การผลิต PCB ความถี่สูง TMM

การผลิต PCB ความถี่สูงแบบ TMMใช้โครงสร้าง TMM ที่กำหนดไว้สำหรับแผงวงจร RF ไมโครเวฟ และวงจรที่มีความน่าเชื่อถือสูง ความหนาของฉนวน รูปทรงของทองแดง การเจาะ การจัดตำแหน่ง และแผนการตรวจสอบอิมพีแดนซ์ต้องสอดคล้องกับการออกแบบ RF การเลือกเกรดมีความสำคัญเนื่องจากค่าคงที่ของฉนวน ปัจจัยการสูญเสีย ความหนาของลามิเนต รูปทรงของทองแดง และความสมมาตรของการเรียงซ้อน ล้วนมีผลต่อวงจรที่เสร็จสมบูรณ์

คู่มือนี้อธิบายวิธีการเลือกใช้ระหว่าง Rogers TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i และ TMM13i; คุณสมบัติของวัสดุมีผลต่อแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จริงอย่างไร; สิ่งที่ควรพิจารณาในการจัดเรียงแบบไมโครสตริป สตริปไลน์ และไฮบริด; และข้อมูลที่ควรระบุเมื่อขอใบเสนอราคา PCB จาก Rogers TMM หากคุณกำลังประเมิน TMM สำหรับตัวกรอง ตัวเชื่อมต่อ เสาอากาศ โมดูลเรดาร์ บอร์ดสื่อสารดาวเทียม เครื่องขยายกำลัง หรือชุดประกอบไมโครเวฟที่มีความแม่นยำสูง หน้านี้เขียนขึ้นเพื่อช่วยให้คุณตัดสินใจด้านวิศวกรรมและการผลิตได้อย่างเหมาะสม

คู่มือนี้อธิบายถึงการควบคุมการผลิตทั่วไปสำหรับแผงวงจร TMM ความถี่สูง รวมถึงการตรวจสอบการเรียงซ้อน การกำหนดโครงสร้างทองแดง การเจาะรู การจัดตำแหน่ง และการตรวจสอบอิมพีแดนซ์ ควรตรวจสอบข้อกำหนดเฉพาะเกรดและเฉพาะการใช้งานเทียบกับแบบที่ได้รับการอนุมัติแล้ว

ขอบเขตการผลิต PCB ความถี่สูง TMM

แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง Rogers TMM ใช้แผ่นลามิเนตไมโครเวฟเทอร์โมเซต Rogers TMM เป็นชั้นไดอิเล็กทริก RF แผ่นลามิเนต TMM เป็นวัสดุคอมโพสิตพอลิเมอร์เทอร์โมเซตที่เติมเซรามิก ออกแบบมาสำหรับวงจรไมโครเวฟแบบไมโครสตริปและสไตรป์ไลน์ ดังนั้นการอธิบายวัสดุในที่นี้ควรอ่านควบคู่ไปกับข้อกำหนดการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ RF Rogers TMM ในทางปฏิบัติ เช่น อิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ ระนาบอ้างอิง และการเปลี่ยนผ่าน RF ในแผงวงจรสำเร็จรูป แผ่นลามิเนตนี้ไม่ได้เป็นเพียงตัวรองรับทางกลสำหรับลายทองแดงเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบทางไฟฟ้าด้วย ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกของมันควบคุมอิมพีแดนซ์ของลาย ความยาวทางไฟฟ้า ความถี่เรโซแนนซ์ และความยาวคลื่นภายในแผงวงจร ปัจจัยการกระจายตัวของมันมีส่วนทำให้เกิดการสูญเสียไดอิเล็กทริก ความคลาดเคลื่อนของความหนา การยึดเกาะของทองแดง ความเสถียรของมิติ และการขยายตัวทางความร้อนส่งผลต่อความสม่ำเสมอของแผงวงจรพิมพ์ที่ผลิตขึ้นให้ตรงกับการจำลอง สำหรับการออกแบบที่การเปลี่ยนแปลง Dk และวัฏจักรความร้อนเป็นข้อกังวลหลัก โปรดดูคู่มือที่เกี่ยวข้องเกี่ยวกับพฤติกรรมของแผงวงจรพิมพ์ที่เสถียรต่ออุณหภูมิของ Rogers TMM

คำว่า “TMM” มักถูกค้นหาโดยเข้าใจผิดว่าเป็นวัสดุชนิดเดียว แต่ที่จริงแล้วมันเป็นกลุ่มของวัสดุเคลือบหลายชั้น กลุ่มนี้ครอบคลุมค่าคงที่ไดอิเล็กตริกตั้งแต่ต่ำไปสูง ตั้งแต่ TMM3 ที่ค่า Dk ต่ำ ไปจนถึง TMM13i ที่ค่า Dk สูง ทำให้วิศวกรสามารถเลือกวัสดุเคลือบได้ตามขนาดวงจร แบนด์วิดท์ งบประมาณการสูญเสีย ระดับพลังงาน ความน่าเชื่อถือทางกล และต้นทุน วงจรป้อนสัญญาณ PCB ของเสาอากาศ TMM แบบบรอดแบนด์ของ Rogers อาจต้องการวัสดุ TMM ที่มีค่า Dk ต่ำกว่า เพื่อให้ขนาดของเส้นทางสัญญาณสามารถผลิตได้และลดการกระจายตัว ส่วนตัวกรอง ตัวเชื่อมต่อ หรือวัสดุทดแทนพื้นผิวเซรามิกขนาดกะทัดรัด อาจต้องการ TMM10, TMM10i หรือ TMM13i เพื่อลดขนาดวงจรและรองรับพฤติกรรม Dk สูงที่ควบคุมได้

ในทางปฏิบัติ แผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบ Rogers TMM จะถูกเลือกใช้เมื่อการออกแบบต้องการความสม่ำเสมอทางไฟฟ้าและความเสถียรต่อคลื่นไมโครเวฟมากกว่าที่ FR4 สามารถให้ได้ แต่ยังต้องการคุณสมบัติทางกลและกระบวนการผลิตที่ดีกว่าวัสดุ PTFE ที่อ่อนนุ่มหลายชนิด TMM เป็นระบบเทอร์โมเซต ดังนั้นจึงทนต่อการคืบตัวและการไหลเย็นได้ดีกว่า PTFE นอกจากนี้ยังไม่จำเป็นต้องทำการบำบัดด้วยโซเดียมแนฟเทเนตก่อนการชุบแบบไร้ไฟฟ้าในโครงสร้าง TMM มาตรฐาน ซึ่งสามารถทำให้การผลิต PCB ง่ายขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุ PTFE สำหรับไมโครเวฟบางชนิด คุณสมบัติเหล่านี้มีความสำคัญเมื่อแผงวงจรมีรูทะลุชุบจำนวนมาก รูเจาะแบบปิดหรือฝัง การจัดวางที่แม่นยำ พื้นที่เชื่อมต่อสายไฟ หรือการสัมผัสความร้อนซ้ำๆ และนี่คือเหตุผลว่าทำไมควรตรวจสอบกระบวนการผลิตตั้งแต่เนิ่นๆ กับโรงงานที่มีประสบการณ์ในการผลิต PCB แบบ Rogers TMM

เกณฑ์ทางวิศวกรรมที่สำคัญ

ก่อนที่จะวางจำหน่ายแผงวงจรพิมพ์ TMM ความถี่สูง วิศวกรและผู้ซื้อจำเป็นต้องหาคำตอบให้กับคำถามเชิงปฏิบัติหลายข้อ:

• ฉันควรใช้เกรด Rogers TMM ตัวไหนดี: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i หรือ TMM13i?
• ค่า Dk และ Df คืออะไร และควรใช้ค่า Dk ใดในการแก้ปัญหาฟิลด์?
• TMM ดีกว่า RO4350B, RT/duroid 5880 หรืออลูมินาสำหรับงานออกแบบของฉันหรือไม่?
• ผู้ผลิต PCB สามารถดำเนินการ TMM ร่วมกับขั้นตอนการเจาะ การชุบ และการกัดขึ้นรูปตามปกติได้หรือไม่ และเมื่อใดที่ฉันควรติดต่อผู้ผลิต PCB ที่ได้รับการรับรอง TMM จาก Rogers?
• ควรใช้แผ่นฟอยล์ทองแดงและพื้นผิวแบบใดเพื่อลดการสูญเสียคลื่นวิทยุ (RF loss)?
• สามารถใช้ TMM ในโครงสร้างแบบไฮบริดหลายชั้นร่วมกับ FR4 หรือลามิเนตของ Rogers ชนิดอื่นได้หรือไม่?
• ควรให้ข้อมูลอะไรบ้างเพื่อให้ได้ราคา PCB ของ Rogers TMM ที่ถูกต้องและหลีกเลี่ยงความเสี่ยงในการผลิต?

หัวข้อด้านล่างนี้จะตอบคำถามเหล่านั้นจากมุมมองของผู้ซื้อ PCB วิศวกร RF และผู้ผลิต

เหตุใดนักออกแบบจึงเลือกใช้ Rogers TMM สำหรับแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง

พฤติกรรมไดอิเล็กทริกที่เสถียรสำหรับวงจร RF ที่ปรับแต่งแล้ว

วงจรความถี่สูงมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมความเสถียรของวัสดุ การควบคุมการเรียงซ้อน และการออกแบบวงจร RF จึงควรได้รับการพิจารณาเป็นระบบการออกแบบเดียวกัน แทนที่จะแยกเป็นหัวข้อต่างหาก ข้อผิดพลาดเล็กน้อยของค่า Dk สามารถทำให้ความถี่ศูนย์กลางของฟิลเตอร์เปลี่ยนไป เปลี่ยนเฟสของวงจรป้อนสัญญาณ ทำให้เสาอากาศเสียจูน หรือทำให้วงจรจับคู่เคลื่อนออกจากจุดอิมพีแดนซ์ที่ต้องการ วัสดุ Rogers TMM ได้รับการออกแบบมาสำหรับการใช้งานในไมโครเวฟ โดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่ควบคุมได้และค่าการสูญเสียต่ำตลอดทั้งตระกูล ทำให้วัสดุเหล่านี้เหมาะสมกว่า FR4 ทั่วไปเมื่อรูปทรงเรขาคณิตของทองแดงต้องแปลงเป็นประสิทธิภาพ RF ที่คาดการณ์ได้

ในแผงวงจรดิจิทัลความถี่ต่ำ การเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกอาจถูกชดเชยด้วยระยะเผื่อเวลาหรือการปรับสมดุล อย่างไรก็ตาม ในแผงวงจรไมโครเวฟ วัสดุเคลือบจะกลายเป็นส่วนหนึ่งของสมการวงจร สายส่งแบบควอเตอร์เวฟ ตัวเชื่อมต่อแบบแบรนช์ไลน์ ตัวกรองแบบอินเตอร์ดิจิทัล หรือเสาอากาศแบบแพทช์ อาจล้มเหลวได้ง่ายๆ เพียงเพราะค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่มีประสิทธิภาพจริงไม่ตรงกับที่แบบจำลองกำหนดไว้ การใช้วัสดุเคลือบความถี่สูงที่ทราบค่าจะช่วยลดความไม่แน่นอนนี้ก่อนที่จะสร้างต้นแบบชิ้นแรก สำหรับกฎการออกแบบ RF ที่กว้างขึ้นเกี่ยวกับเส้นทางส่งกลับและการเปลี่ยนผ่าน โปรดเปรียบเทียบคู่มือวัสดุนี้กับหน้า Rogers TMM RF PCB

ความแข็งแกร่งแบบเทอร์โมเซตแทนที่จะเป็นความนุ่มนวลแบบ PTFE

แผ่นลามิเนตสำหรับไมโครเวฟที่มีการสูญเสียต่ำมากหลายชนิดมีส่วนประกอบหลักเป็น PTFE PTFE มีประสิทธิภาพการสูญเสียทางไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม แต่มีความอ่อนตัวทางกลและอาจต้องมีการจัดการหรือกระบวนการพิเศษ Rogers TMM ให้ความสมดุลที่แตกต่างออกไปแก่นักออกแบบ โดยผสมผสานการสูญเสียไดอิเล็กตริกต่ำเข้ากับโครงสร้างเทอร์โมเซตที่แข็งแรง ประโยชน์ที่ได้รับไม่ได้มีเพียงแค่ความสะดวกทางกลเท่านั้น ความแข็งแรงยังช่วยในการจัดตำแหน่ง คุณภาพของรู ความเสถียรของลวดลายทองแดง ความเรียบของชิ้นงาน และความเสถียรของมิติในระยะยาว

เรื่องนี้มีความสำคัญในการผลิตจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อโครงการดำเนินไปตั้งแต่การเลือกวัสดุไปจนถึงการเจาะ การชุบ การตัด และการตรวจสอบ หากแผงวงจรพิมพ์ (PCB) มี vias fences หนาแน่น รูยึดชุบ วงจร RF และวงจรควบคุมผสมกัน หรือโครงสร้างหลายชั้น ผู้ผลิตจะต้องเจาะ ชุบ พิมพ์ภาพ กัด เคลือบ และตัดแผงวงจรซ้ำๆ วัสดุที่ทนต่อการคืบ การไหลเย็น และความเสียหายจากกระบวนการผลิตจะควบคุมให้อยู่ในขอบเขตความคลาดเคลื่อนได้ง่ายกว่า ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในกระบวนการผลิต TMM นั่นเป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่ใช้ TMM ในการประกอบชิ้นส่วนความถี่สูงที่ต้องการความแม่นยำสูง แทนที่จะเลือกใช้เพียงแค่ค่า Dk และ Df เท่านั้น Highleap ใช้เกรดวัสดุและโครงสร้างที่เผยแพร่แล้วในการกำหนดเส้นทางการผลิต แทนที่จะใช้สูตร TMM ทั่วไปกับทุกการออกแบบ ผลลัพธ์ที่ได้คือช่วงกระบวนการที่เชื่อมโยงกับเกรด ความหนาของแผงวงจร โครงสร้างรู และรูปทรงเรขาคณิต RF ของโครงการจริง ควรตรวจสอบค่าคุณสมบัติของวัสดุที่แน่นอนกับเอกสารของผู้จำหน่ายปัจจุบันสำหรับเกรดและโครงสร้างที่ระบุ

ตัวเลือก High-Dk สำหรับการจัดวางไมโครเวฟขนาดกะทัดรัด

กลุ่มวัสดุ TMM ประกอบด้วยเกรด Dk สูง เช่น TMM10, TMM10i และ TMM13i วัสดุเหล่านี้ช่วยให้โครงสร้าง RF มีขนาดเล็กลงได้ เนื่องจากความยาวคลื่นภายในไดอิเล็กทริกจะลดลงเมื่อค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเพิ่มขึ้น ตัวกรอง ตัวเรโซเนเตอร์ ตัวเชื่อมต่อ และโครงสร้างเสาอากาศบางประเภทจึงสามารถมีขนาดเล็กลงได้อย่างมากเมื่อเทียบกับวัสดุที่มีค่า Dk ต่ำกว่า

ค่า Dk สูงไม่ได้หมายความว่าดีกว่าเสมอไป มันอาจทำให้แบนด์วิดท์แคบลง เพิ่มความไวต่อความคลาดเคลื่อน ทำให้ความกว้างของลายวงจรเล็กลง และเพิ่มความเข้มข้นของสนามไฟฟ้า แต่เมื่อการย่อขนาดเป็นสิ่งจำเป็นอย่างแท้จริง เกรด TMM ที่มีค่า Dk สูงจะให้ทางเลือกที่ใช้งานได้จริงโดยไม่ต้องเปลี่ยนไปใช้พื้นผิวเซรามิกที่เปราะบางในทันที สำหรับการออกแบบบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการออกแบบที่เคยใช้สารอลูมินาเพื่อประสิทธิภาพ Dk สูง PCB เกรด TMM ที่มีค่า Dk สูงอาจให้เส้นทางการผลิตที่คล้ายกับ PCB มากกว่า และควรได้รับการประเมินโดยคำนึงถึงทั้งประสิทธิภาพ RF และต้นทุนของ PCB TMM ของ Rogers ด้วย

ความน่าเชื่อถือที่ดีของรูชุบโลหะ

วัสดุ TMM ของ Rogers มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ใกล้เคียงกับทองแดง ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับรูเจาะชุบ เพราะแกนทองแดงและวัสดุฉนวนจะขยายตัวแตกต่างกันระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การบัดกรี และการใช้งาน เมื่อค่าไม่ตรงกันมาก แกนรูเจาะอาจแตก แผ่นโลหะอาจหลุดล่อน หรือความน่าเชื่อถือของผนังรูอาจลดลง

แผงวงจรความถี่สูงมักใช้ vias จำนวนมาก: vias สำหรับต่อลงดินข้างๆ coplanar waveguides, vias fences รอบๆ filters, vias ต่อลงดินใกล้กับแผ่นรองของชิ้นส่วน, การเปลี่ยนผ่านระหว่างชั้น stripline และ microstrip และ vias ระบายความร้อนใต้ชิ้นส่วนกำลังไฟฟ้า โครงสร้าง vias เหล่านี้มีการอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมในคู่มือ Rogers TMM microwave PCB ในการออกแบบเหล่านั้น ความน่าเชื่อถือของรูชุบโลหะไม่ใช่รายละเอียดรอง แต่เป็นส่วนหนึ่งของประสิทธิภาพ RF และความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์ในระยะยาว

เกรดวัสดุและคุณสมบัติหลักของ Rogers TMM

ตระกูล TMM ประกอบด้วยเกรดต่างๆ ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกแตกต่างกัน ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดคือการเลือกเกรดโดยพิจารณาจากค่า Dk จากการออกแบบก่อนหน้าเพียงอย่างเดียว วิธีที่ดีกว่าคือการเปรียบเทียบค่า Dk ของกระบวนการผลิต ค่า Dk ของการออกแบบ ค่าแทนเจนต์การสูญเสีย ค่าสัมประสิทธิ์ความร้อนของค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ค่าการนำความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน ความหนาที่มีให้เลือก และข้อกำหนดในการผลิตเข้าด้วยกัน

ตารางด้านล่างสรุปเกรด TMM หลักของ Rogers ที่ใช้ในงาน PCB ความถี่สูง ค่าที่แสดงเป็นค่าอ้างอิงโดยทั่วไป และควรตรวจสอบกับเอกสารข้อมูลล่าสุดของ Rogers ความพร้อมของแผ่นลามิเนตจริง และสต็อกวัสดุ TMM ของผู้ผลิตก่อนส่งไปผลิตจริง

กระบวนการ Dk เทียบกับการออกแบบ Dk

เอกสาร TMM ของ Rogers ระบุทั้งค่า Process Dk และ Design Dk ค่า Process Dk คือค่าที่ใช้สำหรับการควบคุมและตรวจสอบคุณสมบัติของวัสดุภายใต้วิธีการทดสอบที่กำหนด ส่วนค่า Design Dk มีไว้สำหรับการสร้างแบบจำลองวงจรในช่วงความถี่สูง และโดยทั่วไปแล้วจะเป็นข้อมูลที่เกี่ยวข้องมากกว่าสำหรับการออกแบบไมโครสตริปหรือสไตรป์ไลน์ การสับสนระหว่างตัวเลขสองตัวนี้อาจทำให้แผงวงจรดูเหมือนถูกต้องในเอกสาร แต่ค่าที่วัดได้หลังการผลิตกลับไม่ตรงตามเป้าหมาย

ตัวอย่างเช่น หากวิศวกรสร้างแบบจำลองสายไมโครสตริป TMM10 โดยใช้ค่า Dk ของกระบวนการที่ 9.20 ในขณะที่ค่า Dk ของการออกแบบสำหรับโครงสร้างที่เกี่ยวข้องนั้นใกล้เคียงกับ 9.80 ค่าอิมพีแดนซ์และความยาวทางไฟฟ้าที่คำนวณได้อาจคลาดเคลื่อนไป ความแตกต่างนี้อาจมีความสำคัญอย่างยิ่งในวงจรเรโซแนนซ์ เครือข่ายที่จับคู่เฟส และโครงสร้างคลื่นมิลลิเมตร แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดคือการใช้ค่า Dk ของการออกแบบในโปรแกรมแก้ปัญหาภาคสนามหรือแบบจำลองแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นตรวจสอบการจัดเรียงชั้นสุดท้ายกับข้อมูลจากผู้ผลิต PCB และผู้จำหน่ายลามิเนต

ค่าความคลาดเคลื่อน Dk และความสามารถในการผลิตซ้ำ

ค่าความคลาดเคลื่อน Dk ไม่ใช่แค่ข้อกำหนดในการจัดซื้อเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อความแปรปรวนของแผงวงจรที่ผลิตออกมา โดยเฉพาะอย่างยิ่งในงานออกแบบที่ไวต่ออุณหภูมิ ซึ่งความเสถียรของ Dk เมื่อเทียบกับอุณหภูมิจะต้องรวมอยู่ในงบประมาณความคลาดเคลื่อนด้วย การปรับแต่งต้นแบบชิ้นเดียวอาจทำได้โดยการตัดแต่งหรือเปลี่ยนค่าของส่วนประกอบ แต่การผลิตแผงวงจร RF ต้องมีความสม่ำเสมอในแต่ละแผง แต่ละล็อต และแต่ละรอบการประกอบ ช่วงค่าไดอิเล็กทริกที่ควบคุมได้ของ Rogers TMM ช่วยลดการเบี่ยงเบนของความถี่ระหว่างหน่วย แต่ความสามารถในการทำซ้ำขั้นสุดท้ายยังคงขึ้นอยู่กับความหนาของลามิเนต ความหนาของทองแดง การชดเชยการกัด การตัดสินใจเกี่ยวกับหน้ากากบัดกรี กระบวนการกด และระเบียบวินัยในการวัด

สำหรับตัวกรองค่า Q สูง เครือข่ายป้อนสัญญาณแบบเฟสอาร์เรย์ เซ็นเซอร์ไมโครเวฟ และส่วนหน้าของเรดาร์ งบประมาณความคลาดเคลื่อนที่ควรพิจารณารวมถึงความคลาดเคลื่อนของฉนวน ความคลาดเคลื่อนของการกัดทองแดง การจัดตำแหน่ง ตำแหน่งของรูเชื่อมต่อ ความหนาของผิวเคลือบ และค่าผิดปกติจากการประกอบ การเลือกวัสดุเป็นเพียงจุดเริ่มต้น ไม่ใช่คำตอบทั้งหมด

ค่า Dk, Df และความหนา ส่งผลต่อประสิทธิภาพของ PCB อย่างไร

ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกควบคุมค่าอิมพีแดนซ์และขนาดทางกายภาพ

ค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเป็นตัวกำหนดว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะเดินทางผ่านและรอบๆ ฉนวนของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างไร ในวงจรไมโครสตริป ส่วนหนึ่งของสนามจะอยู่ในชั้นลามิเนตและอีกส่วนหนึ่งอยู่ในอากาศ ดังนั้นวงจรจึงมองเห็นค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่มีประสิทธิภาพ ในวงจรสไตรป์ไลน์ สนามส่วนใหญ่จะถูกกักเก็บไว้ภายในฉนวน ดังนั้นความสัมพันธ์กับค่า Dk ของชั้นลามิเนตจึงแตกต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นแบบใด ค่า Dk ก็ส่งผลกระทบอย่างมากต่ออิมพีแดนซ์ ความเร็วเฟส และความยาวคลื่น

ค่า Dk ที่สูงขึ้นจะทำให้ความยาวคลื่นสั้นลง ซึ่งช่วยให้ใช้เรโซเนเตอร์ขนาดเล็กกว่า ส่วนควอเตอร์เวฟสั้นกว่า และฟิลเตอร์ที่กะทัดรัดกว่าได้ นอกจากนี้ โดยทั่วไปแล้วยังทำให้ความกว้างของลายวงจรแคบลงสำหรับค่าอิมพีแดนซ์และความหนาของฉนวนที่กำหนด อย่างไรก็ตาม เส้นที่แคบลงอาจทำให้เกิดการสูญเสียในตัวนำมากขึ้นและทำให้ความคลาดเคลื่อนจากการกัดเซาะมีความสำคัญมากขึ้น ค่า Dk ที่ต่ำกว่าจะให้ลายวงจรที่กว้างกว่าและสามารถรองรับแบนด์วิดท์ที่กว้างกว่า แต่ต้องใช้พื้นที่บนแผ่นวงจรมากขึ้นสำหรับโครงสร้างเรโซแนนซ์ ดังนั้น ค่า Dk ที่เหมาะสมจึงเป็นการเลือกในระดับวงจรมากกว่าการตัดสินใจแบบง่ายๆ ว่า “ยิ่งสูงยิ่งดี” หรือ “ยิ่งต่ำยิ่งดี” และควรตรวจสอบเทียบกับค่าอิมพีแดนซ์ การสูญเสีย ขนาดแผ่นวงจร และราคา PCB ของ TMM ที่คาดการณ์ไว้

ปัจจัยการสูญเสียพลังงานมีส่วนทำให้เกิดการสูญเสียทางไดอิเล็กทริก

ค่าการสูญเสียพลังงาน (Dissipation factor) หรือที่เรียกว่า ค่าแทนเจนต์การสูญเสีย (Loss tangent หรือ Df) อธิบายถึงปริมาณพลังงานคลื่นวิทยุ (RF) ที่วัสดุไดอิเล็กทริกดูดซับและเปลี่ยนเป็นความร้อน วัสดุ TMM ของ Rogers มีค่า Df ต่ำ อยู่ที่ประมาณ 0.0019 ถึง 0.0023 ที่ 10 GHz ซึ่งเหมาะสมสำหรับแผงวงจรไมโครเวฟหลายประเภท โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับ FR4 ทั่วไป อย่างไรก็ตาม ค่านี้ไม่ได้ต่ำกว่าวัสดุ PTFE ที่ดีที่สุดเสมอไป แผ่นลามิเนต PTFE ที่มีการสูญเสียต่ำมากอาจยังคงเป็นตัวเลือกที่ดีกว่า เมื่อการออกแบบโดยรวมถูกครอบงำด้วยข้อกำหนดการสูญเสียการแทรก (insertion loss)

ในแผงวงจรพิมพ์ (PCB) จริง การสูญเสียการแทรก (insertion loss) เป็นผลรวมของหลายปัจจัย การสูญเสียไดอิเล็กทริกเป็นเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้น การสูญเสียในตัวนำ ความหยาบของทองแดง การตกแต่งพื้นผิว การแผ่รังสี การรั่วไหลผ่านจุดไม่ต่อเนื่อง การเปลี่ยนผ่านของ vias และการเริ่มต้นของตัวเชื่อมต่อ ล้วนสามารถมีอิทธิพลอย่างมากที่ความถี่สูง แผงวงจรพิมพ์ Rogers TMM อาจทำงานได้ไม่ดีหากโครงสร้างและการเลือกวิธีการผลิตไม่สอดคล้องกับการออกแบบ RF บทความเกี่ยวกับแผงวงจรพิมพ์ไมโครเวฟ Rogers TMM ที่เกี่ยวข้องจะกล่าวถึงการคำนวณงบประมาณการสูญเสียการแทรกอย่างละเอียดมากขึ้น

ความหนามีผลต่ออิมพีแดนซ์ การเชื่อมต่อ และการสูญเสีย

ความหนาของแผ่นลามิเนตเป็นหนึ่งในตัวแปรสำคัญที่สุดในการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง สำหรับค่าอิมพีแดนซ์เป้าหมาย โดยทั่วไปแล้วแผ่นไดอิเล็กทริกที่หนากว่าจะต้องการลายวงจรที่กว้างกว่า ในขณะที่แผ่นไดอิเล็กทริกที่บางกว่าจะต้องการลายวงจรที่แคบกว่า ลายวงจรที่กว้างกว่าสามารถลดการสูญเสียของตัวนำและอาจทำให้การกัดลายวงจรมีความสม่ำเสมอมากขึ้น แต่ก็ใช้พื้นที่มากกว่าและอาจเพิ่มการเชื่อมต่อกับโครงสร้างใกล้เคียง แผ่นไดอิเล็กทริกที่บางกว่าช่วยให้การเดินสายวงจรมีความกะทัดรัดและมีการเชื่อมต่อที่แน่นหนาขึ้น แต่สามารถทำให้ค่าอิมพีแดนซ์ไวต่อความแปรผันของการกัดลายวงจรมากขึ้น

สำหรับงาน RF ที่ควบคุมอิมพีแดนซ์ได้นั้น แบบร่าง PCB ควรระบุความหนาของฉนวนระหว่างชั้นทองแดง ไม่ใช่แค่ความหนาของแผ่นวงจรสำเร็จรูปเท่านั้น ผู้ผลิตควรตรวจสอบว่าความหนาที่ระบุนั้นเป็นความหนาของวัสดุแกนกลาง วัสดุพรีเพรก/บอนด์พลาย หรือค่าที่ได้จากการอัดหลังจากลามิเนตแล้ว ในแผ่นวงจรไฮบริดแบบหลายชั้น ความแตกต่างนี้มีความสำคัญ เพราะวัสดุที่แตกต่างกันจะมีการอัดตัวที่แตกต่างกัน และอาจมีคุณสมบัติทางไดอิเล็กทริกที่แตกต่างกันด้วย

พฤติกรรมทางความร้อนมีความสำคัญในวงจร RF กำลังสูง

แผงวงจรความถี่สูงไม่ได้หมายความว่าจะเป็นแผงวงจรใช้พลังงานต่ำเสมอไป ตัวขยายกำลังไฟฟ้า โมดูลส่งสัญญาณ แผงวงจรเรดาร์ และเครือข่ายป้อนสัญญาณเสาอากาศสามารถสร้างความร้อนได้มาก วัสดุ TMM ของ Rogers มีค่าการนำความร้อนประมาณ 0.70 ถึง 0.76 W/m·K ขึ้นอยู่กับเกรด ซึ่งดีกว่าวัสดุฉนวนราคาถูกทั่วไปหลายชนิด อย่างไรก็ตาม ความร้อนจะต้องได้รับการจัดการโดยโครงสร้างของแผงวงจรทั้งหมด ได้แก่ พื้นที่ระนาบทองแดง อาร์เรย์ของรูเชื่อมต่อ โครงสร้างที่มีแผ่นโลหะรองรับ วิธีการยึดชิ้นส่วน การสัมผัสของตัวเรือน การควบคุมช่องว่างของตะกั่วบัดกรี และการไหลเวียนของอากาศ

ควรพิจารณาการออกแบบด้านความร้อนและการออกแบบด้านคลื่นความถี่วิทยุควบคู่กันไป การเพิ่มรูระบายความร้อนอาจช่วยกระจายความร้อนได้ดีขึ้น แต่หากวางตำแหน่งไม่ถูกต้อง อาจรบกวนกระแสลงดินหรือสร้างการเชื่อมต่อที่ไม่ต้องการได้ การเพิ่มพื้นที่ผิวทองแดงอาจช่วยระบายความร้อนได้ แต่ก็อาจเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์หรือพฤติกรรมการสั่นพ้องได้เช่นกัน การออกแบบ PCB ที่ดีตามมาตรฐาน Rogers TMM จะต้องสร้างสมดุลระหว่างความต่อเนื่องของคลื่นความถี่วิทยุ การนำความร้อน และความสามารถในการผลิต แทนที่จะเน้นการปรับปรุงแต่ละด้านแยกจากกัน

วิธีการเลือกเกรด Rogers TMM ที่เหมาะสม

ใช้ TMM3 เมื่อต้องการค่า Dk ที่ต่ำกว่าและเส้นกราฟ RF ที่กว้างกว่า

TMM3 มักถูกนำมาพิจารณาเมื่อการออกแบบต้องการการสูญเสียต่ำ ค่า Dk ที่ควบคุมได้ และขนาดของสายส่งสัญญาณที่กว้างขึ้น เช่น สายป้อนเสาอากาศที่กว้างขึ้น หรือการเดินสาย RF แบบบรอดแบนด์ ด้วยค่า Dk ของกระบวนการผลิตที่ 3.27 และค่า Dk ในการออกแบบประมาณ 3.45 จึงมีประโยชน์สำหรับสายป้อนเสาอากาศ สาย RF แบบบรอดแบนด์ ตัวเชื่อมต่อ และวงจรไมโครเวฟ ซึ่งค่า Dk ที่สูงเกินไปจะทำให้เส้นทางแคบลงหรือมีแบนด์วิดท์จำกัด TMM3 ยังน่าสนใจเมื่อต้องการทดแทนวัสดุ PTFE ที่มีค่า Dk ต่ำกว่า แต่ต้องการความแข็งแรงเชิงกลที่ดีกว่า สำหรับวัสดุในตระกูลเดียวกันที่มีค่า Dk ต่ำกว่าข้อกำหนดของบอร์ด RF ของ TMM3จะแปลงการเลือกเกรดไปเป็นการสร้างบอร์ดที่เฉพาะเจาะจง

ข้อแลกเปลี่ยนคือพื้นที่บนแผ่นวงจร โครงสร้างแบบควอเตอร์เวฟ TMM3 จะมีขนาดใหญ่กว่าโครงสร้างเดียวกันบน TMM6, TMM10 หรือ TMM13i หากขนาดของผลิตภัณฑ์ไม่ใช่ข้อจำกัดหลัก รูปทรงที่ใหญ่ขึ้นอาจเป็นประโยชน์เพราะช่วยลดความไวต่อการกัดกรดและทำให้การเปลี่ยนผ่านราบรื่นยิ่งขึ้น หากความกะทัดรัดเป็นสิ่งสำคัญ เกรด TMM ที่มีค่า Dk สูงกว่าอาจเหมาะสมกว่า

ใช้ TMM4 หรือ TMM6 เมื่อต้องการปรับสมดุลระหว่างขนาดและความสามารถในการผลิต

TMM4 และ TMM6 อยู่ตรงกลางของตระกูลวัสดุ วัสดุเหล่านี้ช่วยลดขนาดวงจรเมื่อเทียบกับ TMM3 ในขณะเดียวกันก็หลีกเลี่ยงพฤติกรรม Dk ที่สูงมากของ TMM10 และ TMM13i วัสดุเกรดเหล่านี้จึงเหมาะสำหรับวงจร RF ขนาดกะทัดรัด โครงสร้างแบบเลือกความถี่ วงจรจับคู่ และการออกแบบที่ยังคงต้องการความสามารถในการผลิตความกว้างของลายวงจร ช่องว่างการเชื่อมต่อ และความไวต่อความคลาดเคลื่อน

สำหรับงานออกแบบหลายๆ แบบ TMM6 เป็นจุดกึ่งกลางที่ใช้งานได้จริง มันช่วยลดขนาดได้มากกว่า TMM4 แต่ไม่ทำให้เลย์เอาต์เล็กจิ๋วเท่ากับ TMM10 หรือ TMM13i ควรตรวจสอบตัวเลือกที่เหมาะสมด้วยเครื่องคำนวณอิมพีแดนซ์ โปรแกรมแก้สนาม 2 มิติ หรือแบบจำลอง EM แบบเต็มคลื่น เพราะความกว้างและระยะห่างของลายวงจรที่ต้องการอาจเป็นปัจจัยตัดสินใจมากกว่าค่า Dk ที่ระบุเพียงอย่างเดียว หลังจากนั้น ควรตรวจสอบโครงสร้างชั้นของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) กับผู้ผลิต PCB ที่รองรับ TMM

ใช้ TMM10, TMM10i หรือ TMM13i สำหรับวงจรที่มีค่า Dk สูงขนาดกะทัดรัด

TMM10, TMM10i และ TMM13i ถูกเลือกใช้เมื่อต้องการค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงเพื่อลดขนาดทางกายภาพหรือเพื่อให้ได้การกระจายสนามที่เฉพาะเจาะจง เกรดเหล่านี้มักถูกใช้ในตัวกรองขนาดเล็ก ตัวเรโซเนเตอร์ โมดูลไมโครเวฟความหนาแน่นสูง และการใช้งานที่อาจพิจารณาใช้พื้นผิวเซรามิกแทน ในกรณีที่เลือกใช้เกรด Dk ที่สูงกว่าการผลิต TMM10 สำหรับรูปทรงเรขาคณิต RF ที่กะทัดรัดจะทำให้ต้องพิจารณาขนาดของเรโซเนเตอร์และความละเอียดอ่อนในการผลิตด้วย

การออกแบบที่มีค่า Dk สูงนั้นต้องการความรอบคอบ ความกะทัดรัดที่ทำให้เลย์เอาต์ดูน่าสนใจนั้น ยังอาจเพิ่มความไวต่อการเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กน้อยได้อีกด้วย ช่องว่างในการเชื่อมต่อจะมีความสำคัญมากขึ้น ผลกระทบจากหน้ากากบัดกรีอาจสังเกตเห็นได้ชัดเจนขึ้น และโลหะที่อยู่ใกล้เคียงอาจมีอิทธิพลมากขึ้น สำหรับแผงวงจร Rogers TMM ที่มีค่า Dk สูง ควรตรวจสอบการออกแบบโดยคำนึงถึงความสามารถในการผลิตขั้นสุดท้ายด้วย ควรตรวจสอบจำนวนเส้นวงจรและช่องว่างขั้นต่ำ ความคลาดเคลื่อนของการกัด การจัดตำแหน่ง ระยะห่างระหว่างรูเจาะกับทองแดง และความหนาของพื้นผิวให้เรียบร้อยก่อนที่จะปล่อยเลย์เอาต์

พิจารณาใช้ TMM10i และ TMM13i เมื่อพฤติกรรมแบบไอโซโทรปิกมีความสำคัญ

ตัวอักษร “i” ใน TMM10i และ TMM13i บ่งบอกถึงพฤติกรรมไอโซโทรปิก พฤติกรรมไดอิเล็กทริกแบบไอโซโทรปิกมีประโยชน์ในกรณีที่ทิศทางของสนามไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง หรือในกรณีที่การออกแบบขึ้นอยู่กับพฤติกรรมที่คาดการณ์ได้ในหลายแกน สำหรับโมดูลไมโครเวฟที่ซับซ้อน ตัวเรโซเนเตอร์ โครงสร้างฝังตัว หรือส่วนเชื่อมต่อต่างๆ พฤติกรรมนี้สามารถลดความไม่แน่นอนในการสร้างแบบจำลองได้เมื่อเทียบกับวัสดุที่มีการพึ่งพาเชิงทิศทางที่รุนแรงกว่า

ขั้นตอนการเลือกเกรดที่เรียบง่าย

กระบวนการคัดเลือกที่ได้ผลจริงเริ่มต้นด้วยฟังก์ชัน RF มากกว่ารายการวัสดุ ขั้นแรก กำหนดค่าอิมพีแดนซ์เป้าหมาย ความถี่ในการทำงาน แบนด์วิดท์ และการสูญเสียการแทรกที่ยอมรับได้ ขั้นที่สอง ประมาณขนาดทางกายภาพที่ต้องการสำหรับวัสดุที่มีค่า Dk ต่ำ ปานกลาง และสูง ขั้นที่สาม ตรวจสอบว่าความกว้างของลายวงจร ช่องว่าง ระยะห่างของรูเชื่อมต่อ และลักษณะของทองแดงที่ได้นั้นสามารถผลิตได้หรือไม่ ขั้นที่สี่ เปรียบเทียบงบประมาณการสูญเสีย ข้อกำหนดด้านความร้อน และต้นทุน สุดท้าย สร้างต้นแบบแรกด้วยโครงสร้างคูปองเพื่อให้สามารถวัดค่าอิมพีแดนซ์และการสูญเสียได้ แทนที่จะคาดเดา

หากพบว่าวัสดุ TMM สองเกรดมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าที่ใช้งานได้ดี ให้เลือกเกรดที่ให้ช่วงการผลิตที่แข็งแกร่งที่สุด วัสดุที่สร้างลายวงจรแคบมากหรือช่องว่างที่สำคัญอาจดูดีในการจำลอง แต่จะกลายเป็นวัสดุที่มีราคาแพงหรือไม่มีเสถียรภาพในการผลิต สำหรับแผงวงจร RF เชิงพาณิชย์จำนวนมาก ความสามารถในการผลิตมีความสำคัญพอๆ กับประสิทธิภาพทางไฟฟ้าที่ระบุไว้

การออกแบบโครงสร้างซ้อนสำหรับแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง Rogers TMM

บอร์ด RF แบบชั้นเดียวและแบบสองด้าน

แผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers TMM ที่ง่ายที่สุดคือแผงวงจรสองด้าน โดยมีลายสัญญาณ RF อยู่ด้านหนึ่งและระนาบกราวด์ต่อเนื่องอยู่ด้านตรงข้าม ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ใช้กันทั่วไปในการออกแบบ PCB RF ของ Rogers TMM โครงสร้างนี้พบได้ทั่วไปในวงจรไมโครสตริป ตัวป้อนสัญญาณเสาอากาศ ตัวกรอง และแผงวงจรประเมินผล ข้อดีคือเข้าถึงได้ง่าย ต้นทุนต่ำกว่า ตรวจสอบได้ง่ายกว่า และมีตัวแปรในการเคลือบแผ่นน้อยกว่า ข้อเสียคือ การแผ่รังสี การสัมผัสกับสภาพแวดล้อมของสาย RF และการแยกสัญญาณที่ลดลงเมื่อเทียบกับสไตรป์ไลน์

สำหรับแผงวงจร RF แบบสองด้าน ระนาบกราวด์ควรต่อเนื่องกันภายใต้สายที่มีอิมพีแดนซ์ควบคุม หลีกเลี่ยงการเดินสายดิจิทัล การแยกกำลังไฟฟ้า หรือแอนติแพดขนาดใหญ่โดยตรงใต้เส้นทาง RF ที่ไวต่อสัญญาณรบกวน ควรวางรูกราวด์ไว้ใกล้กับจุดเปลี่ยนผ่าน ตัวเชื่อมต่อ กราวด์ของส่วนประกอบ และขอบของตัวนำคลื่นแบบระนาบเดียวกัน หากแผงวงจรมีรูยึด แผ่นป้องกัน หรือตัวเรือนโลหะ ควรพิจารณาผลกระทบของสิ่งเหล่านี้ต่อสนาม RF ตั้งแต่เนิ่นๆ

ไมโครสตริป, ตัวนำคลื่นระนาบร่วมแบบต่อลงดิน และสไตรป์ไลน์

ไมโครสตริปเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความเรียบง่ายและปรับแต่งได้ง่าย ช่วยให้สามารถติดตั้งชิ้นส่วนต่างๆ บนด้านเดียวกับเส้นทาง RF ได้โดยตรง แต่มีโอกาสแผ่รังสีมากกว่าโครงสร้างที่ฝังอยู่ภายใน และอาจไวต่อหน้ากากบัดกรี ความสูงของกล่องหุ้ม และโลหะที่อยู่ใกล้เคียง ตัวนำคลื่นแบบระนาบร่วมที่มีการต่อลงดินจะเพิ่มทองแดงลงดินไว้ข้างๆ เส้นทาง RF และใช้การเชื่อมต่อผ่านรู (via stitching) เพื่อเชื่อมต่อกราวด์เหล่านั้นกับระนาบอ้างอิง วิธีนี้สามารถปรับปรุงการแยกสัญญาณและทำให้การเปลี่ยนผ่านง่ายขึ้น แต่ต้องควบคุมความกว้างของเส้นทาง ช่องว่าง และระยะห่างของรูอย่างระมัดระวัง

เทคโนโลยีสไตรป์ไลน์ (Stripline) ฝังเส้นทางสัญญาณไว้ระหว่างระนาบอ้างอิง ให้การป้องกันและการแยกสัญญาณที่ดีกว่า ซึ่งมีประโยชน์ในโมดูลไมโครเวฟที่มีความหนาแน่นสูงหรือแผงวงจรที่มีเส้นทางรับสัญญาณที่ไวต่อสัญญาณ ข้อเสียคือ ความซับซ้อนในการผลิต การปรับแต่งที่ยากขึ้น และการพึ่งพาการควบคุมความหนาของชั้นลามิเนตมากขึ้น หากวงจรใช้เทคโนโลยีสไตรป์ไลน์ โครงสร้างของวงจรต้องกำหนดความหนาของแกนและชั้นเชื่อมต่อให้ชัดเจน และผู้ผลิตควรตรวจสอบความหนาขั้นสุดท้ายก่อนที่จะกำหนดแบบจำลองอิมพีแดนซ์

โครงสร้างแบบไฮบริดหลายชั้น

โครงสร้างแบบไฮบริดใช้ Rogers TMM เฉพาะในส่วนที่ต้องการประสิทธิภาพความถี่สูง และใช้วัสดุอื่น ซึ่งมักจะเป็น FR4 หรือลามิเนตของ Rogers ที่แตกต่างกัน สำหรับชั้นดิจิทัล การควบคุม หรือชั้นจ่ายไฟ วิธีการนี้สามารถลดต้นทุนและรักษาความหนาของแผ่นวงจรให้เหมาะสมได้ นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถวางวงจร RF ไว้ที่ชั้น TMM ด้านนอก ในขณะที่การเดินสายดิจิทัล การจ่ายไฟ และการรองรับทางกลจะวางไว้ที่อื่น

การออกแบบโครงสร้างแบบไฮบริดต้องทำอย่างระมัดระวัง วัสดุแต่ละชนิดมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) พฤติกรรมต่อความชื้น อุณหภูมิการเคลือบ และคุณสมบัติทางไดอิเล็กตริกที่แตกต่างกัน การจัดเรียงชั้นควรสมมาตรเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อลดการโก่งงอและการบิดเบี้ยว การเลือกชั้นประสานควรเข้ากันได้กับวัสดุทั้งสองชนิดและรอบการเคลือบที่ต้องการ แบบจำลอง RF ควรประกอบด้วยไดอิเล็กตริกจริงที่อยู่ติดกับลายวงจร ไม่ใช่แบบจำลองวัสดุในอุดมคติที่หายไปหลังจากการผลิต

ระนาบอ้างอิงและกระแสย้อนกลับ

ทุกเส้นทางสัญญาณความถี่สูงจำเป็นต้องมีเส้นทางส่งกลับที่ควบคุมได้ ที่ความถี่ RF และไมโครเวฟ กระแสส่งกลับจะไหลไปตามเส้นทางที่มีค่าความเหนี่ยวนำต่ำที่สุด ซึ่งโดยปกติจะอยู่ใต้หรือข้างๆ ตัวนำสัญญาณโดยตรง รอยแยกของระนาบ ช่องว่าง แผ่นป้องกันขนาดใหญ่ ช่องว่างของรูเชื่อมต่อ และการเปลี่ยนผ่านที่วางตำแหน่งไม่ดี จะขัดขวางเส้นทางกระแสนี้ ผลที่ตามมาอาจเป็นความไม่ต่อเนื่องของอิมพีแดนซ์ การสูญเสียที่เพิ่มขึ้น การแผ่รังสี การรบกวนข้ามช่องสัญญาณ หรือการสั่นพ้องที่ไม่คาดคิด

สำหรับแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง Rogers TMM การจัดวางควรคงไว้ซึ่งระนาบอ้างอิง RF ที่ต่อเนื่องภายใต้สายส่งสัญญาณ เมื่อสัญญาณเปลี่ยนชั้น ให้วาง vias กราวด์ไว้ใกล้กับจุดเปลี่ยนผ่าน เพื่อให้กระแสย้อนกลับสามารถเปลี่ยนชั้นได้เช่นกัน เมื่อใช้ตัวนำคลื่นร่วมระนาบที่มีกราวด์ ให้วาง vias ให้ใกล้กันพอที่จะทำหน้าที่เป็นขอบเขต RF ที่ความถี่ใช้งาน แต่ไม่ควรใกล้กันเกินไปจนทำให้เกิดความเสี่ยงในการผลิตหรือความจุส่วนเกินที่เป็นปัญหา

การตัดสินใจเกี่ยวกับหน้ากากบัดกรี

การออกแบบวงจร RF หลายแบบหลีกเลี่ยงการใช้แผ่นปิดรอยบัดกรี (solder mask) บนสายนำไฟฟ้าที่มีความต้านทานควบคุม เนื่องจากแผ่นปิดรอยบัดกรีจะเปลี่ยนสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ และอาจทำให้เกิดการสูญเสียเพิ่มขึ้นหรือทำให้ความต้านทานเปลี่ยนแปลงไป อย่างไรก็ตาม บางแบบยังคงใช้แผ่นปิดรอยบัดกรีเพื่อควบคุมการประกอบ ป้องกันการกัดกร่อน หรือเพื่อความสะดวกในการผลิตโดยวิธีการผลิต สิ่งสำคัญคืออย่ามองข้ามแผ่นปิดรอยบัดกรี หากแผ่นปิดรอยบัดกรีคลุมวงจร RF ควรนำไปรวมไว้ในแบบจำลองความต้านทาน หรือสร้างชิ้นงานทดสอบที่สะท้อนถึงพื้นผิวจริง

สำหรับวงจรไมโครเวฟที่มีความไวสูงมาก ให้ระบุว่า “ไม่ต้องใช้แผ่นปิดรอยบัดกรีบนลายวงจร RF” หรือกำหนดตำแหน่งช่องเปิดของแผ่นปิดรอยบัดกรีอย่างแม่นยำในหมายเหตุการผลิต สำหรับแผงวงจรแบบผสม อาจคงแผ่นปิดรอยบัดกรีไว้บนส่วนดิจิทัลและส่วนจ่ายไฟ ในขณะที่ส่วน RF จะถูกเปิดออกอย่างเลือกสรร การตัดสินใจขั้นสุดท้ายควรพิจารณาถึงผลผลิตในการประกอบ ความสะอาด ความเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชัน และประสิทธิภาพของ RF ร่วมกัน

การควบคุมการสูญเสียการแทรก: ทองแดง การตกแต่งผิว และรูปทรงเรขาคณิต

การสูญเสียไดอิเล็กทริกไม่ใช่การสูญเสียเพียงอย่างเดียว

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยคือการเปรียบเทียบวัสดุ PCB ความถี่สูงโดยพิจารณาจากค่า Df เพียงอย่างเดียว ค่า Df มีความสำคัญ แต่การสูญเสียในตัวนำก็มีความสำคัญไม่แพ้กันหรืออาจเป็นปัจจัยหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความถี่สูงขึ้น ที่ความถี่ไมโครเวฟและมิลลิเมตร กระแสไฟฟ้าจะไหลใกล้กับพื้นผิวทองแดงเนื่องจากปรากฏการณ์สกินเอฟเฟกต์ ทองแดงที่มีพื้นผิวหยาบจะเพิ่มเส้นทางการไหลของกระแสไฟฟ้าและอาจทำให้การสูญเสียแทรกเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าแผ่นลามิเนต Rogers TMM ชนิดเดียวกันอาจให้ค่าการสูญเสียที่วัดได้แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับชนิดของแผ่นฟอยล์ทองแดงและการปรับสภาพพื้นผิว

เมื่อความสูญเสียเป็นสิ่งสำคัญ ให้สอบถามผู้ผลิต PCB ว่ามีแผ่นฟอยล์ทองแดงแบบใดบ้างสำหรับเกรด TMM และความหนาที่เลือก ทองแดงที่เคลือบด้วยไฟฟ้า ทองแดงรีด และทองแดงแบบบาง อาจมีความหยาบ การยึดเกาะ และต้นทุนที่แตกต่างกัน ตัวเลือกที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับความถี่ รูปทรงของลายวงจร ข้อกำหนดด้านความแข็งแรงในการลอก และความสามารถในการผลิต

การเลือกพื้นผิวสำเร็จ

การเคลือบผิวช่วยปกป้องทองแดงที่สัมผัสและรองรับการบัดกรีหรือการเชื่อมต่อสายไฟ สำหรับวงจร RF การเคลือบผิวอาจส่งผลต่อการสูญเสีย ความต้านทาน และคุณภาพการสัมผัส ENIG เป็นที่นิยมและสามารถบัดกรีได้ แต่โลหะนิกเกิลมีการสูญเสียค่อนข้างสูงที่ความถี่สูงและอาจไม่เหมาะสมในบริเวณปล่อยสัญญาณ RF หรือเส้นทาง RF ที่ยาวและสัมผัส การเคลือบด้วยเงินแบบจุ่ม ดีบุกแบบจุ่ม OSP ทองคำอ่อน หรือ ENEPIG อาจได้รับการพิจารณาขึ้นอยู่กับวิธีการประกอบ อายุการใช้งาน ข้อกำหนดการเชื่อมต่อสายไฟ และการสัมผัสกับสภาพแวดล้อม

ไม่มีพื้นผิวเคลือบแบบใดแบบหนึ่งที่เหมาะสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers TMM ทุกประเภท ดังนั้นจึงควรเลือกพื้นผิวเคลือบโดยพิจารณาจากค่าการสูญเสียคลื่นวิทยุ (RF loss), ความสามารถในการบัดกรี, การจัดเก็บ, การเชื่อมต่อ และช่วงกระบวนการผลิต TMM ที่ได้รับการพิสูจน์แล้วของผู้ผลิต โมดูลไมโครเวฟแบบเชื่อมต่อด้วยลวดอาจต้องการพื้นผิวเคลือบที่เข้ากันได้กับการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ แผงทดสอบคลื่นวิทยุแบบมีขั้วต่ออาจให้ความสำคัญกับความต้านทานการสัมผัสต่ำและการปล่อยสัญญาณซ้ำได้ แผงการผลิตแบบบัดกรีอาจให้ความสำคัญกับผลผลิตในการประกอบและความเสถียรในการจัดเก็บ ดังนั้นควรเลือกพื้นผิวเคลือบโดยคำนึงถึงทั้งข้อกำหนดด้านคลื่นวิทยุและการประกอบ

การเปิดใช้งานและการเปลี่ยนผ่านของตัวเชื่อมต่อ

แม้แต่สายส่งสัญญาณ TMM ที่ออกแบบมาอย่างดีก็อาจล้มเหลวได้หากการเชื่อมต่อไม่ดี ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเชื่อมต่อจึงถูกพิจารณาเป็นส่วนหนึ่งของการออกแบบแผงวงจรพิมพ์ RF ไม่ใช่แค่ฮาร์ดแวร์ทางกลเท่านั้น การเชื่อมต่อแบบ SMA, 2.92 มม., 2.4 มม. และแบบขอบบอร์ด จำเป็นต้องมีการควบคุมรูปทรงของแผ่นรอง การวางตำแหน่งรูต่อลงดิน ระยะห่างของระนาบอ้างอิง และการจัดแนวทางกล การเชื่อมต่อควรจำลองหรือคัดลอกจากแบบที่ได้รับการพิสูจน์แล้วสำหรับความหนาของบอร์ดและประเภทของตัวเชื่อมต่อที่แน่นอน

การเปลี่ยนชั้นเป็นอีกแหล่งที่มาของการสูญเสียและการสะท้อนที่พบได้ทั่วไป ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนผ่านจากไมโครสตริปไปเป็นสไตรป์ไลน์นั้นรวมถึงค่าความเหนี่ยวนำของไวโอเล็ต ความจุของแผ่นรอง รูปทรงของแผ่นรองกันสะท้อน และไวโอเล็ตสำหรับเส้นทางส่งกลับ สำหรับความถี่ไมโครเวฟต่ำ ไวโอเล็ตที่มีการควบคุมอย่างดีอาจเป็นที่ยอมรับได้ แต่ที่ความถี่สูง การเปลี่ยนผ่านอาจต้องใช้การเจาะรูด้านหลัง ความยาวของส่วนต่อที่ลดลง แผ่นรองกันสะท้อนที่ได้รับการปรับให้เหมาะสม หรือโครงสร้างไวโอเล็ตแบบโคแอกเซียล

การควบคุมความคลาดเคลื่อนของการกัดและความกว้างของเส้น

ค่าความต้านทานที่ควบคุมได้นั้นขึ้นอยู่กับความกว้างของแผ่นทองแดงที่ผ่านการกัดขึ้นรูปขั้นสุดท้าย ไม่ใช่แค่ความกว้างตามแบบ CAD เพียงอย่างเดียว ความหนาของทองแดง การชดเชยการกัดขึ้นรูป ทิศทางการวางแนวของเส้นลวด ตำแหน่งของแผง และกระบวนการผลิต ล้วนส่งผลต่อความกว้างขั้นสุดท้าย เรื่องนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับวัสดุ TMM ที่มีค่า Dk สูง ซึ่งเส้นลวดขนาด 50 โอห์มอาจมีความกว้างแคบ การเปลี่ยนแปลงเพียงไม่กี่ไมครอนก็อาจส่งผลกระทบที่วัดได้

แบบร่างการผลิตควรระบุค่าอิมพีแดนซ์เป้าหมาย ค่าความคลาดเคลื่อน การอ้างอิงชั้น ข้อกำหนดของชิ้นงานทดสอบ และระบุว่าแบบจำลองอิมพีแดนซ์นั้นทำก่อนหรือหลังการชุบ/การตกแต่ง หากการออกแบบประกอบด้วยโครงสร้าง RF ที่ปรับแต่งได้ แทนที่จะเป็นเพียงสายส่งสัญญาณ ให้ระบุขนาดที่สำคัญแยกต่างหาก และอธิบายว่าขนาดเหล่านั้นถูกควบคุมโดยการทดสอบอิมพีแดนซ์ การตรวจสอบขนาด หรือการทดสอบ RF

ข้อควรพิจารณาในการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) สำหรับ Rogers TMM

การเจาะและการสึกหรอของเครื่องมือ

แผ่นลามิเนต Rogers TMM มีส่วนผสมของสารเติมแต่งเซรามิก ดังนั้นขั้นตอนการผลิตในโครงการ TMM จึงควรดำเนินการแตกต่างจากงาน FR4 มาตรฐาน สารเติมแต่งเซรามิกช่วยปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความร้อน แต่ก็ทำให้การเจาะยากขึ้นกว่าการเจาะ FR4 มาตรฐาน สารเติมแต่งเซรามิกอาจทำให้เครื่องมือสึกหรอมากขึ้น ดังนั้นควรควบคุมพารามิเตอร์การเจาะ จำนวนครั้งที่เจาะ การเลือกเครื่องมือ และวัสดุที่ใช้ในการเจาะ/รองรับ การเจาะที่ไม่ดีอาจทำให้ผนังรูไม่เรียบ เกิดรอยบุ๋ม รอยเปื้อน ครีบ หรือข้อบกพร่องในการชุบผิว

ผู้ผลิตที่มีประสบการณ์ด้าน TMM จะปรับเงื่อนไขการเจาะเพื่อคุณภาพของรูและอายุการใช้งานของเครื่องมือ นี่เป็นเหตุผลหนึ่งที่ควรเลือกโรงงานที่มีประสบการณ์การผลิต TMM ของ Rogers ที่ได้รับการบันทึกไว้ ควรตรวจสอบ vias ขนาดเล็กมาก รั้ว vias ที่หนาแน่น และรูที่มีอัตราส่วนสูงก่อนการผลิต หากการออกแบบต้องการ vias กราวด์ RF จำนวนมาก ควรตรวจสอบเส้นผ่านศูนย์กลางและระยะห่างของ vias กับความสามารถในการผลิต TMM ของผู้ผลิตแทนที่จะสันนิษฐานว่ากฎการออกแบบ FR4 ใช้ได้

การชุบและการเตรียมผนังรู

ข้อดีอย่างหนึ่งของ TMM เมื่อเปรียบเทียบกับลามิเนตที่ใช้ PTFE หลายชนิดคือ TMM มาตรฐานไม่จำเป็นต้องผ่านการบำบัดด้วยโซเดียมแนฟเทเนตก่อนการชุบแบบไร้กระแสไฟฟ้า ซึ่งสามารถทำให้กระบวนการง่ายขึ้นสำหรับผู้ผลิต PCB TMM ของ Rogers สิ่งนี้สามารถลดความซับซ้อนของกระบวนการและลดความเสี่ยงได้ อย่างไรก็ตาม การชุบที่ดีนั้นยังคงขึ้นอยู่กับการเตรียมพื้นผิว สารเคมีในการทำความสะอาด คุณภาพของผนังรู และการควบคุมกระบวนการ

สำหรับแผงวงจรที่มีความน่าเชื่อถือสูง ให้ระบุความหนาของการชุบทองแดงที่ต้องการ มาตรฐานการยอมรับ และข้อกำหนดเกี่ยวกับความเครียดจากความร้อนใดๆ รูเชื่อมต่อ RF และรูเชื่อมต่อกราวด์ไม่ใช่แค่รูทางกลเท่านั้น แต่ยังเป็นตัวนำกระแสย้อนกลับและส่งผลต่อการป้องกัน รูเชื่อมต่อที่แตกหรือชุบไม่ดีอาจกลายเป็นข้อบกพร่อง RF ที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งยากต่อการวินิจฉัยหลังการประกอบ

การกำหนดเส้นทาง การทำรอย และขอบเชิงกล

แผงวงจร Rogers TMM อาจต้องการเงื่อนไขการเดินสายที่ควบคุมอย่างเข้มงวด เนื่องจากลามิเนตที่เติมเซรามิกมีพฤติกรรมแตกต่างจาก FR4 ควรมีการหารือเกี่ยวกับการเริ่มต้นการเชื่อมต่อที่ขอบแผงวงจร ขอบหยัก คุณสมบัติของช่องว่าง และความคลาดเคลื่อนทางกลที่เข้มงวดตั้งแต่เนิ่นๆ สำหรับแผงวงจร RF ขอบมักเป็นส่วนหนึ่งของอินเทอร์เฟซทางไฟฟ้า: การเชื่อมต่อที่ขอบแผงวงจรต้องมีความเรียบ คุณภาพการชุบ ความต่อเนื่องของกราวด์ และระยะห่างที่แม่นยำจากขอบ

หากจะติดตั้งแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในตัวเรือนโลหะ รูปทรงของแผงวงจรและตำแหน่งรูยึดอาจส่งผลต่อการต่อลงดินของคลื่นวิทยุ (RF grounding) และพฤติกรรมของช่องว่างภายใน ดังนั้น ควรตรวจสอบค่าความคลาดเคลื่อนทางกลร่วมกับการออกแบบวงจร RF ไม่ใช่แค่จากแบบร่างตัวเรือนเท่านั้น

ความเสถียรของมิติและการลงทะเบียน

โครงสร้างเทอร์โมเซตและพฤติกรรมการขยายตัวทางความร้อนที่ควบคุมได้ของ TMM ช่วยให้มีความเสถียรทางมิติ แต่การจัดเรียงชั้นหลายชั้นยังคงเป็นความท้าทายในการผลิตเมื่อการออกแบบใช้คุณสมบัติที่ละเอียด ชั้น RF ที่ฝังอยู่ หรือวัสดุไฮบริด สำหรับวงจรความถี่สูง การจัดเรียงจะมีผลต่อการจัดแนวของ vias กับ pad การจัดศูนย์กลางของ stripline ช่องว่างการเชื่อมต่อ และโครงสร้างของโพรง การจัดวางแผงการผลิตควรมีคูปองและเป้าหมายการจัดเรียงที่เหมาะสม

เมื่อวงจรมีความไวสูง ควรพิจารณาขอข้อมูลการวัดจากชิ้นงานตัวอย่างแรก เช่น ความหนาของฉนวน ความหนาของทองแดง ข้อมูลอิมพีแดนซ์ของชิ้นส่วนทดสอบ ขนาดของส่วนประกอบที่สำคัญ และหากเป็นไปได้ การวัดค่าพารามิเตอร์ S ของโครงสร้างทดสอบ ข้อมูลเหล่านี้จะช่วยให้ทั้งวิศวกรและผู้ผลิตมีข้อมูลพื้นฐานที่เชื่อถือได้สำหรับการปรับแต่งชิ้นงานในครั้งต่อไป

การประกอบและการเชื่อมต่อสายไฟ

วัสดุ Rogers TMM ผลิตจากระบบเรซินเทอร์โมเซต และใช้ในการออกแบบที่อาจต้องการการเชื่อมต่อด้วยสายไฟ ข้อกำหนดในการประกอบควรระบุไว้ก่อนการผลิต เนื่องจากมีผลต่อความเรียบของพื้นผิว สารเคลือบป้องกันการบัดกรี ความเรียบ ความสะอาด และบรรจุภัณฑ์ หากแผงวงจรจะใช้ชิปเปลือย การประกอบชิปและสายไฟ หรือการยึดติดแบบยูเทคติก แบบร่าง PCB ควรระบุพื้นที่ที่สามารถเชื่อมต่อได้และข้อกำหนดด้านความเรียบของพื้นผิวอย่างแม่นยำ

สำหรับชิ้นส่วน RF ที่ใช้การบัดกรี รูปทรงของแผ่นสัมผัสและปริมาณตะกั่วบัดกรีมีความสำคัญ ตะกั่วบัดกรีที่มากเกินไปอาจเปลี่ยนแปลงค่าความต้านทานที่แผ่นสัมผัส ในขณะที่ตะกั่วบัดกรีที่ไม่เพียงพออาจลดความน่าเชื่อถือ สำหรับชิ้นส่วน RF กำลังสูง ช่องว่างใต้แผ่นระบายความร้อนอาจทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นและส่งผลต่อประสิทธิภาพ ดังนั้น ควรพิจารณาแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของ Rogers TMM ในฐานะผลิตภัณฑ์ที่รวมการผลิตและการประกอบเข้าด้วยกัน มากกว่าที่จะพิจารณาเพียงแค่แผงวงจรเปล่าๆ

Rogers TMM เทียบกับ PTFE, RO4350B และอลูมินา

Rogers TMM ไม่ใช่ตัวเลือกวัสดุที่เหมาะสมสำหรับ PCB ความถี่สูงทุกประเภทโดยอัตโนมัติ ดังนั้นจึงควรเปรียบเทียบกับวัสดุเคลือบ RF อื่นๆ โดยพิจารณาจากค่าการสูญเสีย ความแข็งแกร่ง ช่วง Dk ความเสี่ยงในการผลิต และข้อกำหนดของแอปพลิเคชัน วัสดุนี้อยู่ในตำแหน่งที่เฉพาะเจาะจงระหว่างวัสดุเคลือบ PTFE ที่มีการสูญเสียต่ำมาก วัสดุเคลือบไฮโดรคาร์บอน/เซรามิกที่คุ้มค่า เช่น RO4350B และวัสดุรองรับเซรามิกแข็ง เช่น อลูมินา การเลือกใช้วัสดุที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับลำดับความสำคัญของการออกแบบ

TMM เทียบกับ PTFE

แผ่นลามิเนต PTFE สามารถให้การสูญเสียต่ำกว่า TMM ได้ ตัวอย่างเช่น RT/duroid 5880 เป็นที่รู้จักกันดีว่ามีค่า Dk ต่ำมากและค่าตัวประกอบการสูญเสียต่ำมาก หากการออกแบบเป็นเส้นทางการส่งสัญญาณที่ยาวและมีการสูญเสียต่ำ และความซับซ้อนทางกลมีจำกัด PTFE อาจเป็นตัวเลือกทางไฟฟ้าที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม วัสดุที่ใช้ PTFE อาจต้องการการผลิตที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นและอาจมีความแข็งแรงทางกลน้อยกว่า Rogers TMM มักถูกเลือกใช้เมื่อการออกแบบต้องการความสมดุลที่แข็งแกร่งกว่าระหว่างประสิทธิภาพ RF ความเสถียรของมิติ ความน่าเชื่อถือของรูเคลือบ และความสามารถในการผลิต

TMM เทียบกับ RO4350B

RO4350B ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในแผงวงจร RF เชิงพาณิชย์ เนื่องจากมีกระบวนการผลิตที่คล้ายคลึงกับอีพ็อกซี่/แก้วมาตรฐาน และมีต้นทุนที่คุ้มค่า เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับเสาอากาศ โมดูล RF เครื่องขยายกำลัง และโครงสร้างพื้นฐานไร้สาย ในกรณีที่ค่าความสูญเสียและช่วงค่า Dk เหมาะสม TMM จะน่าสนใจมากขึ้นเมื่อการออกแบบต้องการค่าความสูญเสียที่ต่ำกว่า RO4350B ค่า Dk ที่สูงกว่า การควบคุมค่าไดอิเล็กทริกที่เข้มงวดกว่า หรือวัสดุเทอร์โมเซตที่แข็งแรงพร้อมคุณสมบัติเฉพาะของ TMM

TMM เทียบกับอลูมินา

อะลูมินาไม่ใช่แผ่นลามิเนตสำหรับแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ทั่วไป แต่เป็นวัสดุเซรามิก มันอาจเหมาะอย่างยิ่งสำหรับโมดูลไมโครเวฟประสิทธิภาพสูง แต่เปราะบางและต้องใช้กระบวนการผลิตและการประกอบที่แตกต่างออกไป เกรด TMM ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง (High-Dk) อาจได้รับการพิจารณาเมื่อการออกแบบต้องการข้อได้เปรียบด้านขนาดบางส่วนของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกที่คล้ายกับเซรามิก ในขณะที่ยังคงใกล้เคียงกับวิธีการผลิต PCB นี่ไม่ได้หมายความว่า TMM จะมาแทนที่อะลูมินาในทุกกรณี แต่หมายความว่าควรประเมิน TMM เมื่อผลิตภัณฑ์ต้องการความสมดุลระหว่างประสิทธิภาพ RF ที่กะทัดรัดและความสามารถในการผลิตแบบ PCB

ความเหมาะสมในการผลิตและการใช้งานบอร์ดทั่วไป

ระบบเสาอากาศและเครือข่ายป้อนสัญญาณ

แผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง TMM ของ Rogers ใช้ในระบบเสาอากาศที่ความสม่ำเสมอของเฟส อิมพีแดนซ์ และการสูญเสียมีความสำคัญ เครือข่ายป้อนสัญญาณสำหรับอาร์เรย์ต้องกระจายสัญญาณด้วยแอมพลิจูดและเฟสที่คาดการณ์ได้ หากการเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่ไดอิเล็กตริกทำให้ความยาวทางไฟฟ้าของเส้นทางหนึ่งเปลี่ยนไปเมื่อเทียบกับอีกเส้นทางหนึ่ง ประสิทธิภาพของอาร์เรย์อาจลดลง คุณสมบัติไดอิเล็กตริกที่ควบคุมได้ของ TMM ช่วยรักษาความสม่ำเสมอในทุกแผงวงจร

สำหรับการเลือกวัสดุสำหรับแผ่นวงจรเสาอากาศนั้น ขึ้นอยู่กับแบนด์วิดท์ ขนาดเสาอากาศ ประสิทธิภาพการแผ่รังสี สภาพแวดล้อม และต้นทุน เกรด TMM ที่มีค่า Dk ต่ำ อาจใช้ในกรณีที่ต้องการแบนด์วิดท์กว้างและสายส่งที่กว้างกว่า เกรดที่มีค่า Dk สูง อาจพิจารณาใช้สำหรับโครงสร้างเสาอากาศขนาดกะทัดรัด แต่ผู้ออกแบบต้องคำนึงถึงความสมดุลระหว่างแบนด์วิดท์และประสิทธิภาพด้วย

ตัวกรอง RF, ตัวเชื่อมต่อ และตัวเรโซเนเตอร์

ตัวกรองและตัวเรโซเนเตอร์เป็นโครงสร้าง PCB ที่ไวต่อค่า Dk มากที่สุด การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในค่าคงที่ไดอิเล็กตริกหรือขนาดของลายวงจรอาจทำให้แถบความถี่ผ่าน ค่าการสูญเสียการสะท้อน หรือการตอบสนองการเชื่อมต่อเปลี่ยนแปลงไปได้ TMM มีประโยชน์อย่างมากเพราะให้ค่า Dk ที่ควบคุมได้ในหลายระดับ ทำให้ผู้ออกแบบสามารถเลือกขนาดทางกายภาพและความไวต่อความคลาดเคลื่อนที่เหมาะสมกับประเภทของตัวกรองได้

สำหรับวงจรเหล่านี้ แบบร่างการผลิตควรระบุขนาดที่สำคัญ แทนที่จะถือว่าส่วนประกอบทองแดงทั้งหมดมีความสำคัญเท่ากัน ช่องว่างการเชื่อมต่อ ความยาวของตัวเรโซเนเตอร์ โครงสร้างรูปตัวยู นิ้วระหว่างนิ้ว และระยะห่างจากกราวด์ อาจต้องมีการตรวจสอบเป็นพิเศษ ในบางกรณี กลยุทธ์การผลิตที่ดีที่สุดคือการรวมชิ้นส่วนตัวอย่างเรโซเนเตอร์ หรืออนุญาตให้มีการปรับแต่งอย่างเป็นระบบหลังจากวัดชิ้นงานตัวอย่างชิ้นแรกแล้ว

เรดาร์และอิเล็กทรอนิกส์การบินและอวกาศ

อุปกรณ์เรดาร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในอวกาศมักมีการใช้งานร่วมกันของความถี่สูง การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การสั่นสะเทือน ความน่าเชื่อถือที่เข้มงวด และอายุการใช้งานที่ยาวนาน วัสดุที่เลือกโดยพิจารณาเฉพาะการสูญเสียต่ำอาจไม่เพียงพอ แผงวงจรยังต้องการความน่าเชื่อถือของรูเคลือบ ความเสถียรของขนาด และความเข้ากันได้กับข้อกำหนดในการประกอบและสภาพแวดล้อมด้วย

คุณสมบัติความแข็งแกร่งของเทอร์โมเซต พฤติกรรมการขยายตัวทางความร้อนที่ควบคุมได้ และคุณสมบัติทางไฟฟ้าความถี่สูงของ Rogers TMM ทำให้เป็นวัสดุที่เหมาะสมสำหรับโมดูลเรดาร์ บอร์ดเซ็นเซอร์ และชุดประกอบไมโครเวฟที่มีความน่าเชื่อถือสูง สำหรับงานด้านอวกาศหรือการป้องกันประเทศ อาจจำเป็นต้องพิจารณาเอกสาร การตรวจสอบย้อนกลับของวัสดุ ข้อกำหนดการตรวจสอบ และข้อควรคำนึงถึงการควบคุมการส่งออกในระหว่างการจัดซื้อจัดจ้างด้วย

ระบบดาวเทียมและระบบสื่อสาร

ระบบสื่อสารผ่านดาวเทียมและระบบสื่อสารไมโครเวฟมักใช้เส้นทาง RF ที่มีอิมพีแดนซ์ควบคุม ตัวรับสัญญาณที่มีสัญญาณรบกวนต่ำ เครื่องขยายกำลัง ตัวกรอง และวงจรเฟส แผงวงจรพิมพ์ TMM ของ Rogers สามารถรองรับฟังก์ชันเหล่านี้ได้เมื่อออกแบบโครงสร้างเพื่อลดการสูญเสียและมีเฟสที่เสถียร ในระบบสื่อสาร การปรับปรุงการสูญเสียการแทรกเพียงเล็กน้อยก็สามารถนำไปสู่การเชื่อมต่อที่ดีขึ้น ความเครียดของเครื่องขยายสัญญาณที่ลดลง หรือความไวของตัวรับสัญญาณที่ดีขึ้นได้

บอร์ด RF กำลังสูงและบอร์ดขยายสัญญาณ

แผงวงจร RF กำลังสูงต้องการทั้งประสิทธิภาพทางไฟฟ้าและความร้อน แผ่นลามิเนตต้องมีค่าความต้านทานคงที่และมีการสูญเสียต่ำ ในขณะที่การจัดวางวงจรต้องระบายความร้อนออกจากอุปกรณ์แอคทีฟ การนำความร้อนและความน่าเชื่อถือของรูเคลือบในวัสดุ TMM สามารถช่วยได้ แต่การออกแบบระบายความร้อนในระดับแผงวงจรยังคงมีความสำคัญ ใช้รูระบายความร้อน ระนาบทองแดง แผ่นกระจายความร้อน และการสัมผัสของตัวเรือนอย่างตั้งใจ และตรวจสอบให้แน่ใจว่าโครงสร้างระบายความร้อนไม่รบกวนกระแสย้อนกลับของ RF

รายการตรวจสอบใบเสนอราคาและการออกแบบ PCB ของ Rogers TMM

ใบเสนอราคา PCB TMM ของ Rogers จะมีความแม่นยำมากขึ้นเมื่อผู้ผลิตได้รับเอกสารทางเทคนิคที่ครบถ้วน มิเช่นนั้นซัพพลายเออร์อาจเสนอราคาวัสดุที่แตกต่างออกไป สันนิษฐานกระบวนการที่ปลอดภัยกว่าแต่มีราคาแพงกว่า หรือพลาดรายละเอียดที่สำคัญต่อคลื่นความถี่วิทยุซึ่งส่งผลต่อต้นทุน PCB TMM เนื่องจาก TMM เป็นวัสดุเคลือบพิเศษสำหรับความถี่สูง ข้อมูลที่ไม่ครบถ้วนอาจนำไปสู่การเลือกใช้วัสดุที่ไม่ถูกต้อง การสันนิษฐานโครงสร้างที่ไม่ถูกต้อง การเพิ่มต้นทุนที่ไม่จำเป็น หรือความล่าช้าในการผลิตต้นแบบ

ข้อมูลวัสดุและการเรียงซ้อน

• เกรด Rogers TMM ที่แน่นอน: TMM3, TMM4, TMM6, TMM10, TMM10i หรือ TMM13i
• ความหนาของแผ่นลามิเนตและน้ำหนักของแผ่นทองแดงที่ต้องการ
• ความหนาและความคลาดเคลื่อนของแผ่นไม้สำเร็จรูป
• จำนวนชั้นและโครงสร้างทั้งหมด รวมถึงวัสดุเชื่อมต่อในโครงสร้างแบบไฮบริด
• ชั้นใดบ้างที่เป็นชั้น RF ที่มีการควบคุมอิมพีแดนซ์
• อนุญาตให้ใช้สารเคลือบป้องกันการบัดกรีบนลายวงจร RF หรือไม่
• ข้อกำหนดใดๆ เกี่ยวกับความสมมาตรเพื่อควบคุมการโค้งงอและการบิดตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งในโครงสร้างแบบไฮบริดที่ผสมผสาน TMM กับวัสดุอื่นๆ

ข้อกำหนดด้านประสิทธิภาพของคลื่นวิทยุ (RF)

• ค่าความต้านทานเป้าหมายและค่าความคลาดเคลื่อนสำหรับสาย RF แต่ละประเภท
• ช่วงความถี่ในการทำงาน และไม่ว่าการออกแบบจะเป็นแบบแถบความถี่แคบหรือแถบความถี่กว้าง
• ค่าการสูญเสียการแทรกสูงสุด ค่าการสูญเสียการสะท้อนกลับ หรือค่าความคลาดเคลื่อนของเฟส หากมี
• ข้อกำหนดเกี่ยวกับคูปองสำหรับการวัดค่าอิมพีแดนซ์ การสูญเสีย หรือพารามิเตอร์ S
• มิติ RF ที่สำคัญ เช่น ช่องว่างการเชื่อมต่อ ความยาวของเรโซเนเตอร์ และรูปทรงการปล่อยคลื่น
• ประเภทของคอนเนคเตอร์และคำแนะนำในการติดตั้ง หากใช้คอนเนคเตอร์แบบติดตั้งที่ขอบบอร์ด

ข้อกำหนดด้านการผลิตและการประกอบ

• ร่องรอยและระยะห่างขั้นต่ำ, การเจาะขั้นต่ำ, อัตราส่วนความกว้างต่อความยาว และชนิดของ vias
• ความหนาของการชุบ, ข้อกำหนดในการเติมรูทะลุ และข้อกำหนดในการเจาะรูเพิ่มเติม (ถ้ามี)
• การตกแต่งพื้นผิว: ENIG, การเคลือบเงินแบบจุ่ม, OSP, การเคลือบทองอ่อน, ENEPIG หรือแบบอื่นๆ
• ข้อกำหนดเฉพาะสำหรับการเชื่อมต่อสายไฟ การติดชิ้นส่วน หรือการประกอบแบบพิเศษ
• ส่วนประกอบที่ช่วยในการระบายความร้อน: แผ่นโลหะรองรับ, ทองแดงหนา, รูระบายความร้อน หรือแผ่นกระจายความร้อน
• ข้อกำหนดเกี่ยวกับมาตรฐานการยอมรับ รายงานการตรวจสอบ ใบรับรองวัสดุ และข้อมูลการทดสอบ

คำถามที่ควรสอบถามผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB)

ก่อนที่จะวางจำหน่ายแผงวงจรพิมพ์ความถี่สูง Rogers TMM โปรดสอบถามผู้ผลิตว่าเคยผลิตเกรดและความหนา TMM ที่แน่นอนมาก่อนหรือไม่ สอบถามเกี่ยวกับตัวเลือกฟอยล์ทองแดงและการตกแต่งพื้นผิวที่พวกเขาสามารถรองรับได้ ยืนยันค่าความคลาดเคลื่อนของการกัดเซาะที่สามารถทำได้บนความหนาของทองแดงที่เลือก สอบถามวิธีการทดสอบอิมพีแดนซ์ที่ควบคุมได้ และโครงสร้างของคูปองตรงกับประเภทของสาย RF หรือไม่ สำหรับแผงวงจรแบบไฮบริด ให้สอบถามว่าโครงสร้างลามิเนตได้รับการตรวจสอบแล้วหรือไม่ในเรื่องการโค้งงอ การบิด และความเข้ากันได้ของวัสดุ

คำถามเหล่านี้ช่วยป้องกันปัญหาทั่วไปอย่างหนึ่ง นั่นคือ การออกแบบที่มีความซับซ้อนทางไฟฟ้า แต่ยากต่อการผลิตซ้ำได้อย่างสม่ำเสมอ ผู้ผลิต PCB ของ TMM ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมควรจะสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความพร้อมของลามิเนต ทางเลือกของโครงสร้างชั้น การกำหนดพารามิเตอร์การเจาะ ข้อดีข้อเสียของการตกแต่งพื้นผิว และการตรวจสอบค่าความต้านทานก่อนที่จะสั่งซื้อ สำหรับการขอใบเสนอราคาสำหรับ PCB ความถี่สูงของ TMM โปรดระบุเกรดที่แน่นอน โครงสร้างชั้น ย่านความถี่ใช้งาน ขนาดบอร์ด ปริมาณทองแดง เป้าหมายความต้านทาน และจำนวนที่ต้องการ เพียงเท่านี้ก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนจากการพูดคุยในระดับทั่วไปไปสู่การตรวจสอบเฉพาะสำหรับการผลิตได้แล้ว