TMM:n korkeataajuisten piirilevyjen valmistus

TMM-korkeataajuisten piirilevyjen valmistuksessa käytetään määriteltyä TMM-rakennetta RF-, mikroaalto- ja korkean luotettavuuden piirilevyihin. Valmiin dielektrisen paksuuden, kuparin geometrian, porauksen, kohdistuksen ja impedanssin tarkastussuunnitelman on oltava RF-suunnittelun mukaisia. Laadun valinta on edelleen tärkeää, koska dielektrinen vakio, häviökerroin, laminaatin paksuus, kupariprofiili ja pinoamissymmetria vaikuttavat kaikki valmiiseen piiriin.

Tässä oppaassa selitetään, miten valita Rogers TMM3-, TMM4-, TMM6-, TMM10-, TMM10i- ja TMM13i-piirilevyjen välillä; miten materiaalien ominaisuudet vaikuttavat todelliseen piirilevyyn; mitä on otettava huomioon mikroliuska-, liuskajohto- ja hybridilevyjen asennuksessa; ja mitä tietoja tulisi sisällyttää Rogers TMM -piirilevyn tarjousta pyydettäessä. Jos arvioit TMM:ää suodattimia, kytkimiä, antenneja, tutkamoduuleja, satelliittiviestintäkortteja, tehovahvistimia tai tarkkuusmikroaaltokokoonpanoja varten, tämä sivu on kirjoitettu auttamaan sinua tekemään käytännöllisen suunnittelu- ja valmistuspäätöksen.

Tässä oppaassa selitetään korkeataajuisten TMM-levyjen yhteiset valmistusohjeet, mukaan lukien pinoamisvapautus, kuparin määritys, poraus, rekisteröinti ja impedanssin varmennus. Laadukkaat ja sovelluskohtaiset vaatimukset tulee tarkistaa julkaistua suunnittelua vasten.

TMM:n korkeataajuisten piirilevyjen valmistuslaajuus

Rogers TMM -korkeataajuuspiirilevyssä käytetään Rogers TMM -lämpökovettuvaa mikroaaltolaminaattia RF-eristekerroksena. TMM-laminaatit ovat keraamitäytteisiä lämpökovettuvia polymeerikomposiitteja, jotka on suunniteltu mikroliuska- ja liuskajohtomikroaaltopiireille, joten tässä esitetty materiaalikeskustelu tulisi lukea yhdessä käytännön Rogers TMM RF -piirilevysuunnitteluvaatimusten, kuten kontrolloidun impedanssin, referenssitasojen ja RF-siirtymien, kanssa. Valmiissa levyssä tämä laminaatti ei ole vain kuparijohtimien mekaaninen kantaja, vaan se on osa sähköistä suunnittelua. Sen dielektrinen vakio ohjaa juovan impedanssia, sähköistä pituutta, resonanssitaajuutta ja aallonpituutta levyn sisällä. Sen häviökerroin vaikuttaa dielektriseen häviöön. Sen paksuustoleranssi, kuparin tarttuvuus, mittapysyvyys ja lämpölaajeneminen vaikuttavat siihen, kuinka johdonmukaisesti valmistettu piirilevy vastaa simulaatiota. Suunnitelmista, joissa Dk-ajautuminen ja lämpösyklit ovat hallitsevia huolenaiheita, katso asiaankuuluva opas Rogers TMM:n lämpötilastabiilista piirilevyn käyttäytymisestä.

Sanaa ”TMM” usein etsitään ikään kuin se olisi yksi materiaali, mutta se on itse asiassa laminaattien perhe. Perhe kattaa pienestä suureen dielektrisyysvakiot, TMM3:sta matalan Dk-pään TMM13i:hin korkean Dk-pään. Tämä antaa insinööreille mahdollisuuden valita laminaatin piirin koon, kaistanleveyden, häviöbudjetin, tehotason, mekaanisen luotettavuuden ja kustannusten perusteella. Laajakaistaisen Rogers TMM -antennin piirilevyn syöttö saattaa vaatia pienemmän Dk:n TMM-materiaalia, jotta juovien mitat pysyisivät valmistettavissa ja hajonta pienenevänä. Kompakti suodatin, kytkin tai keraaminen alusta voi vaatia TMM10:tä, TMM10i:tä tai TMM13i:tä piirin koon pienentämiseksi ja hallitun korkean Dk-käyttäytymisen tukemiseksi.

Käytännössä Rogers TMM -piirilevy valitaan, kun suunnittelulta vaaditaan enemmän sähköistä toistettavuutta ja mikroaaltojen kestävyyttä kuin FR4 pystyy tarjoamaan, mutta myös parempia mekaanisia ja prosessiominaisuuksia kuin monilla pehmeillä PTFE-pohjaisilla materiaaleilla. TMM on kertamuovi, joten se kestää virumista ja kylmävirtausta paremmin kuin PTFE. Se ei myöskään vaadi natriumnaftenaattikäsittelyä ennen kemiallista pinnoitusta tavallisissa TMM-rakenteissa, mikä voi yksinkertaistaa piirilevyn valmistusta verrattuna joihinkin PTFE-mikroaaltomateriaaleihin. Nämä ominaisuudet ovat tärkeitä, kun levyllä on useita pinnoitettuja läpireikiä, sokeita tai haudattuja reikiä, tiivis kohdistus, johtojen liitosalueita tai toistuvaa lämpöaltistusta. Niiden vuoksi valmistusreitti tulisi myös tarkistaa varhaisessa vaiheessa Rogers TMM -piirilevyjen valmistukseen perehtyneen korjaamon kanssa.

Merkittävät tekniset kriteerit

Ennen korkeataajuisen TMM-piirilevyn julkaisua insinöörien ja ostajien on yleensä ratkaistava useita käytännön kysymyksiä:

• Mitä Rogersin TMM-laatua minun pitäisi käyttää: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i vai TMM13i?
• Mitkä ovat Dk- ja Df-arvot, ja mitä Dk:ta tulisi käyttää kenttäratkaisijassa?
• Onko TMM parempi materiaali kuin RO4350B, RT/duroid 5880 tai alumiinioksidi suunnittelussani?
• Voiko piirilevyvalmistaja käsitellä TMM:ää normaaleilla poraus-, pinnoitus- ja jyrsintävaiheilla, ja milloin minun pitäisi ottaa mukaan Rogersin TMM-piirilevyvalmistaja?
• Mitä kuparifoliota ja pintakäsittelyä tulisi käyttää RF-häviön vähentämiseksi?
• Voidaanko TMM:ää käyttää hybridi-monikerroslaminaatissa FR4:n tai muun Rogers-laminaatin kanssa?
• Mitä tietoja tulisi antaa, jotta saadaan tarkka Rogers TMM -piirilevyn hinta ja vältetään valmistusriski?

Seuraavissa osioissa käsitellään näitä kysymyksiä piirilevyjen ostajan, RF-insinöörin ja valmistajan näkökulmasta.

Miksi suunnittelijat valitsevat Rogers TMM:n korkeataajuisille piirilevyille

Vakaa dielektrinen käyttäytyminen viritetyissä RF-piireissä

Korkeataajuuspiirit ovat herkkiä dielektrisyysvakion vaihtelulle, minkä vuoksi materiaalin stabiilisuutta, pinoamisen hallintaa ja radiotaajuusasettelun käytäntöä tulisi käsitellä yhtenä suunnittelujärjestelmänä eikä erillisinä aiheina. Pieni Dk-virhe voi siirtää suodattimen keskitaajuutta, muuttaa syöttöverkon vaihetta, virittää antennin pois tai siirtää sovitusverkon pois aiotusta impedanssipisteestä. Rogersin TMM-materiaalit on suunniteltu mikroaaltokäyttöön, ja niillä on hallitut dielektrisyysvakiot ja alhaiset häviökertoimet koko tuoteperheessä. Tämä tekee niistä sopivampia kuin tavallinen FR4, kun kuparigeometrian on tultava ennustettavaan radiotaajuussuorituskykyyn.

Matalataajuisissa digitaalilevyissä dielektrisyysvaihtelu voidaan kompensoida ajoitusmarginaalilla tai ekvalisoinnilla. Mikroaaltolevyissä laminaatista tulee kuitenkin osa piiriyhtälöä. Neljännesaaltolinja, haarajohtokytkin, interdigitaalinen suodatin tai patch-antenni voi vikaantua yksinkertaisesti siksi, että todellinen efektiivinen dielektrisyysvakio ei ole mallin olettama. Tunnetun korkeataajuisen laminaatin käyttö auttaa vähentämään tätä epävarmuutta ennen ensimmäisen prototyypin rakentamista; laajempien RF-asettelusääntöjen osalta paluureitistä ja siirtymistä vertaa tätä materiaaliopasta Rogers TMM RF PCB -sivuun.

Lämpökovettuva jäykkyys PTFE-pehmeyden sijaan

Monet erittäin pienihäviöiset mikroaaltolaminaatit ovat PTFE-pohjaisia. PTFE tarjoaa erinomaisen sähköhäviökestävyyden, mutta se voi olla mekaanisesti pehmeää ja saattaa vaatia erityistä käsittelyä tai prosessointia. Rogers TMM tarjoaa suunnittelijoille erilaisen tasapainon: se yhdistää pienen dielektrisen häviön jäykkään kestomuovirakenteeseen. Hyöty ei ole pelkästään mekaaninen kätevyys. Jäykkyys auttaa kohdistuksessa, reiän laadussa, kuparikuvion vakaudessa, kokoonpanon tasaisuudessa ja pitkäaikaisessa mittapysyvyydessä.

Tällä on merkitystä todellisessa valmistuksessa, erityisesti silloin, kun projekti siirtyy materiaalivalinnasta poraukseen, pinnoitukseen, jyrsintään ja tarkastukseen. Jos piirilevyssä on tiheitä läpivientireikiä, pinnoitettuja kiinnitysreikiä, sekoitettuja RF- ja ohjauspiirejä tai monikerrosrakenne, valmistajan on porattava, pinnoitettava, kuvattava, syövytettävä, laminoitava ja jyrsittävä piirilevy toistuvasti. Materiaali, joka kestää virumista, kylmävirtausta ja prosessivaurioita, on helpompi pitää toleranssien rajoissa, mikä vähentää riskiä TMM:n valmistusprosessissa. Tämä on yksi tärkeimmistä syistä, miksi TMM:ää käytetään vaativissa korkeataajuuskokoonpanoissa sen sijaan, että se valittaisiin vain Dk- ja Df-lukujen perusteella. Highleap käyttää julkaistua materiaalilaatua ja pinoamista valmistusreitin asettamiseen sen sijaan, että käytettäisiin yhtä yleistä TMM-reseptiä jokaiseen suunnitteluun. Tuloksena on prosessi-ikkuna, joka on sidottu varsinaisen projektin laatuun, levyn paksuuteen, reikärakenteeseen ja RF-geometriaan. Tarkat materiaaliominaisuuksien arvot tulee tarkistaa toimittajan nykyisistä dokumenteista määritellyn laadun ja rakenteen osalta.

Korkean Dk-arvon vaihtoehtoja kompakteihin mikroaaltouuniasennuksiin

TMM-perheeseen kuuluu korkean Dk-arvon omaavia materiaaleja, kuten TMM10, TMM10i ja TMM13i. Nämä materiaalit mahdollistavat pienempiä radiotaajuusrakenteita, koska aallonpituus dielektrisen aineen sisällä pienenee dielektrisyysvakion kasvaessa. Suodattimet, resonaattorit, kytkimet ja tietyt antennirakenteet voivat olla huomattavasti pienempiä verrattuna matalamman Dk-arvon omaaviin materiaaleihin.

Korkea Dk-arvo ei ole automaattisesti parempi. Se voi kaventaa kaistanleveyttä, lisätä toleranssiherkkyyttä, pienentää johtimien leveyksiä ja lisätä sähkökentän keskittymistä. Mutta kun miniatyrisointi on todellinen vaatimus, korkean Dk-arvon omaavat TMM-laadut tarjoavat käytännöllisen reitin ilman, että välittömästi siirrytään hauraisiin keraamisiin alustoihin. Joissakin malleissa, erityisesti niissä, joissa on perinteisesti käytetty alumiinioksidia korkean Dk-arvon suorituskyvyn saavuttamiseksi, korkean Dk-arvon omaava TMM-piirilevy voi tarjota piirilevymäisemmän valmistuspolun, ja sitä tulisi arvioida sekä RF-suorituskyky että Rogers TMM -piirilevyn kustannukset mielessä pitäen.

Hyvä läpireiän pinnoituksen luotettavuus

Rogersin TMM-materiaalien lämpölaajenemiskertoimet vastaavat läheisesti kuparia. Tämä on arvokasta pinnoitettujen läpireikien kannalta, koska kupariputket ja dielektriset materiaalit laajenevat eri tavoin lämpökierron, juottamisen ja käytön aikana. Kun ero on suuri, läpivientiputket voivat haljeta, tiivistyslevyt voivat irrota tai reiän seinämän luotettavuus voi kärsiä.

Korkeataajuuslevyissä käytetään usein useita läpivientireikiä: maadoitusyhteensopivia läpivientejä samassa tasossa olevien aaltojohteiden vieressä, läpivientiaitoja suodattimien ympärillä, maadoitusreikiä komponenttialustojen lähellä, siirtymiä liuskajohtimen ja mikroliuskakerrosten välillä sekä lämpöläpivientejä teholaitteiden alla. Näitä läpivientirakenteita käsitellään sovelluskohtaisemmin Rogersin TMM-mikroaaltopiirilevyjen oppaassa. Näissä suunteluissa pinnoitettujen reikien luotettavuus ei ole toissijainen yksityiskohta. Se on osa RF-suorituskykyä ja tuotteen pitkäaikaista luotettavuutta.

Rogers TMM -materiaalien laadut ja tärkeimmät ominaisuudet

TMM-perheeseen kuuluu useita laatuja, joilla on erilaiset dielektriset vakiot. Yleisin virhe on valita laatu pelkästään aiemman suunnittelun Dk-luvun perusteella. Parempi lähestymistapa on verrata prosessia Dk, suunnittelun Dk:ta, häviötangenttia, dielektrisen vakion lämpökerrointa, lämmönjohtavuutta, CTE:tä, paksuuden saatavuutta ja valmistusvaatimuksia yhdessä.

Alla olevassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä Rogersin TMM-laaduista, joita käytetään korkeataajuisessa piirilevytyössä. Arvot ovat tyypillisiä viitearvoja, ja ne tulee varmistaa Rogersin uusimman datalehden, laminaattien todellisen saatavuuden ja valmistajan TMM-materiaalivaraston perusteella ennen valmistusta.

Prosessi Dk vs. suunnittelu Dk

Rogersin TMM-materiaaliluettelossa luetellaan sekä prosessi-Dk että suunnittelu-Dk. Prosessi-Dk on arvo, jota käytetään materiaalin valvontaan ja kelpuutukseen tietyllä testausmenetelmällä. Suunnittelu-Dk on tarkoitettu piirien mallintamiseen korkeammalla taajuusalueella, ja se on yleensä merkityksellisempi syöte mikroliuska- tai liuskajohtosuunnittelussa. Näiden kahden luvun sekoittaminen voi johtaa piirilevyn vaikutukseen dokumentaatiossa, mutta mittaukset poikkeavat tavoitteesta valmistuksen jälkeen.

Jos esimerkiksi insinööri mallintaa TMM10-mikroliuskalinjan käyttäen prosessi-Dk-arvoa 9.20, kun kyseessä olevan rakenteen suunnittelun Dk on lähempänä arvoa 9.80, laskettu impedanssi ja sähköinen pituus voivat muuttua. Ero voi olla erityisen tärkeä resonanssipiireissä, vaihesovitetuissa verkoissa ja millimetriaaltorakenteissa. Paras käytäntö on käyttää suunnittelun Dk-arvoa kenttäratkaisijassa tai sähkömagneettisessa mallissa ja sitten varmistaa lopullinen kokoonpano piirilevyn valmistajan ja laminaattitoimittajan tietojen avulla.

Dk-toleranssi ja tuotannon toistettavuus

Dk-toleranssi ei ole pelkästään ostovaatimus; se vaikuttaa siihen, kuinka paljon tuotantolevyt eroavat toisistaan, erityisesti lämpötilaherkissä malleissa, joissa Dk-stabiilisuus lämpötilan suhteen on sisällytettävä toleranssibudjettiin. Yksittäistä prototyyppiä voidaan virittää leikkaamalla tai muuttamalla komponentin arvoa. RF-levyjen tuotantosarjan on toistuttava eri paneelien, erien ja kokoonpanosyklien välillä. Rogers TMM:n hallittu dielektrinen alue auttaa vähentämään yksiköiden välistä taajuusryömintää, mutta lopullinen toistettavuus riippuu silti laminaatin paksuudesta, kuparin paksuudesta, syövytyskompensoinnista, juotosmaskivalinnoista, puristusprosessista ja mittauskurista.

Korkean Q-arvon suodattimissa, vaiheistetuissa antenniverkkoissa, mikroaaltoantureissa ja tutkan etuosissa toleranssibudjetin tulisi sisältää dielektrinen toleranssi, kuparin etsaustoleranssi, kohdistus, läpivientiasento, pintakäsittelyn paksuus ja kokoonpanon loishäiriöt. Materiaalin valinta on lähtökohta, ei täydellinen ratkaisu.

Miten Dk, Df ja paksuus vaikuttavat piirilevyn suorituskykyyn

Dielektrisyysvakio ohjaa impedanssia ja fyysistä kokoa

Dielektrisyysvakio määrittää, miten sähkömagneettiset kentät kulkevat piirilevyn eristeen läpi ja ympäri. Mikroliuskassa osa kentästä on laminaatissa ja osa ilmassa, joten piiri näkee efektiivisen dielektrisyysvakion. Liuskajohdossa suurempi osa kentästä on eristeen sisällä, joten suhde laminaattiin Dk on erilainen. Joka tapauksessa Dk vaikuttaa voimakkaasti impedanssiin, vaihenopeuteen ja aallonpituuteen.

Korkeampi Dk-arvo lyhentää aallonpituutta. Tämä mahdollistaa pienemmät resonaattorit, lyhyemmät neljännesaalto-osuudet ja kompaktimmat suodattimet. Se myös yleensä kaventaa juovien leveyksiä tietyllä impedanssilla ja dielektrisellä paksuudella. Kapeammat viivat voivat lisätä johdinhäviöitä ja tehdä etsaustoleranssista tärkeämpää. Matalampi Dk-arvo tarjoaa leveämmät juovat ja voi tukea laajempaa kaistanleveyttä, mutta se vaatii enemmän piirilevypinta-alaa resonoiville rakenteille. Oikea Dk on siis piiritason valinta eikä yksinkertainen "korkeampi on parempi" tai "alhaisempi on parempi" -päätös, ja se tulisi tarkistaa impedanssin, häviön, piirilevyn koon ja odotetun TMM-piirilevyn hinnan perusteella.

Häviökerroin vaikuttaa dielektriseen häviöön

Häviökerroin, jota kutsutaan myös häviötangentiksi tai Df:ksi, kuvaa, kuinka paljon radiotaajuusenergiaa eriste absorboi ja muuntaa lämmöksi. Rogers TMM -laaduilla on matalat Df-arvot, noin 0.0019–0.0023 10 GHz:n taajuudella. Tämä sopii monille mikroaaltolevyille, erityisesti verrattuna yleiskäyttöiseen FR4:ään. Se ei kuitenkaan ole aina alhaisempi kuin parhailla PTFE-materiaaleilla. Hyvin vähähäviöinen PTFE-laminaatti voi silti olla menestyvä, jos koko suunnittelussa on kyse lisäyshäviövaatimuksista.

Todellisessa piirilevyssä lisäyshäviö on useiden tekijöiden summa. Dielektrinen häviö on vain yksi osatekijä. Johdinhäviö, kuparin karheus, pinnanlaatu, säteily, vuodot epäjatkuvuuskohtien, siirtymien ja liittimien lähtöjen kautta voivat kaikki olla hallitsevia tekijöitä korkeilla taajuuksilla. Rogers TMM -piirilevy voi silti toimia huonosti, jos pinoamis- ja valmistusvalinnat eivät ole linjassa RF-suunnittelun kanssa; oheinen Rogers TMM -mikroaaltopiirilevyä käsittelevä artikkeli käsittelee lisäyshäviön budjetointia tarkemmin.

Paksuus vaikuttaa impedanssiin, kytkentään ja häviöön

Laminaatin paksuus on yksi tärkeimmistä käytännön muuttujista korkeataajuisessa piirilevyssä. Kohdeimpedanssin saavuttamiseksi paksumpi dielektrinen materiaali vaatii yleensä leveämmän johtimen, kun taas ohuempi dielektrinen materiaali vaatii kapeamman johtimen. Leveämmät johtimet voivat vähentää johdinhäviöitä ja niitä voi olla helpompi syövyttää tasaisesti, mutta ne myös vievät enemmän pinta-alaa ja voivat lisätä kytkentää lähellä oleviin rakenteisiin. Ohuemmat dielektriset materiaalit tukevat kompaktia reititystä ja tiukempaa kytkentää, mutta voivat tehdä impedanssista herkemmän syövytysvaihteluille.

Impedanssisäädellyssä radiotaajuustyössä piirilevyn piirustuksissa tulee määrittää kuparikerrosten välinen dielektrinen paksuus, ei pelkästään valmiin levyn paksuus. Valmistajan tulee varmistaa, onko paksuus ydinmateriaalia, prepreg/bondply-materiaalia vai laminoinnin jälkeistä puristettua arvoa. Hybridimonikerroslevyissä tällä erolla on merkitystä, koska eri materiaalit puristuvat kokoon eri tavalla ja niillä voi olla erilaiset dielektriset ominaisuudet.

Lämpökäyttäytymisellä on merkitystä RF-tehopiireissä

Korkeataajuuslevyt eivät aina ole pienitehoisia. Tehovahvistimet, lähetysmoduulit, tutkalevyt ja antennin syöttöverkot voivat tuottaa merkittävää lämpöä. Rogersin TMM-materiaalien lämmönjohtavuus on noin 0.70–0.76 W/m·K laadusta riippuen, mikä on edullista verrattuna moniin perinteisiin edullisiin dielektrisiin materiaaleihin. Silti lämmön hallinta on tehtävä koko levyrakenteen avulla: kuparitasopinta-ala, läpiviennit, metallitaustaiset rakenteet, komponenttien kiinnitysmenetelmä, kotelointikontakti, juotosaukkojen hallinta ja ilmavirtaus.

Lämpösuunnittelua ja radiotaajuussuunnittelua tulisi tarkastella yhdessä. Lämpöläpivientien lisääminen voi parantaa lämmön leviämistä, mutta se voi häiritä maadoitusvirtaa tai aiheuttaa ei-toivottua kytkentää, jos niitä ei ole sijoitettu oikein. Kuparipinta-alan lisääminen voi auttaa lämmöntuotannossa, mutta se voi myös muuttaa impedanssia tai resonanssikäyttäytymistä. Hyvä Rogers TMM -piirilevyn suunnittelu tasapainottaa radiotaajuusjohtavuuden, lämmönjohtavuuden ja valmistettavuuden sen sijaan, että optimoitaisiin kutakin erikseen.

Kuinka valita oikea Rogers TMM -laatu

Käytä TMM3:a, kun matalammat Dk- ja leveämmät RF-käyrät ovat hyödyllisiä

TMM3:a harkitaan usein, kun suunnittelussa tarvitaan pienihäviöisiä, hallittuja Dk-arvoja ja suurempia siirtolinjan mittoja, kuten leveämpiä antennin syöttölinjoja tai laajakaistaista RF-reititystä. Prosessin Dk-arvon ollessa 3.27 ja suunnittelun Dk-arvon ollessa noin 3.45 se on hyödyllinen antennin syötöissä, laajakaistaisissa RF-linjoissa, kytkimissä ja mikroaaltopiireissä, joissa liian korkea Dk tekisi jäljistä kapeita tai kaistanleveydestä rajoitettua. TMM3 voi myös olla houkutteleva vaihtoehto korvattaessa pienemmän Dk-arvon omaavaa PTFE-materiaalia, mutta haettaessa parempaa mekaanista jäykkyyttä. Pienemmän Dk-arvon omaavan perheenjäsenen kohdalla TMM3 RF-levyvaatimukset ohjaavat laatuluokan valinnan tiettyyn levyrakenteeseen.

Kompromissi on piirilevyn pinta-ala. TMM3:n neljännesaaltorakenne on suurempi kuin vastaava rakenne TMM6:ssa, TMM10:ssä tai TMM13i:ssä. Jos tuotteen koko ei ole määräävä rajoite, suurempi geometria voi itse asiassa olla hyödyllinen, koska se vähentää syövytysherkkyyttä ja mahdollistaa puhtaammat siirtymät. Jos kompaktius on kriittistä, korkeamman Dk-arvon omaava TMM-laatu voi olla sopivampi.

Käytä TMM4:ää tai TMM6:tta tasapainottaessasi kokoa ja valmistettavuutta

TMM4 ja TMM6 sijoittuvat tuoteperheen keskitasolle. Ne pienentävät piirin kokoa TMM3:een verrattuna välttäen samalla TMM10:n ja TMM13i:n erittäin korkean Dk-käyttäytymisen. Nämä laatuluokat soveltuvat kompakteihin RF-verkkoihin, taajuusselektiivisiin rakenteisiin, sovituspiireihin ja malleihin, joissa johtimen leveyden, kytkentärakojen ja toleranssiherkkyyden on edelleen pysyttävä valmistettavissa.

Monissa malleissa TMM6 on käytännöllinen keskikohta. Se tarjoaa voimakkaamman koon pienennyksen kuin TMM4, mutta ei vie asettelua samaan miniatyrisoituun tilaan kuin TMM10 tai TMM13i. Oikea valinta tulisi varmistaa impedanssilaskimella, 2D-kenttäratkaisijalla tai kokoaalto-EM-mallilla, koska haluttu johdinten leveys ja välistys voivat olla ratkaisevia tekijöitä pelkän nimellisen Dk:n sijaan. Tämän jälkeen pinoaminen tulisi tarkistaa TMM-yhteensopivan piirilevyvalmistajan kanssa.

Käytä TMM10-, TMM10i- tai TMM13i-laitteita kompakteihin, korkean Dk-arvon piireihin

TMM10, TMM10i ja TMM13i valitaan, kun tarvitaan suurta dielektrisyysvakiota fyysisen koon pienentämiseksi tai tietyn kenttäjakauman saavuttamiseksi. Nämä laadut ovat yleisiä ehdokkaita miniatyrisoituihin suodattimiin, resonaattoreihin, tiheisiin mikroaaltomoduuleihin ja sovelluksiin, joissa muuten harkittaisiin keraamisia alustoja. Kun valitaan korkeamman Dk-arvon omaava laatu, TMM10-valmistus kompaktin RF-geometrian saavuttamiseksi tuo tarkasteluun resonaattorin mitat ja valmistusherkkyyden.

Korkean Dk-arvon omaavien Rogers TMM -levyjen suunnittelu vaatii kurinalaisuutta. Sama kompakti rakenne, joka tekee asettelusta houkuttelevan, voi myös lisätä herkkyyttä pienille mittamuutoksille. Kytkentäraot tulevat kriittisemmiksi, juotosmaskin vaikutukset voivat tulla havaittavammiksi ja lähellä olevalla metallilla voi olla voimakkaampi vaikutus. Korkean Dk-arvon omaavien Rogers TMM -levyjen suunnittelua tulisi tarkastella lopullinen valmistuskyky mielessä pitäen: vähimmäisjälki ja -tila, syövytystoleranssi, kohdistus, porausreiän ja kuparin välinen välys sekä pinnan viimeistelyn paksuus tulisi kaikki vahvistaa ennen asettelun julkaisua.

Harkitse TMM10i:tä ja TMM13i:tä, kun isotrooppisella käyttäytymisellä on merkitystä

”I” TMM10i- ja TMM13i-merkinnöissä osoittaa isotrooppista käyttäytymistä. Isotrooppinen dielektrinen käyttäytyminen voi olla arvokasta, kun sähkökentän suunta muuttuu tai kun suunnittelu riippuu ennustettavasta käyttäytymisestä useilla akseleilla. Monimutkaisissa mikroaaltomoduuleissa, resonaattoreissa, sulautetuissa rakenteissa tai siirtymissä tämä voi vähentää mallinnuksen epävarmuutta verrattuna materiaaleihin, joilla on voimakkaampi suuntariippuvuus.

Yksinkertainen laatuasteikon valintaprosessi

Käytännöllinen valintaprosessi alkaa RF-funktiolla materiaalilistan sijaan. Ensin määritetään kohdeimpedanssi, toimintataajuus, kaistanleveys ja sallittu väliinkytkentävaimennus. Toiseksi arvioidaan matalan, keskitason ja korkean Dk-arvon omaavien materiaalien vaatima fyysinen koko. Kolmanneksi tarkistetaan, ovatko tuloksena olevat johtimien leveydet, raot, läpivientivälykset ja kuparirakenteet valmistettavissa. Neljänneksi vertaillaan häviöbudjettia, lämpövaatimuksia ja kustannuksia. Lopuksi rakennetaan ensimmäinen prototyyppi kuponkirakenteilla, jotta impedanssi ja häviöt voidaan mitata oletuksen sijaan.

Jos kaksi TMM-laatua vaikuttaa sähköisesti työstettävältä, valitse se, jolla on kestävin valmistusikkuna. Materiaali, joka tuottaa erittäin kapeita jälkiä tai kriittisiä rakoja, voi näyttää hyvältä simulaatiossa, mutta siitä voi tulla kallis tai epävakaa tuotannossa. Monille kaupallisille RF-levyille valmistettavuus on yhtä tärkeää kuin nimellinen sähköinen suorituskyky.

Rogers TMM:n korkeataajuisen piirilevyn pinoamissuunnittelu

Yksikerroksiset ja kaksipuoliset RF-levyt

Yksinkertaisin Rogers TMM -piirilevy on kaksipuolinen levy, jossa on RF-johtimet toisella puolella ja jatkuva maataso toisella puolella. Tätä rakennetta käytetään yleisesti Rogers TMM RF -piirilevyasetteluissa. Tämä rakenne on yleinen mikroliuskapiireissä, antennin syötöissä, suodattimissa ja arviointilevyissä. Sen etuja ovat saatavuus, alhaisemmat kustannukset, helpompi mittaus ja vähemmän laminointimuuttujia. Sen rajoituksiin kuuluvat säteily, RF-linjojen altistuminen ympäristölle ja pienempi eristys liuskajohtoon verrattuna.

Kaksipuolisissa RF-levyissä maatason tulee pysyä yhtenäisenä kontrolloidun impedanssin omaavien linjojen alla. Vältä digitaalilinjojen, tehonjakajien tai suurten suojavaippojen reitittämistä suoraan herkkien RF-reittien alle. Maadoitusläpiviennit tulee sijoittaa lähelle siirtymiä, liittimiä, komponenttien maadoituksia ja samantasoisia aaltojohtimien reunoja. Jos levyssä on kiinnitysreikiä, suojia tai metallikoteloita, niiden vaikutus RF-kenttiin tulee ottaa huomioon varhaisessa vaiheessa.

Mikroliuska, maadoitettu koplanaarinen aaltojohdin ja liuskajohto

Mikronauhajohdetta käytetään laajalti, koska se on yksinkertainen ja helppo virittää. Sen avulla komponentit voidaan asentaa suoraan samalle puolelle kuin RF-johde, mutta se voi säteillä enemmän kuin maan alla olevat rakenteet ja olla herkkä juotosmaskille, kotelon korkeudelle ja lähellä olevalle metallille. Maadoitettu koplanaarinen aaltojohdin lisää maadoituskuparia RF-johteen viereen ja käyttää läpivientiompeleita näiden maadoitusten yhdistämiseen referenssitasoon. Tämä voi parantaa eristystä ja helpottaa siirtymiä, mutta se vaatii johtimen leveyden, välin ja läpivientivälien huolellista hallintaa.

Liuskajohto upottaa signaalijäljen referenssitasojen väliin. Se tarjoaa paremman suojauksen ja eristyksen, mikä on hyödyllistä tiheissä mikroaaltomoduuleissa tai herkillä vastaanottoreiteillä varustetuissa piirilevyissä. Kompromisseja ovat valmistuksen monimutkaisuus, vaikeampi viritys ja suurempi riippuvuus laminointipaksuuden säädöstä. Jos piiri käyttää liuskajohtoa, pinoamisen on määriteltävä ydin- ja liitoskerroksen paksuudet selvästi, ja valmistajan on vahvistettava lopullinen puristettu paksuus ennen impedanssimallinnuksen lukitsemista.

Hybridi monikerroksiset pinoamisrakenteet

Hybridilevypino käyttää Rogersin TMM-levyä vain silloin, kun tarvitaan korkeataajuista suorituskykyä, ja digitaalisiin, ohjaus- tai tehokerroksiin käytetään toista materiaalia, usein FR4:ää tai erilaista Rogersin laminaattia. Tämä lähestymistapa voi vähentää kustannuksia ja pitää piirilevyn paksuuden käytännöllisenä. Se voi myös sallia RF-piirit TMM:n ulkokerroksessa, kun taas digitaalinen reititys, tehonjakelu ja mekaaninen tuki sijoitetaan muualle.

Hybridirakenteet on suunniteltava huolellisesti. Eri materiaaleilla on erilaiset CTE:t, kosteuskäyttäytymiset, laminointilämpötilat ja dielektriset ominaisuudet. Pinoamisen tulisi olla mahdollisuuksien mukaan symmetrinen taipumisen ja kiertymisen vähentämiseksi. Liimauskerroksen valinnan tulisi olla yhteensopiva molempien materiaalien ja vaaditun laminointisyklin kanssa. RF-mallin tulisi sisältää todellinen dielektrinen osa johdinjäljen vieressä, ei idealisoitua materiaalia, joka katoaa valmistuksen jälkeen.

Vertailutasot ja paluuvirta

Jokainen korkeataajuinen johdin tarvitsee hallitun paluureitin. RF- ja mikroaaltotaajuuksilla paluuvirta seuraa pienimmän induktanssin omaavaa reittiä, yleensä suoraan signaalijohtimen alapuolella tai vieressä. Tasohalkeamat, tyhjät kohdat, suuret vastakohdat, läpivientiraot ja huonosti sijoitetut siirtymät keskeyttävät tämän virtareitin. Seurauksena voi olla impedanssin epäjatkuvuus, lisääntynyt häviö, säteily, ylikuuluminen tai odottamaton resonanssi.

Rogersin TMM-korkeataajuuspiirilevyjen asettelun tulisi säilyttää jatkuva RF-referenssitaso siirtolinjojen alla. Kun signaali vaihtaa kerrosta, maadoitusläpiviennit on sijoitettava lähelle siirtymää, jotta paluuvirta voi myös vaihtaa kerrosta. Maadoitettua koplanaarista aaltojohtoa käytettäessä läpivientiaidat on pidettävä riittävän lähellä, jotta ne toimivat RF-rajana toimintataajuudella, mutta eivät niin lähellä, että valmistusriski tai ylimääräinen kapasitanssi aiheuttaisi ongelman.

Juotosmaskin päätökset

Monissa RF-asetteluissa vältetään juotosmaskia kontrolloiduilla impedanssilinjoilla, koska juotosmaski muuttaa tehokasta dielektristä ympäristöä ja voi lisätä häviöitä tai impedanssin muutosta. Joissakin malleissa juotosmaskia käytetään edelleen kokoonpanon hallintaan, korroosionestoon tai valmistettavuuteen. Tärkeintä ei ole pitää juotosmaskia näkymättömänä. Jos juotosmaski peittää RF-johtimia, sisällytä se impedanssimalliin tai rakenna testikuponkeja, jotka heijastavat todellista viimeistelyä.

Erittäin herkille mikroaaltopiireille on määriteltävä "ei juotosmaskia RF-johtimissa" tai määriteltävä juotosmaskin tarkat aukot valmistustiedoissa. Sekalevyillä juotosmaski voi jäädä digitaali- ja tehoalueille, kun taas RF-osat avataan valikoivasti. Lopullisessa valinnassa on otettava huomioon kokoonpanon saanto, puhtaus, hapettumisriski ja RF-suorituskyky yhdessä.

Lisäyshäviöiden hallinta: Kupari, viimeistely ja geometria

Dielektrinen häviö ei ole ainoa häviö

Yleinen virhe on verrata korkeataajuisia piirilevymateriaaleja vain differentiaalivaimennuskertoimen (Df) perusteella. Df:llä on merkitystä, mutta johdinhäviö voi olla yhtä tärkeä tai jopa hallitseva, varsinkin taajuuden noustessa. Mikroaalto- ja millimetriaaltotaajuuksilla virta kulkee lähellä kuparipintaa ihovaikutuksen vuoksi. Karkeampi kupari lisää tehokasta virranreittiä ja voi nostaa väliinkytkentähäviötä. Tämä tarkoittaa, että sama Rogers TMM -laminaatti voi tuottaa erilaisia ​​mitattuja häviöitä kuparifolion tyypistä ja pintakäsittelystä riippuen.

Kun hävikki on kriittinen, kysy piirilevyn valmistajalta, mitä kuparifoliota on saatavilla valitulle TMM-laadulle ja -paksuudelle. Sähkösaostetulla kuparilla, valssatulla kuparilla ja matalaprofiilisilla kuparivaihtoehdoilla voi olla erilainen karheus, tarttuvuus ja hinta. Paras valinta riippuu taajuudesta, jälkigeometriasta, kuoriutumislujuusvaatimuksista ja valmistuskyvystä.

Pinnan viimeistelyn valinta

Pinnan viimeistely suojaa paljasta kuparia ja tukee juottamista tai johdinten liittämistä. RF-piireissä viimeistely voi myös vaikuttaa häviöön, impedanssiin ja kontaktin laatuun. ENIG on yleinen ja juotettava, mutta nikkeli on suhteellisen häviöllinen korkeilla taajuuksilla ja voi olla ei-toivottu RF-laukaisualueilla tai pitkillä paljailla RF-johtimilla. Upotushopeaa, upotustinaa, OSP:tä, pehmeää kultaa tai ENEPIG:iä voidaan harkita kokoonpanomenetelmästä, säilyvyydestä, johdinten liittämisvaatimuksista ja ympäristöaltistuksesta riippuen.

Jokaiselle Rogersin TMM-piirilevylle ei ole olemassa yhtä universaalia viimeistelyä, joten viimeistely tulisi valita RF-häviön, juotettavuuden, varastoinnin, liitoksen ja valmistajan testatun TMM-prosessi-ikkunan perusteella. Lankaliitetty mikroaaltomoduuli saattaa vaatia luotettavan liitoksen kanssa yhteensopivan viimeistelyn. Liittimellä varustettu RF-testilevy voi priorisoida matalaa kosketusresistanssia ja toistettavia laukaisuja. Juotettu tuotantolevy voi priorisoida kokoonpanon saantoa ja varastointikestävyyttä. Viimeistely tulisi valita ottaen huomioon sekä RF- että kokoonpanovaatimukset.

Yhdistimen käynnistykset ja siirtymät

Hyvin suunniteltu TMM-siirtolinja voi vikaantua, jos liittimen laukaisu on huono. Siksi liittimien siirtymiä käsitellään osana RF-piirilevyn asettelua, ei pelkästään mekaanisena laitteistona. SMA-, 2.92 mm-, 2.4 mm- ja piirilevyn reunassa tapahtuvat laukaisut vaativat hallittua pad-geometriaa, maadoituksen läpivientiä, referenssitason välystä ja mekaanista kohdistusta. Laukaisu tulisi mallintaa tai kopioida hyväksi havaitusta suunnittelusta tarkalleen piirilevyn paksuuden ja liitintyypin mukaisesti.

Kerrossiirtymät ovat toinen yleinen häviöiden ja heijastusten lähde. Esimerkiksi mikroliuskasta liuskajohtoon tehtävä läpivienti sisältää läpivienti-induktanssin, pad-kapasitanssin, antipad-geometrian ja paluutien läpivientireiät. Alemmilla mikroaaltotaajuuksilla hyvin hallittu läpivienti voi olla hyväksyttävä. Korkeammilla taajuuksilla siirtymä voi vaatia takaisinporausta, lyhyempää tynkäpituutta, optimoituja antipad-taittimia tai koaksiaalista läpivientirakennetta.

Syövytystoleranssi ja viivanleveyden säätö

Kontrolloitu impedanssi riippuu lopullisesta syövytetyn kuparin leveydestä, ei pelkästään CAD-leveydestä. Kuparin paksuus, syövytyskompensointi, jälkien suunta, paneelin sijainti ja valmistusprosessi vaikuttavat kaikki lopulliseen leveyteen. Tämä on erityisen tärkeää korkean Dk-arvon omaaville TMM-materiaaleille, joissa 50 ohmin linja voi olla kapea. Muutaman mikronin vaihtelulla voi olla mitattavissa oleva vaikutus.

Valmistuspiirustuksen tulee sisältää tavoiteimpedanssi, toleranssi, kerrosreferenssi, testikupongin vaatimukset ja se, mallinnetaanko impedanssi ennen pinnoitusta/viimeistelyä vai sen jälkeen. Jos suunnitelma sisältää viritettyjä radiotaajuusrakenteita pelkkien siirtojohtojen sijaan, kriittiset mitat on sisällytettävä erikseen ja keskusteltava siitä, kontrolloidaanko niitä impedanssitestauksella, mittatarkastuksella vai radiotaajuustestauksella.

Rogers TMM -piirilevyn valmistusnäkökohdat

Poraus ja työkalujen kuluminen

Rogersin TMM-laminaatit sisältävät keraamista täyteainetta, joten TMM-projektin valmistusvaihe tulisi käsitellä eri tavalla kuin tavallisessa FR4-työssä. Tämä parantaa sähköisiä ja lämpöominaisuuksia, mutta tekee myös poraamisesta vaativampaa kuin tavallisen FR4-porauksen. Keraaminen täyteaine voi lisätä työkalun kulumista, joten porausparametreja, iskujen määrää, työkalun valintaa ja syöttö-/varamateriaaleja on valvottava. Huonolaatuinen poraus voi aiheuttaa karkeita reiän seinämiä, naulakansia, tahriintumista, purseita tai pinnoitusvirheitä.

TMM:ään perehtynyt valmistaja säätää porausolosuhteita reiän laadun ja terän kestoiän mukaan; tämä on yksi syy valita korjaamo, jolla on dokumentoitua kokemusta Rogersin TMM-valmistuksesta. Hyvin pienet läpiviennit, tiheät läpivientiaidat ja korkean sivusuhteen reiät tulee tarkistaa ennen valmistusta. Jos suunnittelu vaatii useita RF-maadoitusläpivientejä, on parempi validoida läpivientien halkaisija ja välit valmistajan TMM-ominaisuuksia vasten sen sijaan, että oletetaan FR4-suunnittelusääntöjen soveltuvan.

Pinnoitus ja reiän seinämän valmistelu

Yksi TMM:n etu moniin PTFE-pohjaisiin laminaatteihin verrattuna on, että tavallinen TMM ei vaadi natriumnaftenaattikäsittelyä ennen kemiallista pinnoitusta, mikä voi yksinkertaistaa Rogers TMM -piirilevyvalmistajan prosessia. Tämä voi yksinkertaistaa käsittelyä ja vähentää riskivaihetta. Hyvä pinnoitus riippuu kuitenkin edelleen pinnan esikäsittelystä, tahranpoisto-/puhdistuskemiasta, reiän seinämän laadusta ja prosessinohjauksesta.

Luotettavuutta vaativien piirilevyjen osalta on määritettävä vaadittu kuparipinnoituksen paksuus, hyväksymisstandardi ja mahdolliset lämpöjännitysvaatimukset. RF-läpiviennit aidat ja maadoitusläpiviennit eivät ole vain mekaanisia reikiä; ne kuljettavat paluuvirtaa ja vaikuttavat suojaukseen. Haljenneet tai huonosti pinnoitetut läpiviennit voivat aiheuttaa ajoittaisia ​​RF-vikoja, joita on vaikea diagnosoida kokoonpanon jälkeen.

Jyrsintä, uritus ja mekaaniset reunat

Rogersin TMM-levyt saattavat vaatia kontrolloituja reititysolosuhteita, koska keraamisella täytteellä valmistettu laminaatti käyttäytyy eri tavalla kuin FR4. Levyn reunan liittimien lähtöjä, urareunoja, onteloita ja tiukkoja mekaanisia toleransseja tulisi käsitellä varhaisessa vaiheessa. RF-levyjen kohdalla reuna on usein osa sähköistä rajapintaa: levyn reunaliittimet edellyttävät tasaisuutta, pinnoituksen laatua, maadoituksen jatkuvuutta ja tarkkaa etäisyyttä reunasta.

Jos piirilevy asennetaan metallikoteloon, levyn ääriviivat ja kiinnitysreikien sijainnit voivat vaikuttaa RF-maadoitukseen ja onteloiden käyttäytymiseen. Mekaaniset toleranssit on siksi tarkistettava RF-asettelusta, ei pelkästään kotelon piirustuksesta.

Mittapysyvyys ja kohdistus

TMM:n kertamuovirakenne ja hallittu lämpölaajenemiskäyttäytyminen auttavat mittapysyvyydessä, mutta monikerroskohdistus on edelleen valmistuksen haaste, kun suunnittelussa käytetään hienoja ominaisuuksia, haudattuja radiotaajuuskerroksia tai hybridimateriaaleja. Korkeataajuuspiireissä kohdistus vaikuttaa läpivientien ja pad-alustojen väliseen kohdistukseen, liuskajohtimien keskitykseen, kytkentäväleihin ja ontelorakenteisiin. Valmistuspaneelin asettelun tulisi sisältää asianmukaiset kupongit ja kohdistuskohteet.

Kun piiri on erittäin herkkä, harkitse ensisijaisten mittausten pyytämistä: dielektrisen paksuuden, kuparin paksuuden, impedanssikuponkitietojen, kriittisten ominaisuuksien mittojen ja tarvittaessa testirakenteiden S-parametrimittausten pyytämistä. Tämä antaa sekä suunnittelijalle että valmistajalle tosiasiallisen pohjan seuraavan kokoonpanon virittämiseen.

Kokoonpano ja johtojen liittäminen

Rogersin TMM-materiaalit perustuvat kestomuoviin ja niitä käytetään malleissa, jotka saattavat vaatia johtojen liittämistä. Kokoonpanovaatimukset tulee ilmoittaa ennen valmistusta, koska ne vaikuttavat pinnan viimeistelyyn, juotosmaskiin, tasomaisuuteen, puhtauteen ja pakkaukseen. Jos piirilevyssä käytetään paljasta sirua, siru-lanka-kokoonpanoa tai eutektista kiinnitystä, piirilevyn piirustuksissa tulee määritellä liitettävät alueet ja viimeistelyvaatimukset tarkasti.

Juotettujen RF-komponenttien kohdalla juotoskuvion geometria ja juotoksen määrä ovat tärkeitä. Liiallinen juote voi muuttaa impedanssia lämpötyynyissä, kun taas riittämätön juote voi heikentää luotettavuutta. Teho-RF-komponenttien kohdalla lämpötyynyjen alla olevat tyhjät tilat voivat nostaa lämpötilaa ja muuttaa suorituskykyä. Rogers TMM -piirilevyä tulisi siksi tarkastella yhdistettynä valmistus- ja kokoonpanotuotteena eikä pelkänä piirilevynä.

Rogers TMM vs. PTFE, RO4350B ja alumiinioksidi

Rogersin TMM ei ole automaattisesti paras materiaalivalinta jokaiselle korkeataajuiselle piirilevylle, joten sitä tulisi verrata muihin RF-laminaatteihin häviön, jäykkyyden, Dk-alueen, prosessointiriskin ja sovellusvaatimusten perusteella. Se sijoittuu tiettyyn asemaan erittäin pienihäviöisten PTFE-laminaattien, kustannustehokkaiden hiilivety-/keraamilaminaattien, kuten RO4350B:n, ja kovien keraamisten alustojen, kuten alumiinioksidin, välissä. Oikea materiaali riippuu suunnitteluprioriteettista.

TMM vs. PTFE

PTFE-laminaatit voivat tarjota pienemmän häviön kuin TMM. Esimerkiksi RT/duroid 5880 tunnetaan erittäin alhaisesta Dk-arvostaan ​​ja erittäin alhaisesta häviökertoimestaan. Jos suunnittelussa on pitkä ja pienihäviöinen siirtoreitti ja mekaaninen monimutkaisuus on rajallinen, PTFE voi olla parempi sähköinen valinta. PTFE-pohjaiset materiaalit voivat kuitenkin vaatia erikoistuneempaa valmistusta ja olla mekaanisesti vähemmän jäykkiä. Rogers TMM valitaan usein, kun suunnittelussa tarvitaan vahvempaa tasapainoa RF-suorituskyvyn, mittapysyvyyden, pinnoitettujen reikien luotettavuuden ja valmistettavuuden välillä.

TMM vs. RO4350B

RO4350B:tä käytetään laajalti kaupallisissa RF-levyissä, koska se prosessoidaan samalla tavalla kuin tavallinen epoksi/lasi ja on kustannustehokas. Se on vahva vaihtoehto antenneille, RF-moduuleille, tehovahvistimille ja langattomalle infrastruktuurille, joissa häviöbudjetti ja Dk-alue ovat yhteensopivia. TMM:stä tulee houkuttelevampi vaihtoehto, kun suunnittelu vaatii pienempää häviötä kuin RO4350B, suurempaa Dk-vaihtoehtoa, tiukempaa dielektristä säätöä tai jäykkää kestomuovimateriaalia, jolla on TMM:n erityisominaisuudet.

TMM vs. alumiinioksidi

Alumiinioksidi ei ole tavallinen piirilevylaminaatti; se on keraaminen alusta. Se voi olla erinomainen korkean suorituskyvyn mikroaaltomoduuleihin, mutta se on hauras ja käyttää erilaista valmistus- ja kokoonpanoekosysteemiä. Korkean Dk-arvon omaavia TMM-laatuja voidaan harkita, kun suunnittelussa halutaan osan keraamisten dielektristen vakioiden kokoedusta pysyen samalla lähempänä piirilevyjen valmistusmenetelmiä. Tämä ei tarkoita, että TMM korvaa alumiinioksidin joka tapauksessa. Se tarkoittaa, että TMM:ää tulisi arvioida, kun tuotteen on tehtävä kompromissi kompaktin radiotaajuussuorituskyvyn ja piirilevytyyppisen valmistettavuuden välillä.

Valmistussopivuus ja tyypilliset levyjen käyttötarkoitukset

Antennijärjestelmät ja syöttöverkot

Rogersin TMM-korkeataajuuspiirilevyjä käytetään antennijärjestelmissä, joissa vaihe, impedanssi ja häviöiden toistettavuus ovat tärkeitä. Antenniantenniryhmien syöttöverkkojen on jaettava signaaleja ennustettavalla amplitudilla ja vaiheella. Jos dielektrinen vaihtelu siirtää yhden reitin sähköistä pituutta suhteessa toiseen, antenniryhmän suorituskyky voi kärsiä. TMM:n hallitut dielektriset ominaisuudet auttavat ylläpitämään toistettavuutta eri piirilevyjen välillä.

Antennilevyjen materiaalivalinta riippuu kaistanleveydestä, antennin koosta, säteilytehokkuudesta, ympäristöstä ja kustannuksista. Pienemmän Dk-arvon TMM-laatuja voidaan käyttää, kun halutaan laajempaa kaistanleveyttä ja leveämpiä linjoja. Korkeamman Dk-arvon laatuja voidaan harkita kompaktien antennirakenteiden osalta, mutta suunnittelijoiden on otettava huomioon kaistanleveyden ja hyötysuhteen väliset kompromissit.

RF-suodattimet, -kytkimet ja -resonaattorit

Suodattimet ja resonaattorit ovat Dk-herkimpiä piirilevyrakenteita. Pieni muutos dielektrisessä vakiossa tai jälkimitassa voi muuttaa päästökaistaa, heijastusvaimennusta tai kytkentävastetta. TMM on arvokas, koska se tarjoaa hallitut Dk-arvot useille eri laatuluokille, jolloin suunnittelija voi valita suodatintyypille sopivan fyysisen koon ja toleranssiherkkyyden.

Näiden piirien valmistuspiirustuksissa tulisi tunnistaa kriittiset mitat sen sijaan, että kaikkia kuparirakenteita käsiteltäisiin tasapuolisesti. Kytkentävälit, resonaattorien pituudet, neularakenteiset osat, sormien väliset sormet ja maavarat saattavat vaatia erityistarkastusta. Joissakin tapauksissa paras valmistusstrategia on sisällyttää resonaattorikappaleet tai sallia hallittu viritys ensimmäisen kappaleen mittauksen jälkeen.

Tutka- ja ilmailuelektroniikka

Tutka- ja ilmailuelektroniikassa yhdistyvät usein korkea taajuus, lämpövaihtelut, tärinä, tiukat luotettavuusvaatimukset ja pitkä käyttöikä. Pelkästään pienen häviön perusteella valittu materiaali ei välttämättä riitä. Levyllä on oltava myös pinnoitettujen reikien luotettavuus, mittapysyvyys ja se on yhteensopiva kokoonpano- ja ympäristövaatimusten kanssa.

Rogers TMM:n kertamuovin jäykkyys, hallittu lämpölaajenemiskäyttäytyminen ja korkeataajuiset sähköiset ominaisuudet tekevät siitä sopivan vaihtoehdon tutkamoduuleihin, anturilevyihin ja erittäin luotettaviin mikroaaltokokoonpanoihin. Ilmailu- ja puolustusalan töissä hankinnan aikana on ehkä otettava huomioon myös dokumentointi, materiaalien jäljitettävyys, tarkastusvaatimukset ja vientivalvonta.

Satelliitti- ja viestintäjärjestelmät

Satelliitti- ja mikroaaltotietoliikennejärjestelmissä käytetään usein kontrolloidun impedanssin omaavia radiotaajuuspolkuja, vähäkohinaisia ​​vastaanotinosia, tehovahvistimia, suodattimia ja vaiheistettuja verkkoja. Rogersin TMM-piirilevyt voivat tukea näitä toimintoja, kun pinoaminen on suunniteltu pienihäviöistä ja vakaata vaihetta varten. Tietoliikennejärjestelmissä pienetkin parannukset väliinkytkentähäviöissä voivat tarkoittaa parempaa linkkibudjettia, pienempää vahvistimen kuormitusta tai parempaa vastaanottimen herkkyyttä.

RF-teho- ja vahvistinlevyt

Teho-RF-levyjen on oltava sekä sähköisesti että termisesti tehokkaita. Laminaatin on tuettava vakaata impedanssia ja pieniä häviöitä, kun taas asettelun on poistettava lämpöä aktiivisista laitteista. TMM:n lämmönjohtavuus ja pinnoitettujen reikien luotettavuus voivat auttaa, mutta levytason lämpösuunnittelu on edelleen olennaista. Käytä lämpöreikiä, kuparitasoja, lämmönlevittäjiä ja kotelokontakteja tarkoituksella ja varmista, että lämpörakenteet eivät häiritse RF-paluuvirtaa.

Rogersin TMM-piirilevytarjous- ja suunnittelutarkistuslista

Rogersin TMM-piirilevytarjous on tarkempi, kun valmistaja saa täydellisen teknisen paketin. Muussa tapauksessa toimittaja saattaa antaa tarjouksen eri materiaalista, olettaa turvallisemman mutta kalliimman prosessin tai jättää huomiotta RF-kriittiset yksityiskohdat, jotka vaikuttavat TMM-piirilevyn kustannuksiin. Koska TMM on erikoislaatuinen korkeataajuinen laminaatti, puutteelliset tiedot voivat johtaa virheellisiin materiaalien korvaamisiin, virheellisiin pinoamisoletuksiin, vältettävissä oleviin kustannusten nousuihin tai prototyyppien viivästyksiin.

Materiaali- ja pinoamistiedot

• Tarkka Rogersin TMM-luokka: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i tai TMM13i.
• Vaadittu laminaatin paksuus ja kupariverhouksen paino.
• Valmiin levyn paksuus ja toleranssi.
• Kerrosten määrä ja täydellinen pinoaminen, mukaan lukien hybridirakenteiden liimausmateriaalit.
• Mitkä kerrokset ovat kontrolloidun impedanssin omaavia RF-kerroksia?
• Sallitaanko juotosmaskin käyttö RF-jäljissä.
• Kaikki symmetriavaatimukset kaarevuuden ja kiertymisen hallitsemiseksi, erityisesti hybridirakenteissa, joissa yhdistetään TMM:ää muiden materiaalien kanssa.

RF-suorituskykyvaatimukset

• Kunkin RF-linjatyypin kohdeimpedanssi ja toleranssi.
• Toimintataajuusalue ja onko rakenne kapeakaistainen vai laajakaistainen.
• Suurin mahdollinen lisäyshäviö, heijastushäviö tai vaihetoleranssi.
• Kuponkivaatimukset impedanssin, häviön tai S-parametrin mittaukselle.
• Kriittiset RF-mitat, kuten kytkentäraot, resonaattorien pituudet ja laukaisugeometria.
• Liittimen tyyppi ja käynnistyssanos, jos käytetään piirilevyn reunaliittimiä.

Valmistus- ja kokoonpanovaatimukset

• Minimijälki ja -tila, minimiporaus, kuvasuhde ja läpivientityyppi.
• Pinnoituksen paksuus, täyttövaatimukset ja mahdolliset takareikävaatimukset.
• Pintakäsittely: ENIG, upotushopea, OSP, pehmeä kulta, ENEPIG tai muu.
• Johtimien liittäminen, sirujen kiinnittäminen tai erityiset kokoonpanovaatimukset.
• Lämpörajapinnan tarpeet: metallitausta, paksu kupari, lämpöläpiviennit tai lämmönlevitinkontakti.
• Hyväksymisstandardi, tarkastusraportti, materiaalitodistus ja testitietovaatimukset.

Kysymyksiä piirilevyvalmistajalle

Ennen Rogersin TMM-korkeataajuuspiirilevyn julkaisua kysy valmistajalta, onko he aiemmin käsitellyt täsmälleen samaa TMM-laatua ja -paksuutta. Kysy, mitä kuparifolio- ja viimeistelyvaihtoehtoja he tukevat. Varmista heidän saavutettavissa oleva syövytystoleranssi valitulle kuparin paksuudelle. Kysy, miten he testaavat kontrolloitua impedanssia ja vastaako kuponkirakenne RF-linjatyyppiä. Hybridilevyjen osalta kysy, onko laminointipino validoitu taipumisen, kiertymisen ja materiaalien yhteensopivuuden osalta.

Nämä kysymykset estävät yleisen ongelman: sähköisesti monimutkaisen suunnittelun, jota on vaikea valmistaa toistetusti. Pätevän TMM-piirilevyvalmistajan tulisi pystyä keskustelemaan laminaattien saatavuudesta, pinoamisvaihtoehdoista, porausparametreista, pintakäsittelyn kompromisseista ja impedanssin varmentamisesta ennen tilauksen tekemistä. TMM:n korkeataajuustarjouksen saamiseksi anna tarkka laatu, pinoamisvaihtoehto, toiminta-alue, piirilevyn koko, kupari, impedanssitavoitteet ja määrä. Tämä riittää siirtymään perhetason keskustelusta tuotantokohtaiseen tarkasteluun.