TMM Microwave PCB Manufacturing

Производство микроволновых печатных плат на основе термореактивного ламината Rogers TMM наиболее чувствительно в тех местах, где геометрия схемы определяет ее функцию, например, фильтры, разветвители и ВЧ-усилители. Небольшие изменения ширины линий, расстояния между ними или расстояния до опорной плоскости могут изменить настроенную частотную характеристику, даже если марка материала подобрана правильно. Микроволновая печатная плата Rogers TMM — это высокочастотная плата, изготовленная на основе термореактивного микроволнового ламината Rogers TMM, предназначенная для фильтров, разветвителей, резонаторов, усилителей мощности, малошумящих усилителей, радиолокационных модулей, оборудования спутниковой связи и прецизионных микроволновых сборок. На микроволновых частотах подложка печатной платы, медный профиль, качество поверхности, переходные отверстия и заземление являются частью схемы. Практическая задача состоит в выборе марки TMM, контроле потерь, изготовлении многослойной структуры и расчете стоимости платы без потери смоделированной ВЧ-характеристики. Если рассматривается конструкция на основе ПТФЭ, микроволновые конструкции RT/duroid 5870 требуют отдельной многослойной структуры и анализа технологического процесса.

На странице, посвященной микроволновой технике, рассматривается геометрия фильтров, усилителей и разветвителей. В разделе, посвященном производству, обсуждается связь между конструкцией диэлектрика, размерами проводников, металлизированными переходами и контролем качества с радиочастотными структурами, определяющими характеристики готовой схемы.

Компания Rogers TMM производит печатные платы для высокочастотных цепей с использованием микроволнового оборудования.

Почему производство печатных плат для микроволновых систем более чувствительно, чем производство печатных плат для обычных радиочастотных систем?

Микроволновые схемы работают в условиях, когда физические размеры составляют значительную долю длины волны. Короткое замыкание, короткое замыкание, контактная площадка разъема, медное покрытие, изгиб, зазор или металлизированный край могут изменить коэффициент отражения и вносимые потери. Фильтр может сместить центральную частоту. В ответвителе может отсутствовать равномерность связи. Усилитель мощности может стать нестабильным, если путь заземления не имеет низкой индуктивности. Поэтому производителю необходимо сохранять геометрию и структуру, предполагаемые электромагнитной моделью.

Какие микроволновые схемы обычно строятся на основе Rogers TMM?

Типичные схемы включают микрополосковые фильтры, межпальцевые и шпилечные фильтры, ответвительные линии, направленные ответвители, делители Вилкинсона, гибридные ответвители, платы малошумящих усилителей, платы усилителей мощности, трансформаторы импеданса, резонаторы, платы генераторов, платы радиолокационных входных каскадов и модули спутниковой связи. Технология TMM выбирается, когда для этих схем необходимы стабильная диэлектрическая проницаемость (Dk), низкие потери, хорошие тепловые характеристики, жесткая конструкция и надежные металлизированные сквозные отверстия.

Какое место занимает Rogers TMM по сравнению с PTFE и RO4350B?

Ламинаты из чистого ПТФЭ могут обеспечить меньшие диэлектрические потери, но они мягче и часто требуют более специализированной обработки. RO4350B является экономически эффективным и широко используется в основных радиочастотных устройствах, но имеет другие значения диэлектрической проницаемости (Dk), потерь, коэффициента теплового расширения (CTE) и диапазон марок. TMM занимает полезное промежуточное положение: низкие потери, жесткие термореактивные свойства, варианты с высокой диэлектрической проницаемостью (Dk) и контролируемое термическое расширение. Это не обязательно самый дешевый или наименее затратный материал; его выбирают, когда полный баланс электрических, механических и производственных характеристик соответствует продукту.

Выбор микроволновых материалов Rogers TMM в зависимости от функциональности схемы

Выбор материалов для микроволновых устройств начинается с определения функциональности схемы, а не с одного значения диэлектрической проницаемости (Dk). Для широкополосного перехода или питающего элемента может потребоваться более низкое значение Dk. Для компактного резонатора может потребоваться высокое значение Dk. Для фильтра, подверженного воздействию тепла, приоритет может отдаваться температурной стабильности. Для усилителя мощности может потребоваться теплопроводность и надежное заземление. В таблице ниже приведена связь между марками материалов для микроволновых устройств и типичными областями применения.

Какой класс термомеханической мембраны (ТММ) лучше всего подходит для фильтров микроволновых печей?

Для компактных фильтров и резонаторов часто рассматриваются TMM6, TMM10, TMM10i и TMM13i, поскольку более высокое значение Dk уменьшает размер резонатора. Для более широкополосных фильтров или структур, требующих более широких линий и меньшей чувствительности к допускам, могут быть лучше TMM3 или TMM4. Правильный выбор зависит от центральной частоты, полосы пропускания, добротности без нагрузки, площади компоновки, зазоров связи, производственных допусков и ожидаемого температурного диапазона.

Какой класс термомеханической мембраны лучше всего подходит для микроволновых усилителей мощности?

При проектировании плат усилителей мощности обычно приоритет отдается стабильному импедансу, теплоотводу, заземлению с низкой индуктивностью и надежности сборки. TMM3, TMM4 или TMM6 являются распространенными вариантами, когда необходимо сохранить приемлемую ширину линий и требуется широкополосное согласование. Высокодиэлектрические TMM могут использоваться для компактного согласования или специальной геометрии модуля, но более узкие линии и повышенная концентрация поля должны быть тщательно изучены.

Расчет потерь на печатной плате микроволнового оборудования с использованием модуля TMM компании Rogers.

Что влияет на потери на печатной плате микроволнового модуля TMM?

Вносимые потери представляют собой сумму диэлектрических потерь, потерь в проводнике, потерь на излучение/утечку и потерь из-за разрывов. Диэлектрические потери обусловлены коэффициентом диссипации TMM и возрастают с частотой и длиной линии. Потери в проводнике обусловлены шероховатостью меди, толщиной меди, качеством поверхности и шириной дорожки. Потери на излучение обусловлены открытыми структурами, плохим экранированием и разрывами. Потери из-за разрывов обусловлены вводами, изгибами, переходными отверстиями, коническими сечениями, контактными площадками и изменениями плоскости отсчета.

Почему потери в проводнике могут быть доминирующими даже при использовании TMM с низкими потерями?

На микроволновых частотах ток течет вблизи поверхности проводника. Шероховатая медь увеличивает эффективную длину пути, а никелевые покрытия могут добавлять дополнительное сопротивление. Узкая линия с высоким значением диэлектрической проницаемости (Dk) может иметь большие потери в проводнике, чем более широкая линия с более низким значением Dk, даже если обе используют одно и то же семейство ламинатов. Именно поэтому при анализе микроволновых печатных плат следует учитывать медную фольгу и качество поверхности, а не только значения Dk и Df.

Как следует подтверждать факт убытков?

Для прототипа включите в комплект образец для измерения вносимых потерь, изготовленный из того же типа проводника, меди, покрытия и диэлектрика, что и готовая схема. Проведите измерения с использованием предполагаемых разъемов и плана деэмбединга, если это необходимо. Если измеренные потери выше ожидаемых, определите причины: диэлектрические потери, шероховатость проводника, потери на покрытии, потери на отражение при передаче, потери при переходе через переходное отверстие или излучение. Структурированное измерение предотвратит ненужные изменения материалов.

Область применения материалов: В данной статье рассматривается изготовление печатных плат для микроволновых устройств, если в проекте указан ламинат из термопластичных материалов (TMM). Подтвердите утвержденный сорт, конструкцию и документацию по материалам в запросе предложений (RFQ).

Микрополосковые, полосковые и GCPW-структуры для микроволновых печатных плат Rogers TMM

В каких случаях микрополосковые линии допустимы для использования в микроволновых схемах?

Микрополосковые линии приемлемы, когда важны доступ, настройка и монтаж компонентов, а также возможность контроля излучения. Они широко используются в фильтрах, согласующих сетях и разветвителях. На более высоких частотах необходимо моделировать разрывы в микрополосковых линиях. Не следует игнорировать паяльную маску, толщину покрытия и расположенные рядом металлические корпуса, поскольку они изменяют условия поля.

В каких случаях следует использовать полосковую линию для микроволновой изоляции?

Полосковая линия полезна, когда схему необходимо экранировать от других участков платы или корпуса. Она снижает излучение и может улучшить контроль перекрестных помех. Компромисс заключается в более сложной технологии изготовления и меньшем доступе для настройки. Кроме того, полосковая линия возлагает большую ответственность за толщину ламината и точность совмещения, поскольку линия скрыта и не может быть скорректирована после изготовления.

Почему GCPW широко используется в микроволновых модулях?

Технология GCPW обеспечивает локализацию поля на внешнем слое, сохраняя при этом доступность компонентов. Она широко используется для запуска разъемов, создания плотных модулей и переходов миллиметрового диапазона. Зазор между боковой поверхностью и заземлением, защитная перегородка переходного отверстия и целостность заземления имеют решающее значение. Отсутствие или несоответствие защитной перегородки переходного отверстия может привести к резонансам и ухудшению коэффициента отражения.

Проектирование печатных плат микроволновых фильтров и соединителей Rogers TMM

Почему микроволновые фильтры чувствительны к диэлектрической проницаемости TMM и устойчивости к травлению?

Частотная характеристика фильтра зависит от длины резонатора, зазора связи, диэлектрической постоянной и потерь в проводнике. Если фактическое значение Dk отличается от смоделированного, центральная частота смещается. Если зазоры вытравлены слишком широкими или слишком узкими, изменяется полоса пропускания и пульсации. Если потери в меди или покрытии слишком высоки, увеличиваются вносимые потери и падает добротность (Q). Метод TMM помогает, обеспечивая контролируемое значение Dk, но конечная характеристика все еще зависит от технологичности производства.

Как следует обрабатывать зазоры в соединительных линиях при изготовлении?

Фильтры и соединители с соединенными линиями часто используют узкие зазоры. Эти зазоры должны быть обозначены на чертеже как критические размеры. Производитель должен проверить минимальные допустимые зазоры, компенсацию травления и метод контроля. Если зазор близок к пределу изготовления, разработчику может потребоваться скорректировать толщину диэлектрика, диэлектрическую проницаемость (Dk) или топологию, вместо того чтобы принудительно запускать в производство хрупкую геометрию.

Может ли TMM заменить оксид алюминия в некоторых микроволновых модулях?

Компания Rogers рассматривает TMM10 и TMM10i в качестве кандидатов на замену алюминиевых подложек в некоторых областях применения. Причина заключается в сочетании высокой диэлектрической проницаемости (Dk), жесткости термореактивных материалов и технологии обработки, аналогичной обработке печатных плат. Однако это не универсальная замена: алюминий по-прежнему обладает очень высокой теплопроводностью и специфическими преимуществами керамики. TMM рассматривается в тех случаях, когда требуется компактная конструкция с высокой диэлектрической проницаемостью (Dk), удобная технология изготовления печатных плат, металлизированные отверстия и упрощенная интеграция в плату.

Разработка печатной платы и тепловых характеристик усилителя мощности Rogers TMM.

Что наиболее важно при проектировании печатной платы усилителя мощности на основе TMM-технологии?

Для плат усилителей мощности необходимы контролируемое входное/выходное сопротивление, низкоиндуктивное заземление, теплоотвод, стабильная трассировка смещения и надежная сборка. Согласующая ВЧ-цепь должна располагаться близко к устройству и быть построена на заданном диэлектрике. Плотность заземляющих переходных отверстий под корпусом и вокруг него должна быть достаточной для снижения индуктивности и обеспечения теплоотвода. Площадь медных проводников, тепловые переходные отверстия и стратегия монтажа должны соответствовать техническим характеристикам устройства и пути теплоотвода системы.

Каким образом TMM способствует повышению термической стабильности?

Материал TMM обладает низким коэффициентом теплопроводности и лучшей теплопроводностью, чем многие традиционные ламинаты на основе ПТФЭ. По мере нагревания платы электрическая длина и согласование остаются более стабильными, чем у материалов, у которых диэлектрическая проницаемость Dk изменяется сильнее. Температурные характеристики особенно важны для усилителей, генераторов и фильтров, работающих в широком диапазоне температур окружающей среды. Более подробная информация представлена ​​на странице Rogers TMM, посвященной температурно-стабильным печатным платам.

Какие производственные ошибки влияют на стабильность PA?

К распространённым ошибкам относятся: редкое расположение заземляющих переходных отверстий, длинные развязывающие петли, неконтролируемая геометрия запуска, проникновение паяльной маски в ВЧ-линии, неподходящее качество отделки, плохое тепловое покрытие переходных отверстий и изменение толщины диэлектрика после моделирования. Эти проблемы могут снизить усиление, увеличить потери, вызвать колебания или привести к проблемам с тепловой надёжностью.

Разъемы для СВЧ-оборудования: переходники и заземление

Почему запуск коннекторов требует особого рассмотрения?

Разъем представляет собой переходный процесс между коаксиальным режимом и режимом передачи по печатной плате. Размер контактной площадки, расположение заземляющего переходного отверстия, зазор в опорной плоскости, объем припоя и качество покрытия — все это влияет на коэффициент отражения. Разъем, работающий на частоте 2 ГГц, может быть неприемлем на частотах 18 ГГц или 40 ГГц. Разъем должен быть смоделирован или основан на проверенном типоразмере для выбранного разъема и структуры TMM.

Когда необходимо обратное бурение?

Обратное сверление удаляет неиспользуемые сквозные отверстия, которые могут резонировать и ухудшать характеристики в микроволновом диапазоне. Его следует применять, когда длина сквозного отверстия имеет существенное электрическое значение для рабочего диапазона и когда это позволяет механическая структура. Обратное сверление увеличивает стоимость и требования к допускам, поэтому его следует выбирать исходя из реальных потребностей в производительности, а не по умолчанию.

Как следует проектировать заземление?

Для заземления микроволнового оборудования необходимы короткие токовые петли, непрерывные опорные плоскости, соединение переходных отверстий вокруг контактной площадки, надежное заземление вокруг разъемов и заземление устройств с низкой индуктивностью. Заземление является частью схемы, а не заполняющим элементом, добавленным после трассировки. Плохое заземление проявляется в виде потерь на отражение, перекрестных помех, пульсаций усиления, нестабильности усилителя мощности или излучения.

Контроль качества производства печатных плат для микроволновых систем Rogers TMM

Требования к чертежам для изготовления

Чертеж для изготовления должен определять элементы, непосредственно влияющие на радиочастотные характеристики, технологичность и контроль качества. Ключевые требования включают марку TMM Rogers, толщину диэлектрика, структуру слоев, толщину готовой платы, плотность меди, качество поверхности, ограничения по паяльной маске, контролируемое сопротивление, критические размеры, класс приемки, требования к испытаниям и требования к образцам. Компания Highleap проверяет конструкцию микроволнового слоя, переходные отверстия, определение меди и любые настроенные размеры перед изготовлением. Проверка первого образца должна соответствовать типу схемы, при этом радиочастотные измерения должны использоваться там, где выпуск в производство зависит от измеренных характеристик. Точные значения свойств материалов должны быть проверены по текущей документации поставщика для указанной марки и конструкции. План приемки микроволнового оборудования должен различать проверку импеданса на линиях передачи TMM и любые дополнительные радиочастотные измерения, требуемые заказчиком.

Для микроволновых фильтров, ответвителей и резонаторов необходимо четко указать критические длины резонаторов, зазоры связи и зазоры заземления. Для антенных плат следует указать размеры патчей, геометрию питания, зазоры по краям и зону, запрещенную для использования с паяльной маской. Для плат усилителей мощности необходимо определить массивы тепловых переходных отверстий, открытые медные контакты, заземляющие площадки и зоны рассеивания тепла. Для выводов разъемов на чертеже следует указать тип разъема, площадь вывода, состояние опорной плоскости и схему расположения заземляющих переходных отверстий.

Нечеткие примечания, такие как «высокочастотный материал» или «стандартная отделка», могут создавать риски при составлении сметы и производстве. Чертеж микроволновой печатной платы Rogers TMM должен содержать измеримые требования, чтобы инженерные, CAM-, производственные и контрольно-измерительные группы соблюдали одинаковые условия сборки.

Данные прототипа для управления производством

Результаты, полученные на этапе создания прототипа, следует преобразовать в контролируемые производственные корректировки. Если вносимые потери выше ожидаемых, перед изменением класса Rogers TMM следует проверить профиль меди, качество поверхности, ширину готовой дорожки, состояние паяльной маски и потери при выводе из разъема. При сдвиге частоты следует сосредоточиться на толщине диэлектрика, допущениях относительно расчетной диэлектрической проницаемости (Dk), длине травления, зазоре связи и толщине платы. При низких потерях на отражение следует проверить геометрию вывода, переходы через переходные отверстия, расположение заземляющих переходных отверстий и непрерывность опорной плоскости.

После подтверждения причины, производственный пакет следует обновить, добавив исправленные файлы Gerber, утвержденную структуру платы, данные об измеренном импедансе и исправленные примечания по изготовлению. Повторные заказы должны выполняться в соответствии с той же контролируемой редакцией, а не с неформальными комментариями к прототипу. Процесс перехода от прототипа к серийному производству описан в руководстве по прототипированию печатных плат Rogers TMM.

Контрольный список для расчета стоимости печатной платы микроволновой печи для проектов Rogers TMM.

Технические данные, необходимые для точного расчета стоимости.

Коммерческое предложение Rogers TMM по микроволновым печатным платам должно основываться на полных инженерных данных, а не только на размере платы и количестве слоев. В запросе предложений должны быть четко указаны радиочастотные функции, требования к материалам, структура слоев, файлы для производства, целевые значения импеданса, требования к отделке, план тестирования, количество и потребности в сборке.

• Диапазон рабочих частот и радиочастотные функции, такие как антенна, фильтр, соединитель, усилитель мощности, фидерная сеть или измерительное приспособление.
• Файлы Gerber, ODB++ или IPC-2581, данные сверления и чертежи для изготовления.
• Марка Rogers TMM, толщина диэлектрика и толщина готовой платы.
• Структура слоев, вес меди, опорные плоскости и материал для склеивания при гибридных схемах.
• Тип линии передачи, например, микрополосковая линия, полосковая линия или заземленный копланарный волновод.
• Целевые значения, допуски и требования к образцам для измерения управляемого импеданса.
• Критические размеры для фильтров, соединителей, резонаторов, антенных площадок и разъемов.
• Качество поверхности, предпочтительный профиль медного покрытия и ограничения, связанные с паяльной маской.
• Требования к переходным отверстиям, включая переходные отверстия для радиочастотного заземления, перегородки для переходных отверстий и массивы тепловых переходных отверстий.
• Требования к испытаниям и документации, такие как протокол импедансных измерений, микросрез, сертификат на материал или сертификат соответствия.
• Количество, сроки поставки, статус прототипа или серийного производства, а также требования к печатным платам, если требуется поддержка сборки.

Факторы цены и сроков

Окончательная цена зависит от марки стали Rogers TMM, наличия материала, толщины диэлектрика, использования панели, количества слоев, гибридной конструкции, профиля меди, качества поверхности, сложности сверления, плотности переходных отверстий, импедансных испытаний, требований к образцам, уровня документации, объема заказа и сроков поставки.

Чтобы избежать изменения цен после проверки, в запросе предложений следует разделять фиксированные требования и гибкие опции. Если обязательными являются марка Rogers TMM, качество поверхности, отчет об импедансе или микросечение, это следует указать до составления предложения. Для планирования затрат и переменных в предложении см. руководство по ценам на печатные платы Rogers TMM. В предложении укажите микроволновую топологию или критические размеры, структуру слоев, частотный диапазон, качество обработки и количество. Затем поставщик сможет оценить объем работ по механической обработке, контролю качества и радиочастотной проверке на основе реального проекта.