마이크로웨이브 기술 - 회로기판 재료 파라미터가 밀리미터파 레이더 성능에 미치는 영향

이러한 주파수는 일찍이 군부를 위해 보존되었는데, 당시 밀리미터파 회로를 개발하는 비용과 난이도는 민간용으로 사용되지 못하게 되었다.그러나 재료와 회로 등 핵심 기술이 돌파되면서 77GHz 자동차 레이더 시스템에는 자율주행 기술과 함께 도로 이동을 더욱 안전하게 하는 수천 개의 밀리미터파 애플리케이션이 등장했다.밀리미터파 레이더 시스템의 최상의 작동 상태를 보장하기 위해 가장 적합한 인쇄 회로 기판 재료를 선택하는 방법은 밀리미터파 회로 설계 과정에서 가장 중요한 단계가되었습니다.

전매가 Dk에 미치는 영향

Dk는 77GHz 자동차 충돌 방지 레이더와 같은 밀리미터파 회로에 적용되는 회로 기판 소재를 설계할 때 고려해야 할 많은 매개변수 중 하나이며, Dk의 변화는 가능한 한 그 표시 값에 가까운 범위에서 제어되어야 한다.또한 밀리미터파 회로 성능에 영향을 줄 수 있는 다른 재료 매개변수에는 Df, 재료 두께, 구리 도체 품질, 흡습성 및 유리 섬유 강화로 인한"유리 짜임"효과가 포함됩니다.마찬가지로 일관성이 중요합니다. 특히 밀리미터파 주파수에서는 이러한 매개변수의 급격한 변화가 회로 성능에도 영향을 미칩니다.

이러한 서로 다른 회로 매개변수는 보드 재료의 설계 Dk 값에 영향을 줍니다.Dk에 대한 설명이 정확한지 확인하기 위해 여기서"유효 Dk"는 신호 전파 과정에서 발생하는 총 Dk 값을 의미합니다.마이크로밴드 선의 경우 유효 Dk는 매체의 Dk와 매체 주위 공기 중의 Dk의 복합 값을 가리킨다.설계 Dk는 유효한 Dk를 바탕으로 재료 자체의 Dk 값, 즉 주변 공기가 Dk에 미치는 영향을 제거한 값입니다.

동박이 Dk에 미치는 영향

보드 재료의 모든 구성 요소는 설계 Dk에 영향을 미치므로 보드의 모든 구성 요소에 대한 매개변수를 고려해야 합니다.예를 들어, 구리 컨덕터의 품질은 밀리미터파 주파수에서 회로의 성능에 영향을 줄 수 있습니다.고품질의 구리 도체는 전송선에 높은 전도성과 일관된 임피던스를 제공하며, 이는 77GHz 자동차 레이더 응용과 같은 밀리미터파 주파수에서의 위상 안정성의 열쇠입니다.

직류에서 110GHz까지 50마이크로미터 마이크로밴드 전송선의 삽입 손실을 측정하여 서로 다른 구리 도체의 손실 특성을 비교하였다.구리 표면의 거친 정도는 도체 손실과 삽입 손실에 뚜렷한 영향을 미친다 (그림 4 참조).회로기판 재료의 두께도 거친 구리 표면으로 인한 손실에 영향을 줄 수 있다.재료가 얇을수록 거친 동박의 영향이 크다.

Dk를 안정적으로 유지하는 방법

77GHz에서 작동하는 차량용 레이더는 반사 신호의 미세한 위상 차이를 감지할 수 있으며, 회로 기판 재료의"설계 Dk"의 어떤 변화도 위상 상태에 영향을 미쳐 시스템의 감지 정밀도를 낮출 수 있다.이상적으로, 보드 재료의 Dk 값이 어떤 조건에서도 변하지 않기를 원합니다.그러나 사실, 재료의"설계 Dk"는 주파수, 온도 및 두께 등 다양한 요소에 따라 달라질 수 있습니다.위상 변동은 INTRINSIC 회로 재료 Dk 값의 최대 공차가 ± 0.05 범위로 제어되는 경우에만 시스템의 높은 정밀도와 높은 신뢰성에 영향을 주지 않습니다.

폴리테트라 플루오로에틸렌 수지 시스템을 기반으로 한 일부 PCB 재료는 실온 (약 25 °C) 에서 Dk 값의 변화가 매우 큽니다.대부분의 애플리케이션에서 TCDk는 0±25ppm/°C 범위에서 제어할 수 있습니다.RO3003 보드 재료의 경우 온도가 -50°C에서 150°C로 변경될 때 10GHz 주파수에서 z축 방향의 TCDk는 -3ppm/°C에 불과합니다.TCDk가 작을수록 Dk는 온도의 변화에 따라 작아집니다 (그림 5 참조). 이는 밀리미터파 주파수 응용과 넓은 온도 범위 내에서 안정적인 성능을 유지해야 하는 회로에 매우 중요합니다.

77GHz 레이더의 경우 강한'유리 짜임 효과'가 있는 PCB 소재를 선택하면 그룹 지연, 전파 지연, 위상각 변화에 영향을 받을 수 있다.위상 안정성을 보장하기 위해 77GHz 회로는"균일한 개구 유리 섬유 짜임"을 충전재의 회로 기판 재료로 선택해야하며 회로 기판 재료의 Dk 변화는 가능한 한 작아야합니다."교차 열린 유리 볼록"이 있는 회로 기판 재료를 충전재로 사용하면 77GHz에서 Dk 값이 약 0.09 변경되어 약 100도의 위상 차가 발생합니다.위상각의 변화가 매우 크다는 것은 이러한 재료의 회로의 그룹 지연과 전파 지연이 매우 크게 다를 것이라는 것을 의미한다.이상적인 경우 RO3003 또는 RO3003G2 레이어 프레스와 같은 유리 섬유가 포함되지 않은 재료를 사용하여 "유리 섬유 효과"를 피할 수 있습니다.

서로 다른 회로기판 재료와 구리 도체 유형이 회로에 미치는 영향을 평가하기 위해 전파 전자장 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 회로를 시뮬레이션하거나 실물을 직접 처리하여 테스트하는 데 많은 시간과 정력을 들여야 한다.더 쉬운 방법은 mWI-2019를 사용하는 것입니다. 이것은 Microsoft Windows 플랫폼을 기반으로 한 무료 소프트웨어 프로그램입니다.이 소프트웨어는 로저스 공식 웹사이트에서 무료로 다운로드할 수 있다.이 소프트웨어("MWI-2019 상세 정보" 참조)를 사용하면 내장 데이터베이스를 사용하여 재료 두께, 구리 컨덕터 표면 조잡도 및 기타 매개변수가 "Dk 설계"에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다.이 데이터베이스에는 다른 여러 재료에 대한 디자인 Dk 값도 포함되어 있습니다.이 소프트웨어는 다소 부정확한 결과를 제공하지만 전체 전자기 시뮬레이션 소프트웨어보다 훨씬 빠른 계산 시간을 제공하여 밀리미터파 회로 기판에 사용되는 다양한 재료 및 재료 매개변수에 거의 즉각적인 초기 값을 제공합니다.