PCB 기술 - 밀리미터파 주파수에 적용되는 GCPW 회로

밀리미터파 주파수에 적용되는 GCPW 회로

현대 통신 기술의 신속한 발전에 따라 저주파와 마이크로파 주파수 대역의 스펙트럼 자원이 날로 고갈되고 점점 더 많은 무선 응용이 더욱 높은 밀리미터파 주파수로 확장되고 있다.예컨대 5세대(5G) 무선셀룰러 이동통신과 고급운전자보조시스템(ADAS) 등의 애플리케이션은 모두 24㎓ 이상의 주파수 대역을 사용한다.그러나 신호의 출력은 일반적으로 주파수가 증가함에 따라 감소합니다.따라서 밀리미터파 회로 기술은 기존의 신호 출력을 충분히 이용하는 동시에 신호 손실을 최소화해야 한다.밀리미터파 회로에서 신호 출력을 유지하는 것은 인쇄회로기판(PCB) 재료뿐만 아니라 전송선 기술의 선택에 달려 있다.회로 설계와 제조 과정에서의 영향 요소를 충분히 고려한다면 밀리미터파 주파수의 접지공면전도(GCPW) 전송선과 저손실 PCB 소재의 사용으로 우수한 회로 성능을 얻을 수 있다.

GCPW 회로 기술은 밴드 라인, 마이크로 밴드 라인과 같은 다른 고주파 전송 라인 기술과 비교할 때 특히 밀리미터파 주파수에서 천연적인 이점을 가지고 있습니다.GCPW의 구조는 간단명료하다: 최상층 전송선은"지-신호-지 (GSG)"구조를 사용하며, 중간층은 단층 개전층, 하층은 접지층, 상단과 하단 접지층은 도금통공 (PTH) 을 통해 상호 연결된다.GCPW는 마이크로밴드 선의 단순한 구조에 부합하지 않지만 GCPW는 밴드 선 (상단과 하단에 전매질 층이 있음) 보다 훨씬 간단하다.GCPW에 비해 마이크로밴드 라인의 구조는 간단하지만 밀리미터파 주파수에서 손실을 증가시킨다.밀리미터파 주파수에서 마이크로밴드 전송선 회로는 GCPW 회로보다 외부에 에너지를 더 쉽게 복사할 수 있으며, 특히 컴팩트하게 배치된 회로와 케이스에는 잠재적인 간섭과 전자기 호환성 (EMC) 문제가 존재한다.

그러나 GCPW의 최종 성능 응용은 또한 다양한 컴퓨터 액세스 (CAE) 소프트웨어를 사용하여 GCPW 회로를 시뮬레이션할 때 재료 성능의 매개변수 설정이 거의 이상적이기 때문에 실제 가공에서 회로의 영향을 이해해야합니다.따라서 이러한 요소는 소프트웨어의 시뮬레이션 결과와 실제 처리된 GCPW 회로의 실제 측정 결과 사이에 일정한 차이를 초래할 수 있으며, 특히 대용량 밀리미터파 회로의 설계에 대해서는 더욱 그렇다.

회로가 처리되기 전에도 PCB 재료의 작은 변화는 GCPW 회로의 성능, 특히 밀리미터파 주파수의 작은 파장에 영향을 미치며 파장은 이러한 변화에 매우 민감합니다.예를 들어, 매개 전기 재료의 두께와 도체의 두께의 변화는 밀리미터파 주파수에서 GCPW 성능의 변화를 초래할 수 있다.구리 도체의 표면 조잡도는 GCPW의 성능에도 영향을 미치며 GCPW 회로를 만드는 데 사용되는 PTH 도금과 같은 다른 도금층도 GCSW의 성능에 영향을 줍니다.

프로세스 처리

GCPW 전송 라인 기술은 밀리미터파 주파수에서 높은 일관성을 가진 PCB 회로를 생산하기에 매우 적합하지만, 개전 상수 Dk, 손실 인수 Df와 같은 높은 신뢰성 회로 기판 재료와 함께 사용해야 한다.또한 밀리미터파 회로의 처리 기술은 대규모 생산에서 회로의 일관성을 유지하기 위해 반복성이 있어야 합니다.가공 기술의 변화는 PCB 성능의 변화를 초래할 수 있습니다.예를 들어, GCPW 회로에서 두 접지 평면을 연결하는 데 사용되는 PTH의 위치는 회로에 따라 다를 수 있으며, 이러한 작은 차이도 성능 변화의 원인이 될 수 있습니다.

GCPW 도체의 형태는 회로에 따라 다를 수 있으므로 제조된 GCPW 회로 간의 성능 차이가 발생할 수 있습니다.CAE 시뮬레이션 소프트웨어는 동박 컨덕터를 모델링할 때 일반적으로 이를 횡단면 뷰에서 사각형으로 볼 때 이상적인 컨덕터 모양으로 가정합니다.그리고 이를 바탕으로 주어진 회로의 성능 수준을 예측한다.그러나 실제 가공에서 GCPW 회로의 표면 도체는 대부분 사다리꼴로 가공되어 서로 다른 회로의 도체가 어느 정도 변화한다.이러한 도체의 변화는 GCPW 회로의 전기 성능, 특히 삽입 손실과 신호 위상각에 대한 영향을 초래할 것이며, 이러한 변화의 영향은 주파수가 증가함에 따라 증가할 것이다.

실제 도체와 이상 도체 사이의 차이로 인해 실제 회로 (도체는 처리된 후 사다리꼴) 와 이상 회로 (사각형) 의 성능 수준에 차이가 있습니다.해당 신호의 파장이 밀리미터파 주파수에서 더 작아짐에 따라 회로에 매우 민감합니다.이상적인 회로 도체는 회로의 유효한 개전 상수와 상대 위상 응답의 최소 변화를 반영하며, 표준 PCB 제조 공정은 불가피하게 미세한 변화가 있을 수 있다.오류로 인해 회로 간의 성능이 변경될 수도 있습니다.

또한 GSG 구조의 측면 벽 간격의 밀도에 따라 GCPW 회로는 서로 다른 결합량을 가지고 있습니다.일반적으로 거리가 가까운 도체는 더욱 긴밀한 결합을 일으킨다.느슨하게 결합된 GCPW 전송선보다 긴밀하게 결합된 GCPWM 회로는 공면 도체의 측면 벽에 더 큰 전류 밀도를 가지고 있다.느슨한 결합 GCPW 회로는 추가 접지를 얻을 수 없고 마이크로밴드 전송선 회로처럼 나타나기 때문에 회로 제조 공정 변화에 그다지 민감하지 않다.

로저스사의 RO3003–¢층 전압판(z축의 Dk는 3.00±0.04, 10GHz의 Df는 0.0010)과 같은 밀리미터파 GCPW 회로 기판을 만드는 데 사용되는 모든 회로 기판 재료는 해당 재료에서 제조되는 회로의 성능에 영향을 미칩니다.특히 더 높은 주파수 (예: 밀리미터파 주파수) 와 더 얇은 회로에서.거친 동박 표면은 이러한 회로의 삽입 손실을 증가시키고 신호 위상 속도를 늦출 수 있습니다.도체 삽입 손실도 동박 도체의 상대적 너비와 도체 두께의 영향을 받는다.더 넓은 도체는 더 적은 손실을 나타내고 더 두꺼운 도체는 GCPW 전송선이 더 많은 공기를 사용하고 (단위 Dk 값이 낮음) 더 낮은 손실로 전송됩니다.물론 Dk 값이 높은 회로 재료도 느린 위상 속도를 가져옵니다.

금속도금층

모든 유형의 GCPW 회로를 제조하려면 PCB 도금 재료가 필요합니다.예를 들어, 구멍을 금속화할 때 보드 재료에 구멍을 뚫고 구멍 벽에 구리를 도금하여 위쪽과 아래쪽 접지층 사이의 전기를 전도합니다.이 과정에서 최상위와 하위가 연결된다.PCB의 구리 층은 불가피하게 다시 구리를 도금할 것이다.또한 GCPW 회로에서 금속을 다시 도금하여 최종 표면처리 도금층을 형성하고 구리 도체를 보호할 수 있다.표면처리에 사용되는 도금된 금속의 전도성은 보통 구리보다 낮으며, 이는 도체 손실을 증가시키고 삽입 손실을 증가시킨다;또한 이러한 코팅의 표면은 위상 응답에도 영향을 미치기 때문에 밀리미터파 주파수에서 이러한 영향이 필요합니다.고려되었습니다.

컴퓨터 소프트웨어 시뮬레이션 결과는 실제로 처리된 밀리미터파 GCPW 회로의 측정 결과와 차이가 있을 수밖에 없다.밀리미터파 GCPW 회로의 성공적인 양산의 관건 중 하나는 특정한 재료 특성과 특정한 회로 특성을 통해 각종 오차 변화를 최대한 줄이는 것이다.RO3003 레이어 프레스와 같은 성숙한 회로 기판 재료가 서로 다른 GCPW 제조 공정에 어떻게 영향을 받는지 이해함으로써 의미 있는 생산 성능 공차 표준을 제정할 수 있습니다.따라서 77GHz의 밀리미터파 ADAS 회로에 대해서도 높은 생산량을 달성할 수 있다.