PCB 기술 - 밀리미터파 재료의 개전 상수에 적합한 테스트 방법을 찾다

밀리미터파 재료의 개전 상수에 적합한 테스트 방법을 찾다

밀리미터파 (mm wave) 주파수는 연구 및 개발 (RD) 을 위해 보존 된 스펙트럼의 일부였습니다.그러나 밀리미터파는 이제 널리 사용되고 있습니다.고급 운전자 보조 시스템 (ADAS) 과 밀리미터파 레이더 보안 시스템 및 5세대 (5G) 셀룰러 통신 기술이 더 높은 주파수로 확장됨에 따라 밀리미터파 주파수는 전 세계 수십억 명이 사용할 것이다.이는 28GHz 이상의 주파수를 지원하는 PCB 소재에 대한 수요도 계속 증가할 것임을 의미한다.이 고주파 회로 기판 재료(예: 주파수는 약 80GHz이며 밀리미터파 주파수에서 재료의 매체 상수(Dk) 또는 상대 매체 상수를 측정할 필요가 있습니다.그러나 이렇게 높은 주파수 범위 내에는 아직 명확한 업계 표준이 없다.

개전 상수는 작동 주파수에서 회로의 크기에 영향을 미치기 때문에 대부분의 보드 재료의 주요 문제입니다.주파수가 증가할수록 파장이 줄어들기 때문에, 특히 밀리미터파 주파수에서는 회로 크기가 매우 작아지기 때문에 회로 재료의 Dk를 정확하게 아는 것이 중요하다.본질적으로 재료의 Dk 또는 상대 개전 상수는 재료가 두 금속판 사이에 있을 때 저장되는 전하량과 금속판이 진공이나 공기 중에 있을 때 저장되는 전기량의 비율로 정의할 수 있다.진공도의 Dk는 "1"이며 다른 재료의 Dk는 진공도보다 높습니다.

Dk 기본 사항

대부분의 보드 재료 공급업체가 사용하는 측정 방법은 공인된 업계 표준 방법이며 10GHz 이하와 같은 특정 테스트 빈도에서 측정됩니다.밀리미터파 주파수에서도 회로기판 재료인 Dk를 측정하는 방법이 있지만, 이런 방법은 저주파수에서 사용하는 테스트 방법보다 알려지지 않았다.

밀리미터파 주파수에서 Dk를 정확하게 측정하는 데 어떤 어려움이 있습니까?재료의 Dk 값을 측정하려면 측정된 원재료(MUT)를 테스트하거나 원재료를 참조 회로 형태로 가공하여 회로에서 테스트할 수 있습니다.회로 기판 재료의 Dk 특성은 일반적으로 무선 주파수, 마이크로파 또는 밀리미터파 주파수를 막론하고 각방향 이성입니다.따라서 테스트 방법을 사용하여 재료의 Dk 값을 결정할 때 테스트 재료의 Z축 (두께 방향) 또는 X-Y 평면 (재료의 길이 및 너비) 의 Dk도 결정해야 합니다.이러한 값은 일반적으로 재료 방향에 따라 다르며 일반적으로 주파수 함수입니다.따라서 밀리미터파 회로 설계 엔지니어의 경우 동일한 재료에서 Z축의 10GHz에서 Dk 값이 XY 평면의 60GHz에서 Dk 값과 같다고 가정할 수 없습니다.밀리미터파 주파수 하의 회로 재료를 정확하게 측정하는 Dk는 다가오는 많은 밀리미터파 응용 프로그램 및 회로 설계 엔지니어들에게 매우 중요합니다.

후보 필터링 기준

밀리미터파 주파수에서 재료의 Dk 값을 결정하는 많은 방법이 있습니다.그러나 IEEE 또는 IPC와 같은 기술 표준 조직에서 업계 표준 테스트 기술로 인정받는 방법은 없습니다.그러나 일부 Dk 테스트 방법은 매우 좋은 측정 정밀도와 반복성을 제공하여 밀리미터파 Dk 측정 표준의 후보자가 되었다.

마이크로밴드 차분 위상 길이법은 밀리미터파 Dk 측정 기술의 하나로 잠재적인 표준으로 삼을 수 있다.이것은 일종의 회로 기반 테스트 방법이다.이 방법에서는 테스트 재료에 다양한 길이의 50옴 마이크로밴드 전송선 회로를 여러 개 제조합니다.이렇게 하면 두 회로의 위상 각도 차이를 측정하여 테스트된 재료의 Dk 특성을 얻을 수 있습니다.테스트된 재료의 Dk가 변경될 수 있기 때문에 재료의 Dk를 결정할 때 두 개의 마이크로밴드 회로는 가능한 한 가까이 가서 재료의 Dk 변화의 영향을 최소화해야 한다.주파수 커버리지가 최대 110GHz인 고정밀 벡터 네트워크 분석기(VNA)를 사용하여 MUT에서 서로 다른 길이의 두 마이크로밴드 회로의 S 매개변수와 위상 측정을 테스트할 수 있습니다.

밀리미터파 주파수에서 회로 기판 재료의 Dk 값을 결정하는 또 다른 방법은 MUT에서 제조된 테스트 회로인 원형 공명기 방법입니다.이러한 공명 회로의 크기와 설계 매개변수는 공명 주파수를 정확하게 상세하게 반영할 수 있습니다.원환형 공명기를 MUT에서 정확하게 처리하면 공명 주파수를 측정하여 재료의 개전 상수와 같은 정보를 정확하게 추정할 수 있습니다.VNA를 사용하여 밀리미터파 주파수에서 클리어런스 결합 루프 공명기의 응답을 측정하고 비즈니스 전자기장 컴퓨팅 소프트웨어가 제공하는 수치 기반 결과와 비교함으로써 소프트웨어에 입력된 회로 크기 및 조건을 기반으로 MUT의 Dk 값을 추출할 수 있습니다.

물론 실제 응용에서, 특히 밀리미터파 회로의 크기에 대해 회로 크기와 공차는 측정의 공명 주파수 변화를 초래하여 측정 재료의 Dk 값의 오차를 초래할 수 있다.도체 폭과 회로 기판(MUT) 두께의 변화는 원형 공명기의 주파수에도 영향을 미칩니다.또한 원형 공명기 회로의 동박의 두께는 전체 회로 기판에서 변경될 수 있습니다.회로 구리의 두께 변화는 클리어런스 결합 고리형 공진기의 결합과 공명 주파수에 영향을 줄 수 있습니다.따라서 밀리미터파 주파수에서 회로 기판 재료의 Dk를 결정하기 위해 링 공명기 테스트 방법을 적용할 때 회로 구리 두께 변화를 최소화할 필요가 있습니다.관건적

상술한 방법은 많은 성숙된 회로기판 재료 Dk 값 테스트 기술의 두 가지 고전적인 방법으로 밀리미터파 주파수에서 측정하고 회로기판 재료의 업계 표준 방법으로 사용할 수 있다.둘 다 회로 기반 테스트 방법이며 다른 원자재 기반 테스트 방법을 사용할 수도 있습니다.

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