แผงวงจรพิมพ์ TMM สำหรับการย่อขนาดเสาอากาศ

1. การคัดเลือกเกรด TMM สำหรับการย่อขนาดเสาอากาศ

TMM คือกลุ่มของแผ่นลามิเนตเทอร์โมเซตสำหรับไมโครเวฟที่ใช้ในโครงสร้างไมโครสตริปและสไตรป์ไลน์ สำหรับงานเสาอากาศ คำถามสำคัญในการผลิตคือ เกรดและความหนาใดที่ให้รูปทรงทางไฟฟ้าที่ต้องการ ในขณะที่ยังคงเข้ากันได้กับขั้นตอนการเจาะ การเซาะร่อง การเคลือบ และการชุบที่วางแผนไว้ Rogers ได้เผยแพร่คำแนะนำการผลิตแยกต่างหากสำหรับกลุ่ม TMM ดังนั้นควรตรวจสอบโครงสร้างที่เผยแพร่กับเอกสารของผู้จำหน่ายปัจจุบันก่อนการผลิตแม่พิมพ์ จากนั้นกระบวนการผลิต PCBควรจับคู่กับโครงสร้างนั้น เมื่อเลือกเกรดแล้วการสร้างเสาอากาศบนพื้นผิว TMMจะเชื่อมโยงแบบจำลองการลดขนาดเข้ากับงานศิลปะ โครงสร้างป้อนสัญญาณ และการตรวจสอบขนาด

สำหรับการย่อขนาดเสาอากาศ ตัวแปรที่เกี่ยวข้อง ได้แก่ ค่า Dk เฉพาะเกรด ความหนาของฉนวน โครงสร้างทองแดง พฤติกรรมตามอุณหภูมิ และความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของส่วนประกอบ RF กับความคลาดเคลื่อนในการผลิต ค่าเหล่านี้ควรนำมาจากเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตปัจจุบันสำหรับเกรดที่เลือก แทนที่จะนำมาใช้กับผลิตภัณฑ์ TMM ทั้งหมด Highleap จะตรวจสอบการป้อนสัญญาณเสาอากาศ ระยะห่างของระนาบอ้างอิง ความกว้างของเส้น และความหนาของแผ่นวงจรเทียบกับโครงสร้างที่จำลองไว้ เมื่อขนาดเล็ลง การจัดตำแหน่งแผงและการควบคุมการกัดเซาะจะมีความสำคัญมากขึ้น ดังนั้นชิ้นงานตัวอย่างแรกควรวัดคุณสมบัติที่ส่งผลต่อการตอบสนองของเสาอากาศ ควรตรวจสอบค่าคุณสมบัติของวัสดุที่แน่นอนกับเอกสารของผู้ผลิตปัจจุบันสำหรับเกรดและโครงสร้างที่ระบุ

เนื่องจาก TMM เป็นเทอร์โมเซต จึงไม่อ่อนตัวเมื่อได้รับความร้อน การเชื่อมต่อสายไฟจึงสามารถทำได้โดยไม่มีความเสี่ยงต่อการหลุดลอกของแผ่นรองหรือการเสียรูปของพื้นผิว ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือกว่า PTFE สำหรับวงจรรวมไมโครเวฟแบบไฮบริด (MIC)

2. ตารางคุณสมบัติของ Rogers TMM Series (TMM3–TMM13i) — ค่าอ้างอิงและการใช้งานในการออกแบบ

ค่าด้านล่างเป็นข้อมูลอ้างอิงจากเอกสารทางเทคนิคของ Rogers TMM ที่เผยแพร่แล้ว โปรดตรวจสอบเวอร์ชันปัจจุบันและวิธีการทดสอบก่อนนำไปใช้ “Process Dk” วัดที่ 10 GHz ตามวิธี IPC-TM-650 วิธีที่ 2.5.5.5 (ตัวเรโซเนเตอร์แบบสตรีปไลน์ แกน z) “Design Dk” คือค่าบรอดแบนด์ที่วัดได้ 8–40 GHz โดยวิธีความยาวเฟสเชิงอนุพันธ์ — ใช้ค่า Design Dk ในการจำลอง EM ของคุณ (HFSS, ADS, CST )

* ค่า TCDk ของ TMM10i เป็นค่าประมาณตามข้อมูลจำเพาะของ Rogers ค่าการนำความร้อนของ TMM13i ไม่ได้ระบุไว้ การดูดซับน้ำจะแตกต่างกันไปตามความหนาของวัสดุรองรับ — โปรดดูข้อมูลจำเพาะของ Rogers สำหรับค่าเฉพาะความหนา (ASTM D570) ความหนามาตรฐาน: 0.015″–0.500″ (15–500 มิล) ขนาดแผงมาตรฐาน: 18 × 12″ และ 18 × 24″ การหุ้มด้วยทองแดง: ½ ออนซ์, 1 ออนซ์, 2 ออนซ์ เคลือบด้วยไฟฟ้า; มีการหุ้มด้วยโลหะหนักให้เลือกใช้

รูปแบบข้อมูลสำคัญ:ค่า Df ยังคงต่ำ (0.0019–0.0023) ในทุกรูปแบบโดยไม่ขึ้นอยู่กับค่า Dk — นักออกแบบสามารถเลือกค่า Dk สูงเพื่อลดขนาดโดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพอย่างมีนัยสำคัญ ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ในแนวแกน xy และ z มีค่าใกล้เคียงกันในทุกรูปแบบ (ต่างจาก FR4 ที่ค่า z-CTE สูงกว่า xy ถึง 3–5 เท่า) ซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างรูทะลุเคลือบที่เชื่อถือได้

ค่า Process Dk เทียบกับค่า Design Dk:ค่าทั้งสองแตกต่างกันเนื่องจากวัดด้วยวิธีการที่แตกต่างกันและช่วงความถี่ที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น TMM4 มีค่า Process Dk = 4.50 แต่ค่า Design Dk = 4.70 ควรใช้ค่า Process Dk สำหรับการควบคุมคุณภาพการผลิตเท่านั้น โปรดทราบว่าค่า Design Dk ของ TMM13i (12.20) ต่ำกว่าค่า Process Dk (12.85) ควรตรวจสอบเสมอว่าเครื่องมือจำลองของคุณคาดหวังค่าใด

3. TMM3 และ TMM4: ค่า Dk ต่ำ สำหรับตัวกรอง ออสซิลเลเตอร์ และพื้นผิวสำหรับการสอบเทียบ

TMM3 (Dk = 3.27 กระบวนการผลิต / 3.45 การออกแบบ) TMM3 มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกใกล้เคียงกับ RO4350B มากที่สุด ค่า TCDk ของ +37 ppm/°K หมายความว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยตามอุณหภูมิ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงที่คาดการณ์ได้และมีลักษณะเฉพาะที่ดี ซึ่งสามารถชดเชยได้ในการออกแบบ ในช่วงอุณหภูมิใช้งานทางทหารตั้งแต่ −55 ถึง +125 °C การเปลี่ยนแปลง Dk โดยรวมอยู่ที่ประมาณ 0.7% ทำให้ความถี่ศูนย์กลางของตัวกรองคงที่โดยไม่ต้องปรับแต่งหลังการผลิต TMM3 ใช้ในตัวกรองทรานสปอนเดอร์ดาวเทียม สารตั้งต้นของออสซิลเลเตอร์ควบคุมแรงดันไฟฟ้า (VCO) และอุปกรณ์ทดสอบที่ต้องการทราบค่า Dk ด้วยความแม่นยำสูงและสามารถทำซ้ำได้ในแต่ละล็อตการผลิต

TMM4 (Dk = 4.50 กระบวนการผลิต / 4.70 การออกแบบ) TMM4 มีค่า TCDk น้อยที่สุดในตระกูล TMM ทั้งหมด: +15 ppm/°K ในช่วงอุณหภูมิ −55 ถึง +125 °C ค่า Dk โดยรวมเปลี่ยนแปลงประมาณ 0.27% ซึ่งเป็นตัวเลือกที่มีเสถียรภาพทางอุณหภูมิมากที่สุดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Rogers ค่า Dk ในการออกแบบที่ 4.70 ใกล้เคียงกับ FR4 (4.2–4.5) ดังนั้นการออกแบบที่สร้างต้นแบบบน FR4 จึงสามารถเปลี่ยนไปใช้ TMM4 ได้โดยไม่ต้องเปลี่ยนขนาดวงจร TMM4 เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับตัวกรองแบบ combline และ interdigital ในระบบสื่อสารและวิทยุทางทหารที่ต้องการความแม่นยำของความถี่คงที่ในช่วงอุณหภูมิ −55 ถึง +125 °C

4. TMM6 และ TMM10: ค่า DK สูงสำหรับเสาอากาศ GPS และชุดสถานีฐาน

ค่า Dk ที่สูงขึ้นจะลดความยาวคลื่นนำทาง ทำให้โครงสร้างเรโซแนนซ์เล็กลงตามสัดส่วน เสาอากาศแบบแพทช์บน TMM6 (Dk = 6.00) มีขนาดเล็กกว่าเสาอากาศแบบเดียวกันบน TMM3 (Dk = 3.27) ประมาณ 35% ต่อมิติ และบน TMM10 (Dk = 9.20) ขนาดจะลดลงประมาณ 50%

TMM6 (Dk = 6.00 กระบวนการผลิต / 6.30 การออกแบบ) TMM6 เป็นวัสดุ TMM ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เสาอากาศแบบแพทช์ GPS L1 (1.575 GHz) บน TMM6 มีขนาดพื้นที่ประมาณ 25 × 25 มม. ซึ่งกะทัดรัดพอสำหรับโมดูลบนหลังคารถยนต์และเครื่องรับแบบพกพา ค่า TCDk ที่ −11 ppm/°K (ค่า TCDk ติดลบและต่ำที่สุดในตระกูล) ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมเมื่อต้องการทั้งขนาดเล็กและความเสถียรทางอุณหภูมิ TMM6 ยังเป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับแผงเสาอากาศแบบภาคส่วนของสถานีฐานโทรศัพท์มือถือ ซึ่งการลดขนาดลง 35% ต่อองค์ประกอบช่วยให้สามารถติดตั้งตัวส่งสัญญาณได้มากขึ้นในพื้นที่แผงคงที่สำหรับอาร์เรย์ massive-MIMO 5G

TMM10 (Dk = 9.20 กระบวนการผลิต / 9.80 การออกแบบ) TMM10 ผลักดันการย่อขนาดให้เล็กลงไปอีก — ลดขนาดลง 50% เมื่อเทียบกับ TMM3 การใช้งานรวมถึงการออกแบบเสาอากาศเรโซเนเตอร์ไดอิเล็กทริก (DRA) และอาร์เรย์ขนาดกะทัดรัดสำหรับ Wi-Fi และ 5G TMM10 และ TMM10i สามารถใช้แทนวัสดุเซรามิกอะลูมินาได้ ในขณะที่ยังคงสามารถประมวลผลได้บนอุปกรณ์ PCB มาตรฐาน — Rogers ระบุความสามารถนี้ไว้ในเอกสารข้อมูล TMM โดยเฉพาะ ข้อเสีย: ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) xy เพิ่มขึ้นเป็น 21 ppm/°K และวัสดุจะเปราะมากขึ้นเมื่อปริมาณเซรามิกสูงขึ้น สำหรับการย่อขนาดที่แข็งแกร่งยิ่งขึ้นควรประเมินโครงสร้าง TMM13i ที่มีค่า Dk สูง โดยพิจารณาจากค่าการเปลี่ยนแปลงความถี่ที่อนุญาตและความคลาดเคลื่อนในการกัดเซาะ

5. TMM10i และ TMM13i: แผ่นลามิเนต Rogers ที่มีค่า Dk สูงสุด สำหรับเสาอากาศขนาดเล็ก

ตัวอักษร “i” ต่อท้ายบ่งบอกถึงรุ่นที่มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนแบบไอโซโทรปิก (isotropic-CTE variants) TMM10i (Dk = 9.80) และ TMM13i (Dk = 12.85) มีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนที่ใกล้เคียงกันในทั้งสามแกน โดยวัดได้ 19/19/20 ppm/°K (x/y/z) ซึ่งเป็นค่าการขยายตัวทางความร้อนที่สม่ำเสมอที่สุดในบรรดาลามิเนตของ Rogers

TMM10i (Dk = 9.80 กระบวนการผลิต / 9.90 การออกแบบ) TMM10i เป็นที่นิยมมากกว่า TMM10 สำหรับโปรแกรมที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูง ความหนาแน่นจำเพาะ (2.77) ของมันเหมือนกับ TMM10 แต่ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ที่เป็นไอโซโทรปิกมากกว่า (19/20 เทียบกับ 21/20 ของ TMM10) ช่วยลดความเค้นที่แตกต่างกันระหว่างแกนทองแดงและฉนวนโดยรอบในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การใช้งานรวมถึงองค์ประกอบเสาอากาศแบบเฟสอาร์เรย์สำหรับ เรดาร์ ในอวกาศตัวกรองโพรงที่บรรจุฉนวนสำหรับดาวเทียมสื่อสาร และเครือข่ายตัวแบ่งกำลังไฟฟ้า ซึ่งความน่าเชื่อถือของ PTH ในการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากกว่า 1,000 รอบเป็นสิ่งที่ไม่สามารถต่อรองได้

TMM13i (Dk = 12.85 กระบวนการผลิต / 12.20 การออกแบบ) TMM13i ให้การย่อขนาดที่มากที่สุดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Rogers โดยส่วนประกอบของเสาอากาศมีขนาดเล็กกว่า TMM3 ประมาณ 60% ต่อมิติ เป็นวัสดุเฉพาะกลุ่มสำหรับเสาอากาศ GNSS ขนาดเล็กพิเศษ แผงแพทช์เซรามิกขนาดเล็ก และออสซิลเลเตอร์เรโซเนเตอร์ไดอิเล็กทริก (DRO) ข้อเสีย: ความหนาแน่นสูงสุด (3.00 g/cm³), ค่า TCDk เท่ากับ −70 ppm/°K (การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากที่สุดในตระกูล TMM), ความแข็งแรงในการลอกทองแดงต่ำกว่า (4.0 lb/in เทียบกับ 5.7 สำหรับ TMM3) และ Rogers ไม่ได้เผยแพร่ค่าการนำความร้อน เมื่อต้องการค่า Dk สูงสุดพร้อมความสามารถในการแปรรูปแบบเทอร์โมเซต TMM13i เป็นตัวเลือกแผ่นลามิเนตเพียงตัวเดียว นอกเหนือจากวัสดุเซรามิกแบบกำหนดเอง

6. วิธีการผลิตแผ่นวงจรพิมพ์ TMM: การเจาะ การชุบ และการเคลือบ

โครงสร้างเทอร์โมเซตของ TMM ทำให้สามารถแปรรูปได้ด้วยอุปกรณ์ FR4 มาตรฐาน ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญเหนือ PTFE สารตัวเติมเซรามิกทำให้เกิดการปรับแต่งเฉพาะ และความเปราะจะเพิ่มขึ้นตามค่า Dk

สำหรับ TMM10, TMM10i และ TMM13i แนะนำให้ใช้การเจาะด้วยเลเซอร์สำหรับไมโครเวีย เนื่องจากวัสดุที่เปราะบางอาจเกิดรอยแตกเล็กๆ รอบรูที่เจาะด้วยเครื่องจักรได้ ออกแบบความกว้างของลายวงจรขั้นต่ำที่ 4 มิลสำหรับ TMM3/TMM4/TMM6 และ 5 มิลสำหรับ TMM10/TMM10i/TMM13i ควรแนบคูปองทดสอบอิมพีแดนซ์ ไว้ ในทุกแผง

Highleap ผลิต PCB แบบ TMM ทั้งหกแบบ TMM3, TMM6 และ TMM10i มีจำหน่ายในความหนามาตรฐาน (25 และ 50 มิล) ส่วน TMM4, TMM10 และ TMM13i ต้องสั่งทำ โดยมีระยะเวลารอวัสดุ 2-4 สัปดาห์ รองรับโครงสร้าง TMM หลายชั้นได้สูงสุดถึง 8 ชั้น และโครงสร้างไฮบริด TMM/FR4 สำหรับกระบวนการผลิตทั้งหมดที่ครอบคลุมวัสดุตระกูล Rogers ทั้งหมด โปรดดูคู่มือกระบวนการผลิต PCB ของ Rogers

7. Rogers TMM เทียบกับ RO4000 เทียบกับ RO3000: คู่มือการเลือกวัสดุ

กรณีการใช้งานที่ชัดเจนที่สุดของ TMM คือเมื่อการออกแบบต้องการค่า Dk ที่สูงกว่า 6.0 ร่วมกับความสามารถในการผลิตบนแผ่นวงจรพิมพ์ (PCB) มาตรฐาน ซึ่งไม่มีซีรีส์อื่นของ Rogers ที่ให้คุณสมบัตินี้ในรูปแบบเทอร์โมเซต กรณีการใช้งานที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือประสิทธิภาพของเฟสที่เสถียรต่ออุณหภูมิ: ค่า TCDk ของ TMM4 ที่ +15 ppm/°K เป็นค่าที่ต่ำที่สุดในกลุ่มผลิตภัณฑ์ของ Rogers ทำให้เป็นมาตรฐานสำหรับ ตัวกรอง การสื่อสารผ่านดาวเทียมแบบ แถบความถี่แคบ และเครือข่ายป้อนสัญญาณเรดาร์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งความเสถียรของความถี่ในช่วงอุณหภูมิ −55 ถึง +125 °C เป็นสิ่งสำคัญ

TMM ไม่ใช่ตัวเลือกที่เหมาะสมเมื่อต้องการค่าการสูญเสียการแทรกต่ำที่สุด (ควรใช้ RT/duroid 5880) เมื่อใช้งานหลักที่ความถี่สูงกว่า 40 GHz (PTFE มีประสิทธิภาพดีกว่า TMM ที่ความถี่ระดับมิลลิเมตร) หรือเมื่อต้นทุนเป็นปัจจัยหลักสำหรับการใช้งาน RF ทั่วไปที่ความถี่ต่ำกว่า 10 GHz (RO4350B มีราคาถูกกว่าและหาซื้อได้ง่ายกว่า)

ขอใบเสนอราคา PCB แบบ TMM จาก Highleap →ส่งไฟล์ Gerber และข้อกำหนดเกี่ยวกับโครงสร้างชั้นของวัสดุ รวมคำปรึกษาด้านวิศวกรรมเกี่ยวกับข้อดีข้อเสียของ TMM เทียบกับ RO4000 เทียบกับ RO3000 โดยไม่มีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม สำหรับใบเสนอราคาเสาอากาศขนาดเล็ก โปรดระบุแถบความถี่ รูปทรงเสาอากาศ โครงสร้างชั้นของวัสดุ โครงร่างของแผ่นวงจร ปริมาณทองแดง และข้อกำหนดการทดสอบ RF เพื่อให้ผู้ผลิตสามารถประเมินได้ว่าขนาดของส่วนประกอบที่ต้องการนั้นเข้ากันได้กับโครงสร้างที่เสนอหรือไม่