Substrat De Boîtier IC - Trouver le bon matériau PCB pour un radar de voiture 77ghz

Les systèmes de sécurité électroniques automobiles fonctionnent de plus en plus souvent et l'utilisation de capteurs radar automobiles de 77 GHz pour les systèmes de sécurité rendra un jour la circulation urbaine plus sûre. Comme présenté dans un précédent Blog de Rog, le « radar embarqué» dans la bande millimétrique de 77 GHz a été conçu et fabriqué. Les matériaux de circuits utilisés pour les fréquences d'ondes millimétriques (30 GHz à 300 GHz) sont soumis à des exigences particulières, qui diffèrent généralement des circuits utilisés pour les fréquences micro - ondes de 30 GHz et moins. Cependant, selon la pratique et l'expérience des concepteurs de circuits à ondes millimétriques, les paramètres matériels de certains circuits peuvent être étroitement liés à la haute performance des circuits à ondes millimétriques, tandis que certains matériaux de circuits, tels que les cartes ro3003â de Rogers, ont des propriétés de circuits à ondes millimétriques. Les paramètres matériels requis peuvent montrer d'excellentes performances à 77 GHz et à des fréquences supérieures.

Comme indiqué dans l'ancien blog de Rog, les caractéristiques des six matériaux de carte clés utilisés pour réaliser des circuits à faible perte à des fréquences d'ondes millimétriques et à 77 GHz sont les suivantes:

Coefficient de stabilité thermique de la rugosité de surface DK et DF absorption d'eau des conducteurs en feuille de cuivre DF effet de tissage du verre lorsqu'il est utilisé comme guide de sélection des matériaux de carte de circuit imprimé pour les antennes PCB de Radar automobile à 77 GHz et d'autres applications de circuits à ondes millimétriques, Les propriétés de ces six matériaux montrent en grande partie que la carte ro3003â convient parfaitement aux circuits à faibles pertes. En effet, c'est grâce à ses caractéristiques parfaitement adaptées aux besoins spécifiques des circuits à ondes millimétriques que la carte ro3003â trouve une large application dans les circuits à ondes millimétriques. Il peut fournir différents types de feuilles de cuivre, tels que le cuivre électrolytique (ed) et le cuivre laminé plus lisse (moins de pertes), permettant aux concepteurs de spécifier avec précision les caractéristiques des cartes pour répondre aux exigences les plus exigeantes des applications de circuits à ondes millimétriques.

Six caractéristiques clés des matériaux

Quelle est la relation entre ces six paramètres matériels clés et les propriétés électriques à 77 GHz et à d'autres fréquences d'ondes millimétriques? Aux fréquences millimétriques, les longueurs d'onde du signal sont plus courtes et il est plus important que le matériau de la carte ait une constante diélectrique DK strictement contrôlée que de ne choisir que des matériaux à faible DK. D'une part, un DK strictement contrôlé permet d'obtenir des performances plus cohérentes; D'autre part, un changement de DK (Isla DK) entraînerait une incohérence de l'angle de phase à 77 GHz, ce qui entraînerait une mauvaise performance du capteur radar à cette fréquence.

Le DK (ou Design DK) du matériau du circuit extrait du circuit, dont la valeur DK est influencée par les tolérances du matériau DK, est également influencée par les caractéristiques des divers autres matériaux de la carte, y compris les variations de la rugosité de la surface du conducteur de la Feuille de cuivre. Les variations de la conception DK qui peuvent affecter les performances du circuit à 77 GHz, y compris les variations de la conception de commande DK et les autres caractéristiques du circuit qui affectent les variations de la conception DK, doivent être minimisées. La meilleure façon de déterminer le degré de variation de la conception DK consiste à effectuer des mesures précises et reproductibles sur les circuits de référence de plusieurs échantillons provenant de différents lots de production.

De même, le facteur de perte (DF) du matériau de la carte doit être strictement contrôlé pour obtenir des performances de circuit reproductibles à faible perte à 77 GHz. Le choix d'un matériau de carte à faible DF est un objectif intéressant, mais il est également important de maintenir une variation stable de DF en fonction de la fréquence aux fréquences millimétriques. La variation de DF est un autre facteur déterminant dans la conception de la variation de DK, ce qui rend difficile le maintien de la stabilité de phase et de fréquence sous des signaux de petites longueurs d'onde avec des fréquences millimétriques.

À la fréquence de 77 GHz, la rugosité de surface des conducteurs en feuille de cuivre du matériau de la carte a un effet significatif sur les pertes de conducteurs. Plus la Feuille de cuivre est lisse, moins les pertes sont importantes. Bien que le cuivre électrolytique (ed) soit un type de conducteur en feuille de cuivre largement utilisé dans les circuits à fréquences millimétriques, il présente des pertes plus élevées que le cuivre laminé en raison de sa rugosité. Lors de l'évaluation des propriétés du matériau de la carte à 77 GHz et à des fréquences d'ondes millimétriques, la résistance au pelage (initiale et après chauffage) ne peut pas être négligée, car l'adhérence de la couche de cuivre et de la couche diélectrique affecte les propriétés RF du circuit. Comme pour de nombreux paramètres de matériaux, un compromis peut être fait entre les propriétés électriques et la résistance au pelage pour choisir entre le cuivre ed et la Feuille de cuivre laminée. Cependant, malgré les compromis attendus, le cuivre laminé a une bonne résistance au pelage lorsqu'il est utilisé avec un matériau de carte de circuit ro3003â, tout en offrant des caractéristiques de perte très faibles à 77 GHz.

En raison de la nécessité de ces propriétés de circuit fines sous des ondes millimétriques, l'effet des variations de température sur le matériau de la carte peut également entraîner des variations de ses performances à 77 GHz et dans d'autres bandes millimétriques. Lorsque le matériau de la carte est exposé à une large gamme de variations de température, une variation excessive du coefficient de stabilité thermique de DK (tcdk) et du coefficient de stabilité thermique de DF (tcdf) sera équivalente à une variation de DK et DF. Ces effets de température peuvent être minimisés en choisissant des matériaux de carte qui contrôlent relativement strictement tcdk et tcdf. En général, un matériau de carte de circuit imprimé avec un tcdk de 50 | PPM / °C ou moins est considéré comme stable avec de bonnes propriétés. En prenant l'exemple du matériau réel, le tcdk mesuré par la carte ro3003â est de 3 PPM / °C.

La faible hygroscopicité est l'un des objectifs de la plupart des matériaux de carte à haute fréquence. Pour les matériaux de circuit utilisés dans la bande des ondes millimétriques, même de petites différences peuvent affecter leurs performances. Si le matériau du circuit absorbe trop d'humidité, ses pertes augmentent et DK augmente avec le changement d'humidité. Les performances du circuit dans des conditions de fonctionnement idéales peuvent être acceptables, mais les exigences peuvent ne pas être satisfaites dans des applications pratiques, par example dans des conditions de fonctionnement à forte humidité, en particulier à des fréquences d'ondes millimétriques de longueurs d'onde plus courtes.

Enfin, parmi les six paramètres de matériau de circuit à prendre en compte pour les circuits à 77 GHz et autres circuits à ondes millimétriques, il est bien connu que l '« effet de tissage du verre » provoque également des variations du circuit DK. Dans de nombreux matériaux de circuit, le tissu de verre est utilisé pour renforcer le matériau. Ce faisant, il en résulte également que certaines parties du motif fibreux de l'ensemble du matériau contiennent plus de fibres de verre que d'autres, ce qui entraîne des variations de DK. L'utilisation de renforts en verre augmente les propriétés mécaniques du matériau du circuit, mais affecte également les propriétés électriques du matériau dans le circuit haute fréquence. Idéalement, les matériaux choisis à des fréquences plus élevées n'ont pas besoin de contenir de tissu de verre ou de fibre de verre.

Choisissez le matériau qui correspond à vos besoins

Le matériau de carte Rogers ro3003â a démontré sa capacité à répondre à ces six exigences matérielles clés pour les circuits à 77 GHz et d'autres circuits à ondes millimétriques. Le stratifié ro3003â est un matériau à très faible perte, avec un DF typique de 00010 à 10 GHz et une tolérance DK strictement contrôlée à ± 0,04. De nombreux ingénieurs en conception de circuits à ondes millimétriques choisissent le cuivre ed de 5 mm d'épaisseur ou une carte de circuit ro3003â ¢ en cuivre laminé plus lisse (moins de pertes) comme matériau de circuit. Il présente également une faible hygroscopicité inférieure à 0,04% et un tcdk très faible, typiquement de - 3 PPM / °C.

Étant donné que le matériau de la carte ro3003â reflète les six Exigences clés des circuits haute fréquence, il est devenu un choix commun pour les matériaux de carte de circuit de 77 GHz et d'autres ingénieurs de conception de circuits à ondes millimétriques. De plus, la carte ro3003â n'utilise pas ou n'a pas besoin d'être renforcée avec un tissu de verre, il n'y a donc pas de problème de tissage du verre. C'est un matériau de carte de circuit durable et à faible perte pour les circuits qui doivent maintenir la puissance du signal lorsque la fréquence devient élevée, en particulier pour les systèmes radar automobiles à 77 GHz axés sur une sécurité accrue!