PCB技術 - 77 GHz自動車レーダのための適切な回路基板材料の探索

77 GHz自動車レーダのための適切な回路基板材料の探索

自動車の電子安全システムの動作周波数はますます高くなり、77 GHz自動車レーダセンサは安全システムに使用され、いつか都市交通をより安全にするだろう。ROGが以前のブログで紹介したように、77 GHzミリ波帯の「車両レーダ」を設計・製造している。//////////ミリ波周波数（30 GHz〜300 GHz）に使用される回路基板材料は、通常30 GHz以下のマイクロ波周波数の回路とは異なる特別な要求に直面している。しかし、ミリ波回路設計者の実践と経験によると、一部の回路の材料パラメータはミリ波回路の高性能と密接に関連している可能性があり、一部の回路材料、例えばRogersのRO 3003回路基板は、ミリ波回路特性を持っている。必要な材料パラメータは77 GHz以上の周波数で優れた性能を示すことができる。

前のブログで述べたように、ミリ波周波数と77 GHz低損失回路を実現するための6種類のキー基板材料の特性は以下の通りである：

Dk公差回路材料Df銅箔導体の表面粗さDkとDfの熱安定係数吸水率ガラス編組効果は、////////77 GHz自動車レーダPCBアンテナとその他の///////mm波回路応用の回路基板材料選択ガイドとして使用すべきである場合、これら6つの材料の性能はRO 3003 162回路基板が低損失回路に非常に適していることを大きく示している。実際、その特性がミリ波回路の特殊なニーズに適しているからこそ、RO 3003回路基板はミリ波回路に広く応用されている。電気分解（ED）銅やより滑らか（低損失）な圧延銅などの異なるタイプの銅箔を提供することができ、設計者はミリ波回路応用の最も厳しい要件を満たすために、その回路基板の特性を正確に指定することができる。

材料の6つの特性

この6つの重要な材料パラメータと77 GHzと他のミリ波周波数における電気的性質との関係は何ですか。ミリ波周波数では信号波長が短く、回路基板材料は厳格に制御された誘電率Dk値を有し、これはDkの低い材料だけを選択するよりも重要である。一方、厳格に制御されたDkはより一貫した性能を実現することができ、一方、Dk（δDk）の変化は77 GHzでの位相角不一致を招き、この周波数でのレーダセンサの性能低下を招く。

回路から抽出された回路材料のDk（または設計Dk）は、そのDk値が材料Dk公差の影響を受け、銅箔導体の表面粗さの変化を含む他の様々な回路基板材料特性の影響も受けている。77 GHz回路の性能に影響を与える可能性のある設計Dkの変化をできるだけ減らすべきであり、設計Dkとその他の設計Dkに影響を与える回路特性の変化を制御することを含む。Dkの変化の程度を設計する最良の方法は、異なる生産ロットからの複数のサンプルの参照回路に対して正確で再現可能な測定を行うことである。

同様に、77 GHzで反復可能な低損失回路性能を実現するためには、回路基板材料の損失係数（Df）を厳格に制御する必要がある。低Df回路基板材料の選択は注目すべき目標であるが、ミリ波周波数で周波数によるDfの安定した変化を維持することも重要である。Dfの変化は設計Dkの変化のもう一つの影響因子であり、これによりミリ波周波数の小波長信号下で位相と周波数安定性を維持することが困難になる。

77 GHzの周波数では、回路基板材料の銅箔導体の表面粗さが導体損失に顕著な影響を与える。銅箔は滑らかであればあるほど、損失は小さくなる。電解銅（ED）はミリ波周波数回路に広く応用されている銅箔導体タイプであるが、その粗さのため、圧延銅よりも損失が高い。77 GHzおよびミリ波周波数における基板材料の性能を評価する際、銅層と誘電体層の接着力が回路の無線周波数性能に影響を与えるため、リフトオフ強度（初期および加熱後を含む）は無視できない。多くの材料パラメータと同様に、ED銅と圧延銅箔を選択するために、電気的性質とはく離強度との間でトレードオフを行うことができる。しかし、所望のトレードオフがあるにもかかわらず、RO 3003 162回路基板材料を使用する場合、圧延銅は良好なはく離強度を有し、同時に77 GHzでも非常に低い損失特性を提供する。

ミリ波下ではこのような微細な回路特性が必要であるため、温度変化が回路基板材料に与える影響も77 GHzや他のミリ波周波数帯での性能を変化させることになる。回路基板材料を広範囲の温度変化に曝すと、Dk（TCDk）とDf（TCDf）の熱安定係数の過度な変化はDkとDfの変化に等しくなる。TCDk及びTCDfを比較的厳密に制御する回路基板材料を選択することにより、これらの温度影響を最大限に低減することができる。一般に、TCDkが｜50｜ppm/°C以下の回路基板材料は、良好な性能を有する安定特性であると考えられる。実際の材料を例にとると、RO 3003基板で測定されたTCDkは3 ppm/°Cである。

低吸湿性はほとんどの高周波回路基板材料の目標の1つである。ミリ波周波数帯に使用される回路材料は、わずかな違いであってもその性能に影響を与える。回路材料が過度の吸湿性を有する場合、その損失は増加し、Dkは水分の変化に伴って増加する。理想的な動作条件下での回路の性能は許容できるかもしれないが、高湿度動作条件下、特に波長の短いミリ波周波数では、実際の用途の要求に合わない可能性がある。

最後に、77 GHzおよび他のミリ波回路で考慮しなければならない6つの回路材料パラメータの中で、「ガラス編み効果」も回路Dkを変化させることが知られている。多くの回路材料では、ガラスクロスは材料を補強し補強するために使用されている。このようにすると、材料全体の繊維パターンの一部が他の部分よりも多くのガラス繊維を含むことになり、Dkの変化を招くこともあります。ガラス強化材料を使用することで回路材料の機械的性能を向上させることができますが、高周波回路における材料の電気的性能にも影響を与えます。理想的には、より高い周波数で選択される材料は、ガラスクロスまたはガラス繊維を含む必要はない。

ニーズに合った材料を選択

Rogers RO 3003バンドル基板材料は77 GHzと他のミリ波回路の6つの重要な材料要件に適合していることが証明されている。RO 3003墋¢積層板は損失が極めて低い材料であり、10 GHzでの典型的なDfは0.0010であり、Dk公差は±0.04に厳格に制御される。多くのミリ波回路設計エンジニアは、回路材料として5 mil厚のED銅またはより滑らか（低損失）な圧延銅RO 3003 162基板を選択している。0.04%未満の低吸湿性もあり、TCDkは非常に低く、典型的な値は-3 ppm/°Cである。

RO 3003基板材料は高周波回路の6つの重要な要件を反映しているため、77 GHzや他のミリ波回路設計エンジニアの一般的な選択肢となっています。また、RO 3003バンドル回路基板は使用しないか、ガラスクロスで補強する必要がないため、ガラス編みの問題はない。周波数が高くなったときに信号電力を維持する必要がある回路、特に安全性の向上に重点を置いた77 GHz自動車レーダシステムに適した耐久性と低損失の回路基板材料です！