Leiterplattentechnisch - Suche nach einem Prüfverfahren für die Dielektrizitätskonstante von Materialien, die für Millimeterwellen geeignet sind

Suche nach einem Prüfverfahren für die Dielektrizitätskonstante von Materialien, die für Millimeterwellen geeignet sind

Die Millimeterwellenfrequenz (mm Wave) war einst ein Bereich des Spektrums, der Forschung und Entwicklung vorbehalten war. Mittlerweile sind jedoch Millimeterwellen weit verbreitet. Mit der Erweiterung der fortschrittlichen Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und seiner Millimeterwellen-Radar-Sicherheitssysteme sowie der Mobilfunkkommunikationstechnologie der fünften Generation (5G) auf höhere Frequenzen werden Millimeterwellen-Frequenzen von Milliarden Menschen auf der ganzen Welt genutzt. Dies bedeutet, dass auch die Nachfrage nach Leiterplattenmaterialien mit 28-GHz- oder höheren Frequenzen weiter steigen wird. Um solche hochfrequenten Leiterplattenmaterialien zu charakterisieren, liegt die Frequenz beispielsweise um 80 GHz, und es ist notwendig, die dielektrische Konstante (Dk) oder die relative dielektrische Konstante des Materials bei Millimeterwellenfrequenzen zu messen. In einem so hohen Frequenzbereich gibt es jedoch noch keinen bestimmten Industriestandard.

Die Dielektrizitätskonstante ist das Hauptanliegen für die meisten Leiterplattenmaterialien, da sie die Größe des Schaltkreises bei der Betriebsfrequenz beeinflusst. Da die Wellenlänge mit zunehmender Frequenz abnimmt, insbesondere bei Millimeterwellenfrequenzen, wird die Schaltungsgröße sehr klein, so dass es wichtig ist, den Dk des Schaltungsmaterials genau zu kennen. Im Wesentlichen kann die Dk oder relative Permittivität eines Materials definiert werden als das Verhältnis der gelagerten Ladungsmenge, wenn sich das Material zwischen zwei Metallplatten befindet, zu der gelagerten Ladungsmenge, wenn sich die Metallplatten im Vakuum oder in der Luft befinden. Der Dk des Vakuums ist "1", und der Dk jedes anderen Materials ist höher als der des Vakuums.

Grundkenntnisse in Dk

Die von den meisten Leiterplattenmateriallieferanten verwendeten Messmethoden sind anerkannte Industriestandardmethoden und werden mit einer bestimmten Testfrequenz, wie 10GHz oder darunter gemessen. Bei Millimeterwellenfrequenzen gibt es auch einige Methoden zur Messung des Dk von Leiterplattenmaterialien, aber diese Methoden sind nicht so bekannt wie die Prüfmethoden bei niedrigen Frequenzen.

Was sind die Schwierigkeiten bei der genauen Messung von Dk bei Millimeterwellenfrequenzen? Um den Dk-Wert eines Materials zu messen, testen Sie entweder am zu prüfenden Rohstoff (MUT), oder verarbeiten Sie das Rohmaterial zu einer Form von Referenzkreislauf und testen Sie auf dem Stromkreis. Ob Hochfrequenz, Mikrowelle oder Millimeterwellenfrequenz, die Dk-Eigenschaften von Leiterplattenmaterialien sind in der Regel anisotrop. Daher ist es bei Verwendung des Prüfverfahrens zur Bestimmung des Dk-Werts des Materials auch notwendig, den Dk der Z-Achse des Prüfmaterials (Dickenrichtung) oder X-Y-Ebene (Länge und Breite des Materials) zu bestimmen. Für unterschiedliche Materialrichtungen sind diese Werte in der Regel unterschiedlich und sind in der Regel eine Funktion der Frequenz. Daher kann für Ingenieure von Millimeterwellen-Schaltkreisen nicht davon ausgegangen werden, dass der Dk-Wert bei 10 GHz auf der Z-Achse dem Dk-Wert bei 60 GHz auf der XY-Ebene unter demselben Material entspricht. Die genaue Messung von Dk von Schaltungsmaterialien bei Millimeterwellenfrequenzen ist für viele anstehende Millimeterwellenanwendungen und deren Schaltungsdesigningenieure sehr wichtig.

Prüfung der Kandidatenkriterien

Es gibt viele Methoden, um den Dk-Wert von Materialien bei Millimeterwellenfrequenzen zu bestimmen. Allerdings wurde keines der Methoden von technischen Normungsorganisationen wie IEEE oder IPC als Industriestandard-Prüftechnik akzeptiert. Einige Dk-Prüfmethoden bieten jedoch eine sehr gute Messgenauigkeit und Wiederholbarkeit und sind daher Kandidaten für Millimeterwellen-Dk-Messstandards.

Das Mikrostreifen-Differenzphasenlängen-Verfahren ist eine der Millimeterwellen-Dk-Messtechniken, die als potenzieller Standard eingesetzt werden können. Dies ist eine schaltbasierte Testmethode. Bei diesem Verfahren werden mehrere 50-Ohm-Mikrostreifen-Übertragungsleitungen unterschiedlicher Länge auf dem geprüften Material hergestellt. Auf diese Weise kann durch Messung der Phasenwinkeldifferenz der beiden Schaltkreise die Dk-Kennlinie des geprüften Materials erhalten werden. Da sich der Dk des geprüften Materials ändern kann, sollten bei der Bestimmung des dk des Materials die beiden Mikrostreifenkreise so nah wie möglich sein, um den Einfluss der Material Dk Änderung zu minimieren. Mit einem hochpräzisen Vektornetzwerkanalysator (VNA) mit einer Frequenzabdeckung von bis zu 110GHz können Sie die S-Parameter- und Phasenmessung von zwei unterschiedlich langen Mikrostreifenschaltungen am MUT testen.

Eine weitere Methode zur Bestimmung des Dk-Werts von Leiterplattenmaterialien bei Millimeterwellenfrequenzen ist das Ringresonator-Verfahren, bei dem der Ringresonator eine Testschaltung ist, die auf dem MUT hergestellt wird. Die Größe und Auslegungsparameter dieser Resonanzschaltungen können die Resonanzfrequenz im Detail genau widerspiegeln. Wenn ein Ringresonator auf dem MUT genau verarbeitet wird, können Informationen wie die Dielektrizitätskonstante des Materials durch Messung der Resonanzfrequenz genau abgeleitet werden. Durch die Verwendung von VNA zur Messung des Ansprechens von spaltgekoppelten Ringresonatoren bei Millimeterwellenfrequenzen und den Vergleich dieser Ansprechen mit numerischen Ergebnissen, die von kommerzieller elektromagnetischer (EM) Feldberechnungssoftware bereitgestellt werden, kann es auf der Schaltungsgröße und den Bedingungen basieren, die in die Software eingegeben werden Extract the Dk value of the MUT.

Natürlich können in praktischen Anwendungen, insbesondere für die Größe des Millimeterwellenschalts, die Schaltungsgröße und Toleranzen dazu führen, dass sich die gemessene Resonanzfrequenz ändert, wodurch Fehler im Dk-Wert des gemessenen Materials auftreten. Änderungen der Leiterbreite und Leiterplattendicke (MUT) beeinflussen auch die Frequenz des Ringresonators. Darüber hinaus kann die Dicke der Kupferfolie auf der Ringresonatorschaltung über die Leiterplatte variieren. Die Änderung der Schaltungskupferdicke wirkt sich auf die Kopplungs- und Resonanzfrequenz des spaltgekoppelten Ringresonators aus. Daher ist es bei der Anwendung des Ringresonator-Testverfahrens zur Bestimmung des Dk des Leiterplattenmaterials bei Millimeterwellenfrequenzen notwendig, die Änderung der Schaltungskupferdicke zu minimieren. Entscheidend.

Die oben genannten Methoden sind zwei klassische Methoden vieler ausgereifter Leiterplattenmaterialien Dk-Wertprüfungstechnologien und können als Industriestandardmethoden zur Messung und Messung von Leiterplattenmaterialien Dk bei Millimeterwellenfrequenzen verwendet werden. Bei beiden handelt es sich um kreislaufbasierte Prüfverfahren, und auch andere Prüfverfahren auf Rohstoffbasis können verwendet werden.

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