PCB技術 - ミリ波周波数に適用したGCPW回路

ミリ波周波数に適用したGCPW回路

現代通信技術の急速な発展, 低周波数とマイクロ波周波数帯のスペクトル資源はますます枯渇している, また、ますます多くの無線アプリケーションがより高いミリ波（mmWave）周波数に拡張されている。例えば, 第5世代（5G）無線セルラー移動通信や高度運転者支援システム（ADAS）などのアプリケーションでは24 GHz以上の周波数帯が使用されている。しかし, 周波数が増加すると信号のパワーは通常減少する. したがって, ミリ波回路技術は、信号損失を最小化しながら既存の信号電力を十分に利用しなければならない. ミリ波回路における信号パワーの維持は印刷に依存しない回路 基板（プリント配線板）材料, 伝送線路技術の選択について. 回路設計及び製造工程に影響を及ぼす要因が十分に考慮されるならば, 接地共面導波路ミリ波伝送路及び低損失PCBの応用材料は優れた回路性能を達成できる.

他の高周波伝送線路技術（例えばストリップライン、マイクロストリップライン）と比較して、GCPW回路技術は、特にミリ波周波数で、自然の利点を有する。GCPWの構造は単純で明確である。トップレベル伝送線路は「接地信号グランド（GSG）」構造を採用し、中間層は単層誘電体層であり、底部層は接地層であり、頂部および底部の接地層はめっきスルーホール（PTH）によって相互接続されている。gcpwはマイクロストリップ線路の簡単な構造に適合しないが，gcpwはストリップライン（上部と下部に誘電体層を持つ）よりも非常に簡単である。gcpwと比較して，マイクロストリップ線路の構造は単純であるが，ミリ波周波数での損失を増加させる。ミリ波周波数では、マイクロストリップ伝送線路回路は、特にGCPW回路、特にきつくレイアウトされた回路および囲いにおいて外界にエネルギーを放射するのがより簡単である。そして、潜在的干渉および電磁両立性（EMC）問題がある。

しかし、GCPW回路のシミュレーションのために様々な計算機支援（CAE）ソフトウェアを使用する場合、材料特性のパラメータ設定はほぼ理想的であるので、GCPWの最終的な性能応用は、実際の処理における回路の影響を理解する必要がある。したがって、これらの要因は、実際に処理されるGCPW回路の実際の測定結果と、特に高周波ミリ波回路の設計のために、ソフトウェアのシミュレーション結果との間にある種の差が生じる可能性がある。

回路が処理される前でさえ、PCB基板材料の小さな変化は、特にミリ波周波数の小さい波長で、GCPW回路の性能に影響を及ぼし、波長はこれらの変化に非常に敏感である。例えば、誘電体材料の厚さおよび導体の厚さの変化は、ミリ波周波数でのGCPWの性能の変化を引き起こす。銅導体の表面粗さはGCPW性能にも影響し、GCPW回路を作るために使用されるPTHメッキ層のような他のめっき層もGCPW性能に影響を及ぼす。

プロセス処理

gcpw伝送線路技術は，ミリ波周波数で高い整合性を持つpcb回路の製造に非常に適しているが，高信頼性回路基板材料（誘電率dk，損失係数df）と共に使用しなければならない。さらに、ミリ波回路の処理技術は、回路が大量生産において良好な整合性を維持できることを保証するために反復可能でなければならない。処理技術の変化は基板PCB性能の変化を引き起こす可能性がある。例えば、GCPW回路の2つのグランドプレーンを接続するために使用されるPTHの位置は、回路から回路に変化してもよく、この小さな差はまた、性能変化の原因となる。

GCPW導体の形状は回路から回路に変化し、製造されたGCPW回路の性能差が生じる。銅箔導体をモデリングする場合，caeシミュレーションソフトは通常理想的な導体形状（断面図から長方形）と仮定した。そして、与えられた回路の性能レベルを予測するための基礎としてこれを使用する。しかし、実際の処理においては、GCPW回路の表面導体の大部分は台形状に加工され、異なる回路の導体はある程度変化する。これらの導体の変化は、GCPW回路の電気的性能の変化、特に挿入損失及び信号位相角への影響を引き起こし、その変化の影響は周波数の増加に伴って増加する。

実際の導体と理想導体との違いにより、実際の回路の性能レベル（導体は処理後の台形）と理想回路（矩形）との間に差がある。ミリ波周波数では対応する信号波長が小さくなるので、回路に非常に敏感である。理想的な回路導体は、回路の実効誘電率および相対位相応答の最も小さな変化を反映しているが、標準的なPCB製造プロセスは必然的に小さな変化を有する。また、回路間のパフォーマンス変化を引き起こすかもしれないエラー。

また、GCPW回路は、GSG構造における側壁間隔の密度に応じて異なる量の結合を有する。一般に、密接に結合する導体は、より緊密な結合を生じる。ゆるやかに結合したgcpw伝送線路と比較して，緊密に結合したgcpw回路は，コプレーナ導体の側壁により大きな電流密度を有する。ゆるく結合されたGCPW回路は、追加の接地を得ることができず、マイクロストリップ伝送線路回路のように振る舞うので、回路製造プロセスの変更に対してより敏感ではない。

任意 回路基板 材料 ミリ波GCPW回路の製造に使用プレート, 例えば、ロジャーズ社のRO 3003塣¢積層板（z軸のDkは3.00≒0.04、10 GHzのDFは0である.0010）、その銅箔表面（銅箔と誘電体層が交差する際の粗さ）が影響するパフォーマンス このような材料で作られた回路、特にミリ波周波数などのより高い周波数とより薄い回路を指す。粗銅箔面はこれらの回路の挿入損失を増加させ、信号位相速度を遅くする. 導体挿入損失は、銅箔導体の相対的幅および導体の厚さによっても影響される. より広い導体は、より少ない損失を示します, また、厚い導体は、GCPW伝送路がより多くの空気（より低い単位Dk値を有する）を使用し、より低い損失で伝送することをもたらす。もちろん, より高いDK値を有する回路材料はまた、より遅い位相速度をもたらす.

金属めっき

GCPW回路のあらゆるタイプの製造は、電気めっきを含む PCB材料例えば: オーバーホール金属化を行う場合、穴に穴をあけておく 回路基板 布地そして、穴壁は電気ですプレート上部層と底部の接地層との間の伝導を実現するための銅層. この過程で, 上下層は接続されている. の銅層 プリント配線板必然的に プレート再び銅の層で. 加えて, 最終的な表面処理メッキ層を形成し、銅導体を保護するために、GCPW回路上で再度金属めっきを行うことができる. 表面処理の電気めっきに使用される金属の導電率は、通常、銅のそれより低い, これは、導体損失を増加し、挿入損失の増加につながるさらにこのコーティングの表面はまた、位相応答に影響する, この効果はミリ波周波数で必要である.

計算機ソフトウエアシミュレーションの結果と実際に処理したミリ波gcpw回路の測定結果の間には差がある。ミリ波GCPW回路の成功した大量生産の鍵の1つは、特定の材料特性および特定の回路特性を通して様々なエラー変化を最小化することである。回路 基板材料（例えば、RO 3003ラミネートなど）が異なるGCPW製造プロセスによってどのように影響を受けるかを理解することによって、意味のある生産性能許容基準を確立することが可能である。このように、77 GHzのミリ波ADAS回路においても、高い歩留まりを得ることができる。