Друкована плата TMM для мініатюризації антени

1. Вибір марки TMM для мініатюризації антени

TMM – це сімейство термореактивних мікрохвильових ламінатів, що використовуються в мікросмужкових та смужкових конструкціях. Для антен корисним питанням у виробництві є те, який клас і товщина забезпечують необхідну електричну геометрію, залишаючись сумісними з передбачуваним маршрутом свердління, трасування, ламінування та покриття. Rogers публікує окремі інструкції з виготовлення для сімейства TMM, тому випущену конструкцію слід перевірити на відповідність поточній документації постачальника перед виготовленням інструментів. Потім процес виробництва друкованих плат повинен бути узгоджений з цією конструкцією. Після вибору класу, побудова антен на підкладках TMM пов'язує модель зменшення розміру з художнім оформленням, структурами живлення та контролем розмірів.

Для мініатюризації антени відповідними змінними є специфічний для класу Dk, товщина діелектрика, конструкція міді, температурна поведінка та зв'язок між розміром радіочастотного елемента та виробничим допуском. Ці значення слід брати з поточного технічного паспорта постачальника для вибраного класу, а не узагальнювати для всіх продуктів TMM. Highleap розглядає антенні живлення, відстань між опорними площинами, ширину лінії та товщину плати порівняно з змодельованою конструкцією. Зі зменшенням розмірів, реєстрація панелі та контроль травлення стають більш важливими, тому в першій статті слід виміряти характеристики, які впливають на відгук антени. Точні значення властивостей матеріалу слід перевірити за поточною документацією постачальника для зазначеного класу та конструкції.

Оскільки TMM є термореактивним, він не розм'якшується при нагріванні. З'єднання дротів можна виконувати без ризику відривання контактних майданчиків або деформації підкладки — суттєва перевага порівняно з PTFE для гібридних мікрохвильових інтегральних схем (МІС).

2. Таблиця властивостей Rogers Series TMM (TMM3–TMM13i) — Довідкові значення та використання в конструкції

Наведені нижче значення є довідковими даними з опублікованої технічної літератури Rogers TMM; перевірте поточну редакцію та метод випробувань перед випуском. «Процесний Dk» вимірюється на частоті 10 ГГц згідно з методом IPC-TM-650 2.5.5.5 (смужковий резонатор, вісь z). «Розрахунковий Dk» – це широкосмугове значення, виміряне в діапазоні 8–40 ГГц методом диференціальної фазової довжини — використовуйте розрахунковий Dk у вашому електромагнітному моделюванні (HFSS, ADS, CST).

* Коефіцієнт теплопровідності TMM10i (TCDk) розраховано згідно з технічним описом Rogers. Теплопровідність TMM13i не опублікована. Водопоглинання залежить від товщини підкладки — див. значення залежно від товщини в технічному описі Rogers (ASTM D570). Стандартна товщина: 0.015″–0.500″ (15–500 міл). Стандартні розміри панелей: 18 × 12″ та 18 × 24″. Мідне покриття: ½ унції, 1 унція, 2 унції, електролитне осадження; доступне покриття з важкого металу.

Ключові закономірності даних: Df залишається низьким (0.0019–0.0023) для всіх варіантів незалежно від Dk — розробники можуть вибрати високий Dk для мініатюризації без значних втрат. КТР xy та КТР z близькі в кожному варіанті (на відміну від FR4, де z-КТР у 3–5 разів вищий за xy), що є основою для надійних гальванічних наскрізних отворів.

Процесний Dk проти проектного Dk: Ці два значення відрізняються, оскільки вони вимірюються різними методами в різних діапазонах частот. Наприклад, TMM4 має процесний Dk = 4.50, але проектний Dk = 4.70. Використовуйте процесний Dk лише для контролю якості виробництва. Зверніть увагу, що проектний Dk TMM13i (12.20) нижчий за його процесний Dk (12.85) — завжди перевіряйте, яке значення очікує ваш інструмент моделювання.

3. TMM3 та TMM4: Низький Dk для фільтрів, осциляторів та калібрувальних підкладок

TMM3 (Dk = 3.27 технологічний процес / 3.45 конструкційний). TMM3 найближчий до RO4350B за діелектричною проникністю. Його TCDk +37 ppm/°K означає, що діелектрична проникність незначно зростає з температурою — передбачуваний, добре охарактеризований дрейф, який можна компенсувати конструкцією. У діапазоні температур від -55 до +125 °C, що використовуються військовими, загальний зсув Dk становить приблизно 0.7%, що підтримує стабільність центральних частот фільтра без налаштування після виробництва. TMM3 використовується у фільтрах супутникових транспондерів, підкладках генераторів з керованою напругою (VCO) та випробувальних пристроях, де Dk має бути відомий з високою точністю та відтворюваним у всіх виробничих партіях.

TMM4 (Dk = 4.50 технологічний / 4.70 конструкційний). TMM4 має найменшу величину TCDk у всій родині TMM: +15 ppm/°K. В діапазоні температур від -55 до +125 °C загальний дрейф Dk становить приблизно 0.27 % — найстабільніший температурний варіант у портфоліо Rogers. Його конструкційний Dk, що становить 4.70, близький до FR4 (4.2–4.5), тому конструкції, прототипи яких створені на основі FR4, можуть переходити на TMM4 без зміни розмірів схеми. TMM4 є стандартним вибором для гребінчастих та міжцифрових фільтрів у системах зв'язку та військових радіостанціях, де точність частоти повинна залишатися стабільною від -55 до +125 °C.

4. TMM6 та TMM10: високий Dk для GPS-антен та решіток базових станцій

Більший Dk зменшує довжину хвилі, пропорційно зменшуючи резонансні структури. Патч-антена на TMM6 (Dk = 6.00) приблизно на 35% менша за виміром, ніж така ж антена на TMM3 (Dk = 3.27). На TMM10 (Dk = 9.20) зменшення розміру сягає приблизно 50%.

TMM6 (Dk = 6.00 технологічний процес / 6.30 конструкція). TMM6 є найпоширенішим варіантом TMM. Патч-антени GPS L1 (1.575 ГГц) на TMM6 досягають розміру приблизно 25 × 25 мм — достатньо компактних для автомобільних дахових модулів та портативних приймачів. TCDk −11 ppm/°K (єдиний негативний і малий TCDk у сімействі) може бути сильним кандидатом, коли потрібна як мініатюризація, так і температурна стабільність. TMM6 також є стандартним матеріалом для антенних панелей сектора базових станцій стільникового зв'язку, де зменшення розміру на 35% на елемент дозволяє розмістити більше випромінювачів у фіксованій області панелі для масивних MIMO-масивів 5G .

TMM10 (Dk = 9.20 технологічний процес / 9.80 конструкція). TMM10 ще більше просуває мініатюризацію — зменшення розміру на 50% порівняно з TMM3. Застосування включають конструкції діелектричних резонаторних антен (DRA) та компактні решітки для Wi-Fi та 5G. TMM10 та TMM10i можуть замінити алюмінієві керамічні підкладки, залишаючись при цьому придатними для обробки на стандартному обладнанні для друкованих плат — Роджерс спеціально зазначає цю можливість у технічному описі TMM. Компроміс: КТР xy збільшується до 21 ppm/°K, і матеріал стає більш крихким при більшому навантаженні кераміки. Для більшої мініатюризації конструкцію TMM13i з високим Dk слід оцінювати на предмет допустимого зсуву частоти та допусків травлення.

5. TMM10i та TMM13i: ламінати Роджерса з найвищим Dk для мініатюрних антен

Суфікс «i» позначає ізотропні варіанти з КТР. TMM10i (Dk = 9.80) та TMM13i (Dk = 12.85) мають КТР, що дуже схоже на всі три осі: обидва вимірюють 19/19/20 ppm/°K (x/y/z) — найстабільніше теплове розширення серед усіх ламінатів Rogers.

TMM10i (Dk = 9.80 технологічний процес / 9.90 конструкційний). TMM10i є кращим за TMM10 для програм з високою надійністю. Його питома вага (2.77) ідентична TMM10, але більш ізотропний КТР (19/20 проти 21/20 у TMM10) зменшує різницю напружень між міддю через циліндри та навколишнім діелектриком під час термоциклування. Застосування включає елементи фазованих антенних решіток для аерокосмічних радарів, діелектрично навантажені резонаторні фільтри для супутників зв'язку та мережі подільників потужності, де надійність PTH понад 1,000+ термоциклів не підлягає обговоренню.

TMM13i (Dk = 12.85 технологічний процес / 12.20 конструкція). TMM13i забезпечує найагресивнішу мініатюризацію в портфоліо Rogers — елементи антени приблизно на 60% менші за виміром, ніж у TMM3. Це нішевий матеріал для надкомпактних антен GNSS, мініатюрних керамічних патч-матриць та діелектричних резонаторних генераторів (DRO). Компроміси: найвища щільність (3.00 г/см³), TCDk −70 ppm/°K (найбільший температурний дрейф у сімействі TMM), нижча міцність міді на відшаровування (4.0 фунта/дюйм проти 5.7 для TMM3) та теплопровідність, що не опублікована Rogers. Коли потрібен максимальний Dk з термореактивною оброблюваністю, TMM13i є єдиним варіантом ламінату, окрім керамічних підкладок на замовлення.

6. Як виготовляти друковані плати TMM: свердління, гальванічні покриття та ламінування

Термореактивна матриця TMM означає, що вона обробляється на стандартному обладнанні FR4 — це велика перевага над PTFE. Керамічний наповнювач вносить певні корективи, а крихкість збільшується з Dk.

Для TMM10, TMM10i та TMM13i рекомендується лазерне свердління мікроперехідних отворів — крихкий матеріал може утворювати мікротріщини навколо невеликих механічно просвердлених отворів. Мінімальна ширина доріжки має становити 4 міл для TMM3/TMM4/TMM6 та 5 міл для TMM10/TMM10i/TMM13i. Додайте купони для випробувань імпедансу на кожну панель.

Highleap виробляє друковані плати TMM усіх шести варіантів. TMM3, TMM6 та TMM10i мають стандартну товщину (25 та 50 міл). TMM4, TMM10 та TMM13i доступні на замовлення з терміном поставки матеріалів від 2 до 4 тижнів. Підтримуються багатошарові конструкції TMM до 8 шарів та гібридні стеки TMM/FR4. Повний процес виготовлення, що охоплює всі сімейства матеріалів Rogers, див. у посібнику з процесу виготовлення друкованих плат Rogers.

7. Rogers TMM проти RO4000 проти RO3000: Посібник з вибору матеріалу

Найбільш очевидним варіантом використання TMM є ситуація, коли для конструкції потрібен Dk вище 6.0 у поєднанні зі стандартною оброблюваністю друкованих плат — жодна інша серія Rogers не пропонує цього в термореактивному форматі. Другим сильним варіантом використання є температурно-стабільна фазова продуктивність: TCDk TMM4 +15 ppm/°K є найнижчою величиною в портфоліо Rogers, що робить його стандартом для вузькосмугових фільтрів супутникового зв'язку та прецизійних мереж живлення радарів, де стабільність частоти в діапазоні від -55 до +125 °C є критично важливою.

TMM не є правильним вибором, коли потрібні абсолютно мінімальні вставні втрати (використовуйте RT/duroid 5880), при роботі переважно вище 40 ГГц (PTFE перевершує TMM на мм-хвилях) або коли вартість є основним фактором для загального радіочастотного діапазону нижче 10 ГГц (RO4350B дешевший і має більше доступних товарів).

Запит на цінову пропозицію на друковану плату TMM від Highleap → Надішліть файли Gerber та вимоги до стекування. Інженерна консультація щодо компромісів TMM, RO4000 та RO3000 включена безкоштовно. Для цінової пропозиції на мініатюрну антену надайте діапазон частот, геометрію антени, стекування, контур плати, мідні провідники та вимоги до радіочастотних випробувань. Це дозволяє виробнику оцінити, чи сумісний необхідний розмір елемента із запропонованою конструкцією.