Производство радиочастотных печатных плат TMM с контролируемым импедансом

Производство ВЧ печатных плат с использованием термореактивного микроволнового ламината Rogers TMM с контролируемым импедансом — это, в первую очередь, проблема контроля структуры слоев, а во вторую — проблема ширины дорожек. Толщина диэлектрика, профиль меди и соотношение с опорной плоскостью определяют геометрию линий, которая фактически используется при расчете импеданса. ВЧ печатная плата Rogers TMM — это печатная плата, в которой используется термореактивный микроволновый ламинат Rogers TMM для создания ВЧ линий передачи с контролируемым импедансом, ВЧ входных каскадов, фильтров, ответвителей, согласующих цепей, плат малошумящих усилителей, секций усилителей мощности, тестовых приспособлений и антенных фидерных сетей. На практике разработчикам необходимо знать, как TMM влияет на импеданс, потери и компоновку; покупателям необходим четкий пакет коммерческих предложений по ВЧ-технологиям; а производителям необходимо определить, какие функции требуют жесткого контроля технологического процесса. Если гибридная структура ВЧ-печати предусматривает использование этого соединительного материала, контроль слоев RO4450F помогает определить конечное расстояние между диэлектриками, используемое в модели импеданса.

Данное руководство посвящено производству плат с контролируемым импедансом: взаимосвязи между выпущенной ВЧ-геометрией, конструкцией диэлектрика, медью, переходными отверстиями, импедансными образцами и методом проверки, используемым на готовой плате.

Замысел компании Rogers TMM RF PCB Design and Manufacturing Intent

Какую проблему решает Rogers TMM при проектировании радиочастотных печатных плат?

В радиочастотных схемах всё зависит от предсказуемого электромагнитного поведения. На радиочастотах трасса — это уже не просто медное соединение; это линия передачи с импедансом, фазовой задержкой, потерями в проводнике, диэлектрическими потерями и разрывами. Материал Rogers TMM помогает в этом, обеспечивая контролируемые диэлектрические свойства, низкий тангенс угла диэлектрических потерь, жесткую термореактивную структуру и хорошую механическую стабильность. По сравнению с обычным FR4, TMM предоставляет инженеру-радиочастотнику более надежную основу для линий 50 Ом, фазово-согласованных трактов и настроенных структур.

Производственный аспект не менее важен. Даже хорошая ВЧ-схема может оказаться неудачной, если плата изготовлена ​​с неправильной толщиной диэлектрика, неконтролируемой шириной травления, шероховатой медью, неподходящим покрытием или поврежденным обратным проводящим путем. ВЧ-печатная плата Rogers TMM должна выпускаться в виде проектируемой структуры, а не только в виде файлов Gerber.

Какие радиочастотные схемы обычно строятся на платформе Rogers TMM?

К распространенным примерам относятся ВЧ-переключатели, фильтры, диплексеры, сумматоры, делители мощности, ответвители, входные модули, платы малошумящих усилителей, платы усилителей мощности, платы питания GPS/ВЧ-сигналов, разъемы для ВЧ-тестирования и калибровочные приспособления. Материал TMM особенно полезен там, где требуется более жесткая альтернатива ПТФЭ, высокая надежность при монтаже в отверстия, вариант с высоким значением диэлектрической проницаемости (Dk) для компактных конструкций или стабильный коэффициент диэлектрической проницаемости.

В чём разница между радиочастотной (RF) и микроволновой (Microwave) печатными платами в этом кластере?

Выбор материалов для печатных плат Rogers TMM RF для обеспечения контролируемого импеданса

Выбор материала определяет геометрию, которую производитель может фактически изготовить. Марки с более низким значением Dk, такие как TMM3, позволяют получить более широкие линии с сопротивлением 50 Ом при заданной толщине диэлектрика, что обычно улучшает устойчивость к травлению и может снизить потери в проводнике. Марки с более высоким значением Dk, такие как TMM10, TMM10i и TMM13i, уменьшают размеры ВЧ-структур, но создают более узкие линии и большую чувствительность к допускам на размеры. TMM6 и TMM4 находятся между этими крайностями. На микроволновых частотах при производстве микроволновых схем из TMM также учитываются потери и фазовые характеристики, которые невозможно установить с помощью проверки целостности цепи постоянного тока.

Какой класс термопластов Rogers TMM лучше всего подходит для радиочастотной печатной платы с сопротивлением 50 Ом?

Для сопротивления 50 Ом не существует единого оптимального сорта меди. Если конструкция имеет достаточную площадь и требует широкой полосы пропускания или упрощения изготовления, предпочтительнее могут быть TMM3 или TMM4. Если конструкция компактна и допускает более узкие дорожки, можно рассмотреть TMM6 или TMM10. Если ВЧ-структура представляет собой резонатор или миниатюрный соединитель, подходящим решением может быть TMM с высоким значением диэлектрической проницаемости (Dk). Выбор сорта меди следует производить с учетом толщины диэлектрика и плотности меди, чтобы обеспечить возможность изготовления конечной ширины дорожки.

Должен ли разработчик радиочастотного оборудования использовать техническое задание Dk или техническое задание Dk?

Для моделирования ВЧ-схем обычно лучшей отправной точкой является опубликованное значение Dk, поскольку оно предназначено для сопоставления с поведением схемы. Значение Dk, соответствующее технологическому процессу, остается важным для спецификации материалов и контроля качества на входе. На чертеже для изготовления должны быть указаны точный сорт и толщина, а решатель должен использовать правильное значение Dk и реальную геометрию линии. Если на чертеже указано только «TMM» без указания сорта, толщины и целевого импеданса, производитель не сможет достоверно рассчитать стоимость или изготовить ВЧ-схему.

Проектирование линии передачи радиочастотного сигнала на печатной плате Rogers TMM.

В каких случаях следует использовать микрополосковые линии на радиочастотных платах с TMM-модулями?

Микрополосковая линия размещает радиочастотную дорожку на внешнем слое над опорной плоскостью. Она проста в изготовлении, удобна для измерения параметров и подходит для монтажа компонентов, площадок настройки и вывода разъемов. Она широко используется для питания антенн, фильтров, ответвителей и радиочастотных входных каскадов. Недостатком является то, что магнитное поле частично распространяется в воздухе, поэтому микрополосковая линия более подвержена воздействию паяльной маски, покрытий, близлежащих металлических элементов, корпусов и изменений окружающей среды. Кроме того, она излучает больше, чем заглубленная полосковая линия.

В каких случаях заземленный копланарный волновод лучше микрополоскового?

Заземлённый копланарный волновод (GCPW) размещает заземляющую медную дорожку рядом с ВЧ-дорожкой и соединяет эти боковые заземляющие контакты с опорной плоскостью с помощью переходных отверстий. Он полезен для плотных ВЧ-схем, ввода разъемов, миллиметровых переходов и схем, требующих лучшей локализации поля, чем простая микрополосковая линия. Критически важными производственными размерами являются как ширина дорожки, так и зазор, поэтому необходимо тщательно контролировать травление и зазор между паяльной маской и поверхностью.

Когда следует выбирать стриплайн?

Полосковая линия пропускает сигнал между двумя опорными плоскостями. Она обеспечивает лучшую защиту от излучения, меньшую радиацию и лучшую изоляцию от соседних цепей, но требует большего количества слоев и затрудняет зондирование или настройку. Полосковая линия полезна, когда перекрестные помехи, излучение или взаимодействие с корпусом недопустимы. Поскольку поле находится внутри диэлектрика, поведение линии тесно связано с диэлектрической проницаемостью ламината (Dk) и толщиной диэлектрика.

Область применения материалов: В данной статье рассматривается изготовление печатных плат с контролируемым импедансом, когда в проекте указан ламинат TMM. Подтвердите утвержденный сорт, конструкцию и документацию по материалам в запросе предложений.

50 Ом Rogers TMM RF PCB Controlled Impedance

Как рассчитывается сопротивление 50 Ом в программе Rogers TMM?

Расчет сопротивления 50 Ом производится на основе класса TMM, расчетного значения Dk, толщины диэлектрика относительно опорной плоскости, толщины меди, конечной ширины травления, состояния паяльной маски и геометрии линии. Производитель не должен использовать стандартный онлайн-калькулятор после завершения расчета структуры слоев; расчет должен соответствовать фактической структуре слоев, полученной в процессе производства. Если линия представляет собой GCPW (Global Capture Welding – линия с контактами между боковыми и заземляющими проводниками), необходимо учитывать зазор и расстояние между переходными отверстиями. Если линия представляет собой полосковую линию, необходимо учитывать асимметрию между верхним и нижним диэлектриками.

Какой допуск следует указывать для радиочастотного импеданса?

Допуск ±10% является обычным для многих печатных плат с контролируемым импедансом, но для радиочастотных схем может потребоваться более строгий контроль в зависимости от частоты и чувствительности. Жесткий допуск не бесплатен: он требует технологичности ширины линий, контролируемой толщины диэлектрика, стабильной компенсации травления и качественных образцов. Указание нереалистичного допуска для узкой линии с высоким значением диэлектрической проницаемости может увеличить стоимость без улучшения конечного продукта. Допуск должен соответствовать реальным потребностям схемы.

Почему использование термомодуляторов с высоким значением диэлектрической проницаемости (Dk) затрудняет контроль импеданса?

Более высокое значение Dk уменьшает необходимую ширину линии для достижения целевого импеданса. Более узкие линии приводят к тому, что вариации травления составляют больший процент от окончательной ширины. Поэтому небольшое изменение ширины может привести к большему сдвигу импеданса. Более высокие значения Dk также уменьшают размеры резонансных структур, поэтому физические допуски занимают большую часть бюджета электрических допусков. Это не делает высокодиэлектрические материалы непригодными; это означает, что проверка на соответствие требованиям проектирования для производства должна быть более строгой.

Правила компоновки ВЧ-цепей Rogers TMM для обратного пути, переходных отверстий и соединений

Почему обратный радиочастотный путь так же важен, как и трассировка?

ВЧ-ток возвращается под или вокруг сигнальной линии через ближайшую опорную структуру. Разделения плоскостей, пустоты, щели, кластеры антиплощадок и неудачно расположенные переходы заставляют ток обходить препятствие, что приводит к разрывам импеданса, излучению и перекрестным помехам. Непрерывная опорная плоскость — одно из важнейших правил компоновки ВЧ-плат на основе TMM. Если линия меняет слои, обратный путь должен быть обеспечен переходными отверстиями или запланированным переходом.

Как следует размещать переходные отверстия для заземления ВЧ-сигнала?

Заземляющие переходные отверстия следует размещать вблизи мест подключения разъемов, заземления компонентов, заземления со стороны GCPW, переходников, ограждений переходных отверстий и точек возврата сильноточных ВЧ-сигналов. Их задача — уменьшить индуктивность и ограничить поля. Точный шаг зависит от частоты и геометрии, но ключевая идея — это стабильность: ограждение переходного отверстия, которое начинается и заканчивается непредсказуемо, может создавать нежелательные резонансы. Размер сверла и кольцевого зазора также должны оставаться технологичными для выбранной толщины TMM.

Как можно уменьшить связь на радиочастотной печатной плате Rogers TMM?

Связь между линиями связи уменьшается за счет увеличения зазоров, экранирования заземления, ортогональной трассировки там, где это возможно, с помощью ограждений, трассировки полосковых линий и тщательного проектирования опорной плоскости. В структурах со связанными линиями, таких как направленные ответвители, намеренно используется контролируемая связь, поэтому их зазоры являются критически важными размерами. Непреднамеренная связь между радиочастотными путями обрабатывается на этапе проверки топологии и, при необходимости, с помощью электромагнитного моделирования.

Контроль потерь ВЧ-сигнала: шероховатость, качество обработки и геометрия меди.

Что вызывает потери на вносимом сигнале на радиочастотной печатной плате Rogers TMM?

Вносимые потери обусловлены диэлектрическими потерями, потерями в проводнике, радиационными потерями и потерями из-за разрывов. Метод TMM позволяет поддерживать относительно низкий уровень диэлектрических потерь, но потери в проводнике все еще могут преобладать в длинных или узких линиях. Шероховатость меди увеличивает эффективный путь тока на ВЧ-сигнале. Никельсодержащие покрытия могут увеличивать потери. Узкие дорожки имеют более высокое сопротивление, чем более широкие. Входные патрубки, сквозные шлейфы и резкие разрывы увеличивают обратные потери и могут выглядеть как дополнительные вносимые потери при измерениях.

Как следует выбирать медь и тип обработки поверхности?

Для радиочастотных процессов, чувствительных к потерям, используйте наиболее гладкий медный профиль, обеспечивающий надежное изготовление и адгезию, а затем выберите покрытие, отвечающее как радиочастотным требованиям, так и требованиям сборки. OSP и иммерсионное серебро — распространенные варианты с низкими потерями. ENIG и ENEPIG могут потребоваться для повышения долговечности или прочности соединения, но следует учитывать увеличение радиочастотных потерь. Если конструкция имеет строгий бюджет потерь, включите купон потерь в прототипную панель.

Влияет ли защитная маска на радиочастотные характеристики микросхемы Rogers TMM?

Паяльная маска изменяет диэлектрическую среду вокруг внешнего радиочастотного проводника. На микрополосковых и GCPW-платах это может привести к изменению импеданса и эффективной диэлектрической постоянной. На многих радиочастотных платах паяльная маска располагается вдали от критически важных радиочастотных проводников или её влияние моделируется явным образом. В технических указаниях по изготовлению следует указать, допускается ли использование маски над радиочастотными линиями, вокруг точек ввода и в зонах антенн.

Обзор производственных процессов при изготовлении радиочастотных печатных плат Rogers TMM.

Что должен проверить производитель печатных плат перед изготовлением радиочастотной платы TMM?

Производитель должен проверить марку TMM, толщину диэлектрика, плотность меди, ширину линий, зазоры GCPW, размеры переходных отверстий, кольцевые зазоры, расстояние от края до меди, отверстия в паяльной маске, качество поверхности, конструкцию импедансного образца и критические размеры. Он также должен проверить, не противоречит ли требуемое качество покрытия целевому показателю радиочастотных потерь и не создает ли контур платы нагрузку на трассировку вблизи критически важных радиочастотных элементов.

Когда следует проверять радиочастотные характеристики с помощью прототипа?

Проверка прототипа рекомендуется, если радиочастотный тракт новый, антенна или фильтр настроены, в конструкции используется новый сорт TMM, геометрия ввода не была измерена или бюджет потерь ограничен. В описании процесса создания прототипов печатных плат с использованием TMM от Rogers объясняется, как результаты измерений импеданса и радиочастотных характеристик должны учитываться при разработке серийного продукта.

Контрольный список запроса коммерческого предложения для компании Rogers TMM RF PCB Manufacturing

Что должно быть включено в пакет коммерческого предложения на изготовление радиочастотной печатной платы?

• Файлы Gerber, ODB++ или IPC-2581, содержащие данные о сверлении и контур платы.
• Марка Rogers TMM, толщина диэлектрика и толщина готовой платы.
• Структура слоев с опорными плоскостями и функциями радиочастотного слоя.
• Целевые значения управляемого импеданса, типы линий и допуски.
• Предпочтения по весу/профилю меди и качеству обработки поверхности.
• Правила нанесения защитной маски на ВЧ-дорожки и области антенны/питания.
• Требования к тестовому образцу: TDR, потеря при введении, микросрез или первый образец.
• Количество, сроки поставки, статус прототипа или серийного производства и требования к сборке.

Для планирования коммерческих затрат используйте прайс-лист TMM PCB . Для схем радиочастотных компонентов антенн см. руководство TMM по антенным печатным платам.

Передача проекта радиочастотного оборудования компании Rogers TMM PCB Manufacturing.

Что ещё, помимо файлов Gerber, должен отправить инженер по радиочастотам?

Инженер по радиочастотам должен предоставить предполагаемую структуру платы, предположения решателя, целевое сопротивление, тип линии, частотный диапазон, предпочтительный тип отделки поверхности, правила нанесения паяльной маски и список критически важных цепей или структур. Если проект был оптимизирован в электромагнитном симуляторе, файл для изготовления должен соответствовать смоделированной геометрии. Например, если моделирование предполагало отсутствие паяльной маски над линией GCPW, это должно быть указано на чертеже для изготовления. Если предполагалась определенная толщина меди в готовом изделии, это также должно быть указано. Highleap проверяет структуры с сопротивлением 50 Ом или другими контролируемыми импедансами на соответствие выпущенной структуре платы и определяет образец или метод измерения на основе чертежа. Цель состоит в проверке готовой платы, а не только в воспроизведении номинальной ширины изображения. Точные значения свойств материалов должны быть проверены по текущей документации поставщика для указанного класса и конструкции.

Как следует утверждать изменения ширины строки?

Иногда производители корректируют ширину линии для соответствия импедансу после перерасчета структуры платы. Это может быть правильно, но должно быть задокументировано. Если линия представляет собой простое межсоединение на 50 Ом, корректировка ширины может улучшить характеристики платы. Если линия является частью фильтра, ответвителя или антенной структуры, изменение ширины без обновления модели может изменить не только импеданс. В процессе сертификации следует различать обычные управляемые линии от резонансных или связанных ВЧ-структур.

Когда необходима электромагнитная симуляция?

Расчеты импеданса в замкнутой форме полезны для прямых линий, но электромагнитное моделирование часто необходимо для вводов, переходов, полей переходных отверстий, соединителей, фильтров, антенных фидеров, изгибов, тройников и плотных топологий. Производителю печатных плат не всегда требуется выполнять полное электромагнитное проектирование, но он должен понимать, когда элемент слишком сложен, чтобы рассматривать его как простую дорожку. Чем больше в схеме используются разрывы, тем важнее сохранить точную смоделированную геометрию.

Вопросы по печатным платам TMM RF

Является ли Rogers TMM лучше, чем FR4, для радиочастотных печатных плат?

Да, подходит для ВЧ-схем, требующих предсказуемой диэлектрической проницаемости (Dk), меньших потерь, более точного контроля импеданса и лучшей термической стабильности. FR4 может быть приемлемым для низкочастотных или недорогих схем, но не является контролируемым микроволновым ламинатом.

Можно ли использовать Rogers TMM для линий с сопротивлением 50 Ом?

Да. Микрополосковые линии 50 Ом, линии GCPW и полосковые линии могут быть спроектированы на платформе TMM, если одновременно учитываются марка меди, толщина покрытия, тип меди и геометрия линии.

Какое покрытие следует использовать для радиочастотной печатной платы Rogers TMM?

Для обеспечения низких радиочастотных потерь часто выбирают OSP или иммерсионное серебро; ENIG или ENEPIG могут использоваться, когда долговечность сборки или качество проволочного соединения важнее минимальных потерь в проводнике. При составлении коммерческого предложения укажите целевые значения импеданса, допуск, структуру слоев, количество меди, частотный диапазон, размер платы и количество экземпляров. Укажите, требуется ли измерение импеданса на каждой производственной панели или в рамках определенного плана выборочной проверки, чтобы область проверки была ясна.