiálový certifikát nebo certifikát shody.
• Množství, cíl dodání, stav prototypu nebo výroby a požadavky na desky plošných spojů (PCBA), pokud je potřeba podpora montáže.

Cena a harmonogram faktorů

Konečná cenová nabídka závisí na jakosti materiálu Rogers TMM, dostupnosti materiálu, tloušťce dielektrika, využití panelu, počtu vrstev, hybridní konstrukci, profilu mědi, povrchové úpravě, složitosti vrtání, hustotě propojení, impedančním testování, požadavcích na kupóny, úrovni dokumentace, objednaném množství a dodací lhůtě.

Aby se zabránilo změnám cen po přezkoumání, měla by RFQ oddělit fixní požadavky od flexibilních možností. Pokud je jakost, povrchová úprava, impedanční zpráva nebo mikroskopický řez Rogers TMM povinný, mělo by to být uvedeno před cenovou nabídkou. Plánování nákladů a proměnné cenové nabídky naleznete v ceníku Rogers TMM PCB. Pro cenovou nabídku uveďte mikrovlnnou topologii nebo kritické rozměry, uspořádání vrstev, frekvenční pásmo, povrchovou úpravu a množství. Dodavatel pak může posoudit rozsah obrábění, kontroly a RF ověření na základě skutečného návrhu.