TMM10 vs. Alumina: Warum wählen Sie dieses Dk 9.2 Thermoset für miniaturisierte Mikrowellenkreise?

Was ist Rogers TMM10?

Rogers TMM10 ist ein duroplastisches Mikrowellenlaminat mit hoher Dielektrizitätskonstante (Dk 9,20), das für die Miniaturisierung von Schaltkreisen und Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit entwickelt wurde. Es kombiniert die elektrische Leistung von Keramiksubstraten mit der Verarbeitbarkeit von duroplastischen Materialien – ohne dass spezielle PTFE-Verarbeitungstechniken erforderlich sind. TMM10 ermöglicht eine Größenreduzierung von passiven Komponenten um bis zu 70 % im Vergleich zu Materialien mit niedrigem Dk-Wert und eignet sich daher ideal für Satellitenkommunikation, GPS-Antennen, Chiptester und als direkter Ersatz für Aluminiumoxidsubstrate.

Wichtige Erkenntnisse

Einführung

Bei der Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen ist die Erzielung einer erheblichen Miniaturisierung der Schaltung bei gleichzeitiger Beibehaltung einer hervorragenden elektrischen und thermischen Leistung eine entscheidende Herausforderung. Rogers TMM10 – Teil der TMM®-Familie (Thermoset Microwave Materials) – begegnet dieser Herausforderung mit einer hohen Dielektrizitätskonstante von 9,20 ± 0,230 in Kombination mit geringem Verlust, außergewöhnlichen thermischen Eigenschaften und der einfachen Verarbeitung duroplastischer Materialien.

TMM10 ist ein Keramik-, Kohlenwasserstoff- und Duroplast-Polymerverbundwerkstoff, der für eine hohe PTH-Zuverlässigkeit (Pathated Through Hole) in Streifenleitungs- und Mikrostreifenleitungsanwendungen entwickelt wurde. Mit seinem hohen Dk ermöglicht TMM10 eine erhebliche Miniaturisierung der Schaltung – wodurch die Größe passiver Komponenten wie Koppler, Filter und Resonatoren im Vergleich zu herkömmlichen Materialien mit niedrigem Dk um bis zu 70 % reduziert wird. Dies macht es in vielen Anwendungen zum idealen Ersatz für Aluminiumoxidsubstrate und bietet gleichzeitig eine hervorragende Verarbeitbarkeit und mechanische Eigenschaften.

Im Gegensatz zu Keramiksubstraten sind für TMM10 keine speziellen Produktionstechniken erforderlich. Es basiert auf einem duroplastischen Harz, das beim Erhitzen nicht erweicht und so eine zuverlässige Drahtverbindung ohne Abheben des Pads ermöglicht. Sein eng an Kupfer angepasster Wärmeausdehnungskoeffizient (CTE) gewährleistet eine außergewöhnliche PTH-Zuverlässigkeit, während seine Wärmeleitfähigkeit von 0,76 W/m·K – etwa doppelt so hoch wie bei herkömmlichen PTFE/Keramik-Laminaten – eine effektive Wärmeableitung in energieintensiven Anwendungen ermöglicht.

Eigenschaften von TMM10-Laminat

Hohe Wärmeleitfähigkeit

Mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,76 W/m/K bietet TMM10 etwa die doppelte Wärmeleitfähigkeit herkömmlicher PTFE/Keramik-Laminate. Dies erleichtert die effiziente Wärmeableitung von Leistungsverstärkern und anderen Hochleistungs-HF-Schaltkreisen, verlängert die Lebensdauer der Komponenten und verbessert die Zuverlässigkeit.

Vorteile von Duroplasten gegenüber PTFE und Keramik

Im Gegensatz zu Materialien auf PTFE-Basis bietet das duroplastische Harz von TMM10:

Wird beim Erhitzen nicht weich – Ermöglicht Drahtbonden ohne Anheben des Pads

Erfordert keine Behandlung mit Natriumnathanat – Vereinfacht die stromlose Beschichtung

Beständig gegen Kriechen und Kaltfluss – Behält die Dimensionsstabilität bei mechanischer Belastung

Bietet konstante Leistung bei allen Verarbeitungstemperaturen

Ist weniger zerbrechlich als Keramiksubstrate – einfacher zu handhaben und zu verarbeiten

Standardplattengrößen und -verkleidungen

Beispiel für einseitiges PCB-Design

Um die praktische Anwendung von TMM10 zu demonstrieren, finden Sie im Folgenden einen vollständigen Fall für einseitiges PCB-Design. Einseitige Designs sind bei TMM10-Anwendungen üblich, bei denen die Schaltungskomplexität geringer ist, aber Miniaturisierung und Leistung von entscheidender Bedeutung sind.

PCB-Designspezifikationen

Designbeobachtungen

Diese einseitige Platine (99,05 mm × 56,9 mm) zeichnet sich durch eine moderate Komponentenanzahl und eine hohe Via-Dichte aus. Zu den wichtigsten Beobachtungen gehören:

Einseitiges Design – Vereinfacht die Herstellung und senkt die Kosten; typisch für viele HF- und Mikrowellenanwendungen, bei denen Komponenten auf einer Seite platziert sind

60 mil (1,524 mm) dielektrische Dicke – Bietet robuste mechanische Festigkeit und kontrollierte Impedanz für Mikrowellenschaltungen

OSP-Oberflächenveredelung – organisches Lötbarkeitskonservierungsmittel bietet hervorragende Lötbarkeit und ist nickelfrei; Ideal für Anwendungen, bei denen Gold/Nickel nicht erforderlich ist oder unerwünschte Effekte hervorrufen könnte

Keine Lötmaske – Bewahrt die verlustarmen Eigenschaften des Duroplastmaterials

Kein Siebdruck – Bewahrt eine saubere HF-Oberfläche

Der hohe Dk-Wert des TMM10 von 9,20 – ermöglicht eine erhebliche Miniaturisierung der Schaltung; kompakte Filter- und Kopplerkonstruktionen

Hohe Anzahl an Durchkontaktierungen (27 Durchkontaktierungen) – spiegelt umfangreiche Erdungs-/Abschirmungsanforderungen für High-Dk-Hochfrequenzdesigns wider

Die duroplastischen Eigenschaften von TMM10 – Zuverlässiges Drahtbonden und ausgezeichnete PTH-Zuverlässigkeit

IPC-Klasse-2-Konformität – Gewährleistet Zuverlässigkeit für kommerzielle und Luft- und Raumfahrtanwendungen

Highlights des Herstellungsprozesses

Keine spezielle Verarbeitung – TMM10 kann mit allen gängigen PWB-Prozessen hergestellt werden; keine Behandlung mit Natriumnathanat erforderlich

Einseitige Fertigung – Vereinfachte Verarbeitung; geringere Kosten im Vergleich zu doppelseitigen Designs

Chemische Beständigkeit – Beständig gegen Ätzmittel und Lösungsmittel, die bei der Leiterplattenherstellung verwendet werden

Hervorragende PTH-Zuverlässigkeit – der auf Kupfer abgestimmte CTE sorgt für zuverlässige Durchkontaktierungen

Fine-Pitch-Fähigkeit – 4/5 mil Leiterbahn/Abstand unterstützt hochdichte HF-Designs

100 % elektrische Prüfung – Garantiert die Funktionsintegrität jeder Platine

Anwendungen

-Chiptester

-dielektrische Polarisatoren

-Satellitenkommunikationssysteme

-GPS-Antennen und Patch-Antennen usw

F1: Wie hoch ist die Dielektrizitätskonstante von TMM10?

A: TMM10 hat eine Prozessdielektrizitätskonstante von 9,20 ± 0,230 bei 10 GHz (Streifenleitungsmethode). Für praktische Schaltungsdesignzwecke beträgt der Design-Dk etwa 9,8.

F2: Wie schneidet TMM10 im Vergleich zu Aluminiumoxidsubstraten (Keramiksubstraten) ab?

A: TMM10 bietet eine ähnliche elektrische Leistung wie Aluminiumoxid (hoher Dk-Wert ~9–10), jedoch mit erheblichen Vorteilen: Es ist weniger zerbrechlich, einfacher mit Standard-PWB-Techniken zu verarbeiten, hat eine bessere CTE-Anpassung an Kupfer und erfordert keine spezielle Handhabung. TMM10 ist in vielen Anwendungen ein direkter Ersatz für Aluminiumoxid.

F3: Erfordert TMM10 vor dem Galvanisieren eine Behandlung mit Natriumnathanat?

A: Nein. Im Gegensatz zu PTFE-basierten Materialien ist TMM10 ein duroplastisches Material, das vor der stromlosen Beschichtung keine Behandlung mit Natriumnathanat erfordert. Dies vereinfacht die Herstellung und reduziert die Kosten.

F4: Wie hoch ist die Wärmeleitfähigkeit von TMM10?

A: TMM10 hat eine Wärmeleitfähigkeit von 0,76 W/m·K in Z-Richtung, was etwa dem Doppelten der Wärmeleitfähigkeit herkömmlicher PTFE/Keramik-Laminate entspricht (typischerweise 0,26–0,35 W/m·K). Dies ermöglicht eine effiziente Wärmeabfuhr in stromintensiven Anwendungen.

F5: Ist TMM10 für Drahtbonden geeignet?

A: Ja. TMM10 basiert auf einem duroplastischen Harz, das beim Erhitzen nicht erweicht und so eine zuverlässige Drahtverbindung ohne Abheben des Pads oder Verformung des Substrats ermöglicht.

F6: Welche Dicken sind für TMM10 verfügbar?

A: TMM10 ist in Standarddicken von 0,015 Zoll bis 0,500 Zoll in Schritten von 0,0015 Zoll erhältlich. Kundenspezifische Dicken sind möglicherweise auf Anfrage erhältlich.

F7: Was ist der Betriebstemperaturbereich von TMM10?

A: TMM10 hat eine Zersetzungstemperatur (Td) von 425 °C und eine stabile elektrische Leistung von -55 °C bis +125 °C mit einem TCDk von -38 ppm/°K. Es ist bleifrei prozesskompatibel.

F8: Für welche Anwendungen ist TMM10 am besten geeignet?

A: TMM10 eignet sich ideal für Chiptester, Satellitenkommunikationssysteme, GPS-/Patchantennen, dielektrische Polarisatoren und als Ersatz für Aluminiumoxidsubstrate, bei denen ein hoher Dk-Wert und eine Miniaturisierung der Schaltkreise erforderlich sind.

F9: Kann TMM10 mit Standardtechniken zur Leiterplattenherstellung verarbeitet werden?

A: Ja. TMM10 kann mit allen gängigen PWB-Prozessen (Printed Wiring Board) hergestellt werden. Es sind keine speziellen Produktionstechniken erforderlich.

F10: Welche Kupferverkleidungsoptionen sind verfügbar?

A: TMM10 ist mit galvanisch abgeschiedenem Kupfer (EDC) in den Gewichten ½ oz (18 μm) und 1 oz (35 μm) erhältlich. Es sind auch schwere Metallverkleidungen und unverkleidete Optionen erhältlich.

Abschluss

Rogers TMM10-Laminate bieten eine überzeugende Kombination aus hoher Dielektrizitätskonstante (9,20 ± 0,230), geringem Verlust (0,0022 bei 10 GHz) und außergewöhnlicher Duroplast-Zuverlässigkeit – und das alles ohne die speziellen Verarbeitungsanforderungen von PTFE-basierten Materialien oder die Handhabungsprobleme zerbrechlicher Keramiksubstrate. Mit einem an Kupfer angepassten CTE (21/21/20 ppm/K), einer Wärmeleitfähigkeit von 0,76 W/m·K und einem duroplastischen Harz, das zuverlässiges Drahtbonden ermöglicht, ist TMM10 ideal für anspruchsvolle Anwendungen mit hohem Dk und hoher Frequenz geeignet.

Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

Hoher Dk-Wert von 9,20 – ermöglicht eine Schaltkreisminiaturisierung von bis zu 70 %; ersetzt Aluminiumoxidsubstrate

Geringer Verlust (Df = 0,0022) – Erhält die Signalintegrität in Mikrowellenschaltungen

Duroplastisches Harz – erweicht beim Erhitzen nicht; zuverlässige Drahtverbindung; kein Anheben des Pads

Auf Kupfer abgestimmter CTE – Ausgezeichnete PTH-Zuverlässigkeit; geringe Ätzschrumpfung

Hohe Wärmeleitfähigkeit (0,76 W/m·K) – Effiziente Wärmeableitung; ca. 2x besser als PTFE/Keramik-Laminate

Keine PTFE-Verarbeitung – Keine Natriumnathanat-Behandlung erforderlich; alle gängigen PWB-Prozesse

Großer Dickenbereich – Erhältlich von 0,015" bis 0,500"

TCDk von -38 ppm/°K – Stabile Dk über die Temperatur hinweg für zuverlässige Phasenleistung

Ob in Satellitenkommunikationssystemen, GPS-Antennen, Chiptestern oder als direkter Ersatz für Aluminiumoxidsubstrate – TMM10 bietet eine zuverlässige, leistungsstarke Grundlage für kompakte Hochfrequenz-Schaltungsdesigns.