PCB 뉴스 - 밀리미터파 레이더 PCB 설계 및 PCB 소재 솔루션

자율주행 자동차와 고급 운전 보조 시스템 (ADAS) 기술은 밀리미터파 레이더 센서의 빠른 발전과 자동차 기술의 반복 업데이트를 추진하여 운전과 이동을 더욱 안전하게 한다.밀리미터파 레이더는 해상도가 높고 교란 방지 능력이 강하며 검측 성능이 좋고 부피가 작은 등의 장점을 가지고 있어 이미 자동차 운전과 ADAS 시스템에서 없어서는 안 되거나 없어서는 안 될 센서가 되었다.밀리미터파 레이더가 중국에서 설계될 가능성이 점점 커지고 국산 차종의 설치에 따라 밀리미터파 레이더의 응용은 이미 더 많은 분야로 확대되었다.이 글은 밀리미터파 레이더의 일부 응용 장면과 디자인 추세를 간략하게 소개할 것이다.밀리미터파 레이더 안테나 설계에서 핵심 PCB 재료의 선택과 PCB 재료의 핵심 특성에 대해 논의했다.

77GHzmm 웨이브 레이더 PCB 응용 시나리오

기술의 발전에 따라 밀리미터파 레이더는 사용자의 수요를 만족시키고, 가까운 곳에서 먼 곳까지의 탐지 범위를 실현하며, 측정 정밀도를 점차 높이는 방향으로 발전하고 있다.최초의 속도와 거리 측정에서 속도, 거리 및 각도 측정에 이르기까지, 그리고 이제 더 높은 해상도의 이미지 이미지를 구현합니다.ADAS 시스템에서 밀리미터파 레이더의 응용은 차량의 다양한 요구와 기능에 따라 전방향 레이더, 후방 레이더, 각도 레이더로 나눌 수 있다.탐지거리에 따라 장거리 레이더, 중거리 레이더, 단거리 레이더로도 구분할 수 있다.ADAS에서 밀리미터파 레이더의 적용은 AEB 자동브레이크, FCW 전방 충돌 경보, LCA 채널 보조, ACC 어댑티브 크루즈, BSW 사각지대 모니터링 등이다.

자동차 밀리미터파 레이더의 설계 추세 및 PCB 소재 솔루션

자동차의 운전과 운전 안전을 보조하는 것 외에도 자동차 밀리미터파 레이더의 응용은 주차나 문을 열 때의 장애물 검측 응용으로 확장되어 주차나 운전 시의 차문 충돌 손상을 줄인다.

각종 기타 응용은 밀리미터파 레이더 응용의 다양성을 증가시켰으며 밀리미터파 응용의 새로운 장면을 적극적으로 확장했다.운전자 바이탈 모니터링 레이더 센서를 사용하면 비접촉식으로 운전자의 심박수, 호흡 빈도 등 바이탈을 모니터링할 수 있어 운전자의 피로 상태를 감지해 안전운전의 목적을 달성할 수 있다.승객회원 감시레이더센서는 또 차내 승객(성인, 어린이, 애완동물)에 대한 비접촉식 믿음직한 검측을 실현하여 출행과정에 의외의 체류사건이 발생하지 않도록 하고 소비자에게 안전한 출행을 보장해주었다.

설계 경향

자동차 밀리미터파 레이더의 주요 작동 주파수는 24GHz와 77GHz이다.24GHz 대역은 주로 근거리 레이더에 사용되며 탐지 거리는 약 50m입니다.블라인드 감지 및 기타 시스템에 사용할 수 있습니다.그러나 좁은 대역폭 때문에 레이더의 해상도와 성능은 크게 제한된다.

이에 비해 77기가헤르츠 레이더는 광활한 전망을 갖고 있다.그것의 가장 큰 장점은 고정밀도, 고해상도와 단거리에서 장거리까지의 좋은 측정성이다.77기가헤르츠 레이더의 두 주파수 대역은 각각 76-77기가헤르츠와 77-81기가헤르츠로 대역폭이 각각 1기가헤르츠와 4기가헤르츠이다.큰 대역폭 이점으로 해상도와 정확성이 크게 향상되었습니다.다른 한편으로 77GHz 레이더는 고주파와 단파장으로 인해 레이더의 크기를 줄이고 쉽게 설치하고 체내에 숨길 수 있도록 설계된 레이더 송신기나 안테나와 같은 작은 부품을 가지고 있다.77GHz 대역은 글로벌 규제 및 업계 채택에 큰 매력을 제공합니다.

77GHzmm 웨이브 레이더의 응용은 자동차 자동화의 고급 단계에 대응한다.자동차 운전의 발전과 ADAS 설치율의 향상에 따라 대부분의 24GHz 자동차 레이더 센서는 77GHz 주파수 대역으로 전환될 것이며, 그 요구와 응용은 점차 증가할 것이다.

자동차 밀리미터파 레이더의 설계 추세 및 PCB 소재 솔루션

77GHzmm 웨이브 레이더 시스템 모듈은 FMCW 레이더를 기반으로 설계되었습니다.이들 대부분은 TI, Infineon 또는 NXP와 같은 완전한 단일 칩 솔루션을 사용합니다.무선 주파수 프런트엔드, 신호 처리 장치 및 제어 장치가 칩에 통합되어 여러 신호 전송 및 수신 채널을 제공합니다.레이더 모듈의 PCB 보드 설계는 고객의 안테나 설계에 따라 다르지만 주로 몇 가지 방법이 있습니다.

상단 안테나로 설계된 탑재판은 초저손실 PCB 소재를 사용했다.안테나 설계는 일반적으로 패치 안테나를 사용하며, 스택된 두 번째 층은 안테나와 그 피드백의 층이다.다른 압축 PCB 재료는 FR-4입니다.이런 설계는 상대적으로 간단하고 가공하기 쉬우며 원가가 낮다.그러나 초저손실 PCB 재료의 두께가 얇기 때문에 (일반적으로 0.127mm) 동박의 거친 정도가 손실과 일관성에 미치는 영향에 주의해야 한다.또한 마이크로밴드 패치 안테나의 좁은 피드백은 가공선 너비의 정밀도 제어에 주의해야 한다.

두 번째 설계 방법은 더 이상 패치 안테나가 아닌 미디어 통합 전도 (SIW) 회로를 사용하여 레이더의 안테나를 설계합니다.안테나를 제외한 다른 PCB 스택은 FR-4 소재를 레이더 제어층과 전원층으로 사용하는데, 첫 번째 방식과 같다.이 SIW 안테나 설계에 사용되는 PCB 재료는 여전히 손실을 줄이고 안테나 복사를 증가시키기 위해 초저손실을 가진 PCB 재료를 사용합니다.재료의 두께 선택은 일반적으로 더 넓은 대역폭, 더 두꺼운 PCB 및 더 작은 동박의 거친 정도를 초래합니다.좁은 선가중치를 처리하는 데 별다른 문제가 없습니다.그러나 SIW의 구멍만들기 및 위치 정밀도를 고려해야 합니다.

세 번째 설계 방법은 초저손실 재료로 다층판의 중첩 구조를 설계하는 것이다.요구에 따라 여러 층에 대해 초저손실재료를 사용할수도 있고 모든 층에 대해 초고손실재료를 사용할수도 있다.이 설계 방법은 회로 설계의 유연성을 크게 향상시키고 집적도를 높이며 레이더 모듈의 크기를 더 줄였습니다.그러나 상대적으로 비용이 많이 들고 가공 과정이 복잡하다는 단점이 있다.

자동차 밀리미터파 레이더의 설계 추세 및 PCB 소재 솔루션

재료 고려사항

밀리미터파 레이더 센서의 서로 다른 PCB 설계의 공통된 특징은 회로 손실을 줄이고 안테나 복사를 증가시키기 위해 초저손실의 PCB 재료가 필요하다는 것이다.PCB 소재는 레이더 센서 설계의 핵심 부품이다.적합한 PCB 소재를 선택하면 밀리미터파 레이더 센서의 안정성과 일관성을 보장할 수 있다.

자동차 밀리미터파 레이더의 설계 추세 및 PCB 소재 솔루션

그림 4.자동차 레이더 센서의 마이크로테이프 안테나

77GHzmm 웨이브 레이더 PCB 재료의 성능은 다음과 같은 몇 가지 측면에서 고려해야 합니다.

우선 레이더 센서를 설계하고 PCB 소재를 선택하는 주요 요소인 재료의 전기학적 특성이다.안정적인 개전 상수와 초저손실을 가진 PCB 소재를 선택하는 것은 77GHzmm 레이더의 성능에 매우 중요하다.안정적인 개전 상수와 손실은 안테나의 정확한 위상을 수신하고 수신하여 안테나의 이득, 스캔 각도 또는 범위를 높이고 레이더 탐지와 위치의 정밀도를 높일 수 있다.PCB의 개전 상수와 손실 특성의 안정성은 서로 다른 로트 재료의 안정성을 보장할 뿐만 아니라 같은 판 내의 변화가 적고 매우 좋은 안정성을 보장한다.

PCB 재료에 사용되는 동박의 표면 거칠기는 회로의 개전 상수와 손실에 영향을 준다.재료가 얇을수록 동박의 회로 표면의 거칠음이 커진다.동박 유형이 거칠수록 그 자체의 거칠기 변화가 커지고 개전 상수와 손실의 더 큰 변화를 초래하며 회로의 위상 특성에 영향을 준다.

둘째, 재료의 신뢰성을 고려해야 한다.재료의 신뢰성은 PCB 가공에서의 재료의 높은 신뢰성을 가리킬 뿐만 아니라 가공 공정, 통공, 동박 결합력 등의 요소의 영향을 받을 뿐만 아니라 재료의 장기적인 신뢰성도 포함한다.PCB 소재의 전기 성능이 시간이 지남에 따라 다른 온도 또는 습도와 같은 다양한 작업 조건에서 안정적으로 유지되는지 여부는 자동차 레이더 센서의 신뢰성과 자동차 ADAS 시스템의 적용에 중요한 의미를 가진다.

일반적으로 77GHz 레이더 센서의 안테나 설계의 경우 개전 상수가 안정적이고 손실이 매우 낮은 소재를 선택하는 것을 고려할 필요가 있다.더 매끄러운 동박은 회로 손실과 개전 상수 공차의 변화를 더욱 줄일 수 있다.이와 동시에 재료는 시간, 온도, 습도 등 외부작업환경에 따라 믿음직한 전기와 기계성능을 가져야 한다.

PCB 소재 선택

로저스는 자동차 밀리미터파 레이더 개발 초기 이후 세계 최고의 레이더 모듈 제조업체와 협력해 유리 없는 천 RO3003을 출시해왔다. 이 소재는 77㎓ 레이더 센서 수요를 충족할 수 있는 성능이 모든 면에서 엄격히 검증됐다.RO3003은 77GHz 밀리미터파 레이더에 널리 사용되며, 매우 안정적인 개전 상수와 초저손실 특성(10GHz의 일반적인 테스트에서 손실 인자는 0.001)을 가지고 있다.이와 동시에 유리천이 없는 구조는 밀리메터파단의 국부개전상수변화를 한층 더 낮추고 신호의 유리섬유효과를 제거하여 레이다센서의 위상안정성을 한층 더 제고시켰다.RO3003 이 소재는 초저흡수율(0.04% @ D48/50), 극저개전 상수(TCDk) 안정성(-3ppm/?C)도 갖추고 있어 RO3003 기반 성능도 확보했다.재료 밀리미터파 레이더 센서는 여전히 시간, 온도 및 환경에서 우수한 성능을 유지할 수 있습니다.이 제품이 제공하는 다양한 유형의 동박 선택과 낮은 구리 두께의 선택도 가공 정밀도와 제품 완제품률을 높이고 레이더 센서가 더 나은 성능을 얻을 수 있도록 돕는다.

79GHz 대역 (77-81GHz) 레이더 센서의 발전에 따라 더 넓은 신호 대역폭을 가지고 있어 레이더 센서의 해상도를 더욱 높이고 스캔 각도를 늘리며 4D 영상까지 구현할 수 있다.로저스는 RO3003을 기반으로 소재를 바탕으로 RO3003G2 소재를 개발하여 출시하여 레이더 센서의 PCB 소재에 대한 더 높은 성능 요구를 충족시켰다.RO3003G2는 RO3003 소재에 비해 재료 시스템에 특수한 충전 시스템을 최적화하여 충전 입자를 줄이고 재료 시스템의 균일성을 높였으며 전체 판재와 로트 성능 사이의 개전 상수 공차를 더욱 낮췄다.더 작고 균일한 필러 시스템은 PCB 처리 중에 더 작은 구멍 뚫기 설계를 할 수도 있습니다.RO3003G2는 회로의 삽입 손실을 줄이기 위해 더 매끄러운 동박을 선택하는데, 그 성능은 이 재료가 구리를 압연하는 RO3003 삽입 손실 성능에 매우 가깝다.