TMM10 vs Alumine: Pourquoi choisir ce thermoset Dk 9.2 pour les circuits micro-ondes miniaturisés?

Qu’est-ce que le TMM10 de Rogers?

Rogers TMM10 est un stratifié micro-ondes thermodurci à constante diélectrique élevée (Dk 9,20) conçu pour la miniaturisation des circuits et les applications de haute fiabilité. Il combine les performances électriques des substrats céramiques avec la transformabilité des matériaux thermodurcis, sans nécessiter de techniques spécialisées de traitement du PTFE. Le TMM10 permet une réduction jusqu'à 70 % de la taille des composants passifs par rapport aux matériaux à faible Dk, ce qui le rend idéal pour les communications par satellite, les antennes GPS, les testeurs de puces et comme remplacement direct des substrats en alumine.

Points clés à retenir

Introduction

Dans la conception de circuits haute fréquence, parvenir à une miniaturisation significative des circuits tout en conservant d’excellentes performances électriques et thermiques constitue un défi crucial. Rogers TMM10, qui fait partie de la famille TMM® (Thermoset Microwave Materials), relève ce défi avec une constante diélectrique élevée de 9,20 ± 0,230 combinée à de faibles pertes, des propriétés thermiques exceptionnelles et la facilité de traitement des matériaux thermodurcis.

Le TMM10 est un composite polymère thermodurci en céramique, hydrocarbure, conçu pour une fiabilité élevée des trous plaqués (PTH) dans les applications de lignes à ruban et microruban. Avec son Dk élevé, le TMM10 permet une miniaturisation substantielle des circuits, réduisant jusqu'à 70 % la taille des composants passifs tels que les coupleurs, les filtres et les résonateurs par rapport aux matériaux conventionnels à faible Dk. Cela en fait un remplacement idéal pour les substrats en alumine dans de nombreuses applications, tout en offrant une aptitude au traitement et des propriétés mécaniques supérieures.

Contrairement aux substrats céramiques, le TMM10 ne nécessite pas de techniques de production spécialisées. Il est basé sur une résine thermodurcie qui ne ramollit pas lorsqu'elle est chauffée, permettant une liaison fiable des fils sans soulever les tampons. Son coefficient de dilatation thermique (CTE) étroitement adapté à celui du cuivre garantit une fiabilité exceptionnelle du PTH, tandis que sa conductivité thermique de 0,76 W/m·K, soit environ deux fois celle des stratifiés PTFE/céramique traditionnels, facilite une évacuation efficace de la chaleur dans les applications à forte consommation d'énergie.

Propriétés du stratifié TMM10

Conductivité thermique élevée

Avec une conductivité thermique de 0,76 W/m/K, le TMM10 offre environ deux fois la conductivité thermique des stratifiés PTFE/céramique traditionnels. Cela facilite une élimination efficace de la chaleur des amplificateurs de puissance et autres circuits RF de haute puissance, prolongeant ainsi la durée de vie des composants et améliorant la fiabilité.

Avantages du thermodurci par rapport au PTFE et à la céramique

Contrairement aux matériaux à base de PTFE, la résine thermodurcie du TMM10 :

Ne ramollit pas lorsqu'il est chauffé – Permet la liaison des fils sans soulever le tampon

Ne nécessite pas de traitement au naphtanate de sodium – Simplifie le placage autocatalytique

Résiste au fluage et à l’écoulement à froid – Maintient la stabilité dimensionnelle sous contrainte mécanique

Offre des performances constantes à toutes les températures de traitement

Est moins fragile que les substrats céramiques – Plus facile à manipuler et à traiter

Tailles de panneaux et revêtements standard

Exemple de conception de PCB simple face

Pour démontrer l'application pratique du TMM10, voici un cas complet de conception de PCB simple face. Les conceptions simple face sont courantes pour les applications TMM10 où la complexité des circuits est moindre mais où la miniaturisation et les performances sont essentielles.

Spécifications de conception de PCB

Observations de conception

Cette carte simple face (99,05 mm × 56,9 mm) présente un nombre de composants modéré avec une densité de via élevée. Les principales observations comprennent :

Conception unilatérale – Simplifie la fabrication et réduit les coûts ; typique de nombreuses applications RF et micro-ondes où les composants sont placés d'un seul côté

Épaisseur diélectrique de 60 mil (1,524 mm) – Offre une résistance mécanique robuste et une impédance contrôlée pour les circuits micro-ondes

Finition de surface OSP – Le conservateur organique de soudabilité offre une excellente soudabilité et est sans nickel ; idéal pour les applications où l'or/nickel n'est pas nécessaire ou pourrait introduire des effets indésirables

Pas de masque de soudure – Préserve les caractéristiques de faible perte du matériau thermodurci

Pas de sérigraphie – Maintient une surface RF propre

Dk élevé de 9,20 du TMM10 – Permet une miniaturisation substantielle des circuits ; conceptions compactes de filtres et de coupleurs

Nombre élevé de vias (27 vias) – Reflète les exigences étendues de mise à la terre/blindage pour les conceptions à Dk élevé et à haute fréquence

Propriétés thermodurcies du TMM10 – Liaison filaire fiable et excellente fiabilité du PTH

Conformité IPC-Class-2 – Garantit la fiabilité pour les applications commerciales et aérospatiales

Points saillants du processus de fabrication

Aucun traitement spécialisé : le TMM10 peut être fabriqué à l'aide de tous les processus PWB courants ; aucun traitement au naphtanate de sodium n'est requis

Fabrication sur une seule face – Traitement simplifié ; coût réduit par rapport aux conceptions double face

Résistance chimique – Résistant aux agents de gravure et aux solvants utilisés dans la production de PCB

Excellente fiabilité du PTH – le CTE adapté au cuivre garantit des trous métallisés fiables

Capacité de pas fin – trace/espacement de 4/5 mil prend en charge les conceptions RF haute densité

Tests 100 % électriques – Garantit l’intégrité fonctionnelle de chaque carte

Applications

-testeurs de puces

-polariseurs diélectriques

-systèmes de communication par satellite

-Antennes GPS et antennes patch, etc.

Q1 : Quelle est la constante diélectrique du TMM10 ?

R : Le TMM10 a une constante diélectrique de processus de 9,20 ± 0,230 à 10 GHz (méthode stripline). La conception Dk est d'environ 9,8 à des fins pratiques de conception de circuits.

Q2 : Comment le TMM10 se compare-t-il aux substrats en alumine (céramique) ?

R : Le TMM10 offre des performances électriques similaires à celles de l'alumine (Dk élevé ~9-10) mais avec des avantages significatifs : il est moins fragile, plus facile à traiter à l'aide des techniques PWB standard, a une meilleure adaptation CTE au cuivre et ne nécessite pas de manipulation spécialisée. Le TMM10 remplace directement l’alumine dans de nombreuses applications.

Q3 : Le TMM10 nécessite-t-il un traitement au naphtanate de sodium avant le placage ?

R : Non. Contrairement aux matériaux à base de PTFE, le TMM10 est un matériau thermodurci qui ne nécessite pas de traitement au naphtanate de sodium avant le placage autocatalytique. Cela simplifie la fabrication et réduit les coûts.

Q4 : Quelle est la conductivité thermique du TMM10 ?

R : Le TMM10 a une conductivité thermique de 0,76 W/m·K dans la direction Z, soit environ le double de celle des stratifiés PTFE/céramique traditionnels (généralement 0,26 à 0,35 W/m·K). Cela permet une évacuation efficace de la chaleur dans les applications gourmandes en énergie.

Q5 : Le TMM10 est-il adapté au câblage filaire ?

R : Oui. Le TMM10 est basé sur une résine thermodurcie qui ne ramollit pas lorsqu'elle est chauffée, permettant une liaison fiable des fils sans soulèvement des tampons ni déformation du substrat.

Q6 : Quelles épaisseurs sont disponibles pour le TMM10 ?

R : Le TMM10 est disponible en épaisseurs standard de 0,015" à 0,500" par incréments de 0,0015". Des épaisseurs personnalisées peuvent être disponibles sur demande.

Q7 : Quelle est la plage de température de fonctionnement du TMM10 ?

R : Le TMM10 a une température de décomposition (Td) de 425°C et des performances électriques stables de -55°C à +125°C avec un TCDk de -38 ppm/°K. Il est compatible avec les processus sans plomb.

Q8 : Pour quelles applications le TMM10 est-il le mieux adapté ?

R : Le TMM10 est idéal pour les testeurs de puces, les systèmes de communication par satellite, les antennes GPS/patch, les polariseurs diélectriques et en remplacement des substrats en alumine où une miniaturisation élevée des circuits et un Dk sont requis.

Q9 : Le TMM10 peut-il être traité à l'aide de techniques standard de fabrication de PCB ?

R : Oui. Le TMM10 peut être fabriqué à l'aide de tous les processus PWB (carte de câblage imprimé) courants. Aucune technique de production spécialisée n’est requise.

Q10 : Quelles options de revêtement en cuivre sont disponibles ?

R : Le TMM10 est disponible avec du cuivre électrodéposé (EDC) en poids de ½ oz (18 μm) et 1 oz (35 μm). Des options de revêtement en métal lourd et non revêtues sont également disponibles.

Conclusion

Les stratifiés Rogers TMM10 offrent une combinaison convaincante de constante diélectrique élevée (9,20 ± 0,230), de faibles pertes (0,0022 à 10 GHz) et d'une fiabilité thermodurcissable exceptionnelle, le tout sans les exigences de traitement spécialisées des matériaux à base de PTFE ni les défis de manipulation des substrats céramiques fragiles. Avec un CTE adapté au cuivre (21/21/20 ppm/K), une conductivité thermique de 0,76 W/m·K et une résine thermodurcie qui permet une liaison fiable des fils, le TMM10 est parfaitement adapté aux applications exigeantes à haute densité et haute fréquence.

Les principaux avantages comprennent :

Dk élevé de 9,20 – Permet une miniaturisation du circuit jusqu'à 70 % ; remplace les substrats en alumine

Faible perte (Df = 0,0022) – Maintient l'intégrité du signal dans les circuits micro-ondes

Résine thermodurcie – Ne ramollit pas lorsqu’elle est chauffée ; liaison filaire fiable ; pas de soulèvement des tampons

CTE adapté au cuivre – Excellente fiabilité du PTH ; faible retrait de gravure

Conductivité thermique élevée (0,76 W/m·K) – Évacuation efficace de la chaleur ; environ 2 fois mieux que les stratifiés PTFE/céramique

Aucun traitement au PTFE – Aucun traitement au naphtanate de sodium requis ; tous les processus PWB courants

Large gamme d'épaisseurs – Disponible de 0,015" à 0,500"

TCDk de -38 ppm/°K – Dk stable à travers la température pour des performances de phase fiables

Qu'il soit utilisé dans les systèmes de communication par satellite, les antennes GPS, les testeurs de puces ou en remplacement direct des substrats en alumine, le TMM10 constitue une base fiable et performante pour les conceptions de circuits compacts à haute fréquence.