Chất nền IC - Tìm vật liệu PCB phù hợp cho radar ô tô 77GHz

Hệ thống an toàn điện tử ô tô hoạt động ngày càng thường xuyên hơn và cảm biến radar ô tô 77 GHz được sử dụng trong các hệ thống an toàn một ngày nào đó sẽ làm cho giao thông đô thị an toàn hơn. Như đã trình bày trong các blog ROG trước đây, "radar gắn trên xe" băng tần 77 GHz milimet đã được thiết kế và sản xuất. Vật liệu mạch cho tần số sóng milimet (30 GHz đến 300 GHz) phải đối mặt với các yêu cầu đặc biệt, thường khác với các mạch có tần số vi sóng 30 GHz trở xuống. Tuy nhiên, dựa trên thực tiễn và kinh nghiệm của các nhà thiết kế mạch mmWave, một số thông số vật liệu của mạch có thể liên quan chặt chẽ đến hiệu suất cao trong mạch mmWave, trong khi một số vật liệu mạch, chẳng hạn như bảng mạch RO3003â của Rogers, có các đặc tính của mạch mmWave. Các thông số vật liệu cần thiết có thể cho thấy hiệu suất tuyệt vời ở 77GHz và tần số cao hơn.

Như đã đề cập trong blog ROG trước đây, các tính năng của sáu vật liệu bảng mạch chính được sử dụng để đạt được tần số sóng milimet và mạch mất thấp 77GHz là:

Dk Tolerance Circuit Materials Độ nhám bề mặt Df Copper Foil Conductor Hệ số ổn định nhiệt Dk và Df Hấp thụ nước Hiệu quả dệt thủy tinh nên được sử dụng làm hướng dẫn lựa chọn vật liệu bảng mạch cho ăng ten radar ô tô 77GHz PCB và các ứng dụng mạch sóng milimet khác, hiệu suất của sáu vật liệu này phần lớn cho thấy RO3003â € Circuit Board là lý tưởng cho các mạch tổn thất thấp. Trên thực tế, vì các đặc tính của nó rất phù hợp với nhu cầu đặc biệt của mạch sóng milimet, bảng mạch RO3003ã được sử dụng rộng rãi trong mạch sóng milimet. Nó có thể cung cấp các loại lá đồng khác nhau, chẳng hạn như đồng điện phân (ED) và đồng cán mịn hơn (và ít mất mát hơn), cho phép các nhà thiết kế xác định chính xác các đặc tính của bảng mạch của họ để đáp ứng các yêu cầu khắt khe nhất của các ứng dụng mạch sóng milimet.

Sáu đặc tính chính của vật liệu

Mối quan hệ giữa sáu thông số vật liệu chính này và tính chất điện ở 77 GHz và các tần số sóng milimet khác là gì? Ở tần số sóng milimet, bước sóng tín hiệu ngắn hơn và điều quan trọng hơn là vật liệu bảng mạch có giá trị Dk hằng số điện môi được kiểm soát chặt chẽ hơn là chỉ chọn vật liệu có Dk thấp. Một mặt, Dk được kiểm soát chặt chẽ có thể đạt được hiệu suất phù hợp hơn; Mặt khác, sự thay đổi của Dk (Isla Dk) sẽ dẫn đến các góc pha không phù hợp ở 77GHz, dẫn đến hiệu suất kém của cảm biến radar ở tần số này.

Dk (hoặc Dk thiết kế) của vật liệu mạch được chiết xuất từ mạch có giá trị Dk bị ảnh hưởng bởi dung sai Dk của vật liệu và cũng bởi các đặc tính của các vật liệu bảng khác nhau, bao gồm cả sự thay đổi độ nhám bề mặt của dây dẫn lá đồng. Các biến thể Dk thiết kế có thể ảnh hưởng đến hiệu suất mạch ở 77GHz nên được giảm thiểu, bao gồm các biến thể Dk thiết kế điều khiển và các đặc tính mạch khác ảnh hưởng đến sự thay đổi Dk thiết kế. Cách tốt nhất để xác định mức độ thay đổi của Dk trong thiết kế là thực hiện các phép đo chính xác và lặp lại của mạch tham chiếu từ nhiều mẫu từ các lô sản xuất khác nhau.

Tương tự, yếu tố mất mát (Df) của vật liệu bảng mạch phải được kiểm soát chặt chẽ để đạt được hiệu suất mạch mất mát thấp có thể lặp lại ở 77GHz. Chọn vật liệu bảng Df thấp là một mục tiêu đáng quan tâm, nhưng điều quan trọng là phải duy trì sự thay đổi ổn định của Df theo tần số ở tần số sóng milimet. Sự thay đổi của Df là một yếu tố ảnh hưởng khác đến sự thay đổi Dk trong thiết kế, gây khó khăn cho việc duy trì sự ổn định pha và tần số ở các tín hiệu bước sóng nhỏ với tần số sóng milimet.

Ở tần số 77GHz, độ nhám bề mặt của dây dẫn lá đồng của vật liệu bảng mạch có ảnh hưởng đáng kể đến sự mất dây dẫn. Lá đồng càng mịn, tổn thất càng nhỏ. Mặc dù đồng điện phân (ED) là một loại dây dẫn lá đồng được sử dụng rộng rãi trong mạch tần số sóng milimet, nó cho thấy tổn thất cao hơn so với đồng cán do độ nhám của nó. Khi đánh giá hiệu suất của vật liệu bảng mạch ở tần số sóng 77GHz và milimet, cường độ lột (cả ban đầu và sau khi gia nhiệt) không thể bỏ qua vì độ bám dính của lớp đồng và lớp điện môi ảnh hưởng đến hiệu suất RF của mạch. Như với nhiều thông số vật liệu, có thể có sự đánh đổi giữa tính chất điện và độ bền vỏ để chọn đồng ED và lá đồng cán. Tuy nhiên, bất chấp sự đánh đổi dự kiến, đồng cán có độ bền lột tốt khi sử dụng vật liệu bảng mạch RO3003â, đồng thời cung cấp các đặc tính tổn thất rất thấp ở 77GHz.

Vì đặc tính mạch tinh tế này là cần thiết ở sóng milimet, ảnh hưởng của sự thay đổi nhiệt độ đối với vật liệu bảng mạch cũng có thể dẫn đến sự thay đổi hiệu suất của nó ở 77GHz và các dải milimet khác. Sự thay đổi quá mức trong hệ số ổn định nhiệt của Dk (TCDk) và Df (TCDf) sẽ tương đương với sự thay đổi của Dk và Df khi vật liệu bảng mạch tiếp xúc với một phạm vi rộng của sự thay đổi nhiệt độ. Những hiệu ứng nhiệt độ này có thể được giảm thiểu bằng cách chọn vật liệu bảng mạch kiểm soát tương đối chặt chẽ TCDk và TCDf. Thông thường, vật liệu bảng mạch có TCDk 50 | ppm/° C hoặc thấp hơn được coi là một đặc tính ổn định với hiệu suất tốt. Lấy vật liệu thực tế làm ví dụ, TCDk được đo bằng bảng mạch RO3003â là 3 ppm/° C.

Hấp thụ độ ẩm thấp là một trong những mục tiêu của hầu hết các vật liệu bảng mạch tần số cao. Đối với các vật liệu mạch được sử dụng trong băng tần sóng milimet, ngay cả những khác biệt nhỏ cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng. Nếu vật liệu mạch hút ẩm quá nhiều, tổn thất của nó sẽ tăng lên và Dk sẽ tăng lên khi độ ẩm thay đổi. Hiệu suất của mạch trong điều kiện làm việc lý tưởng có thể chấp nhận được, nhưng các yêu cầu có thể không được đáp ứng trong các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như trong điều kiện làm việc có độ ẩm cao, đặc biệt là ở tần số sóng milimet có bước sóng ngắn hơn.

Cuối cùng, trong số sáu thông số vật liệu mạch cần xem xét cho 77GHz và các mạch sóng milimet khác, "hiệu ứng dệt thủy tinh" cũng được biết là gây ra những thay đổi trong mạch Dk. Trong nhiều vật liệu mạch, vải thủy tinh được sử dụng để gia cố vật liệu. Làm như vậy cũng dẫn đến một số phần của mẫu sợi tổng thể chứa nhiều sợi thủy tinh hơn những phần khác, dẫn đến sự thay đổi Dk. Việc sử dụng vật liệu gia cố thủy tinh làm tăng tính chất cơ học của vật liệu mạch, nhưng cũng ảnh hưởng đến tính chất điện của vật liệu trong mạch tần số cao. Lý tưởng nhất, vật liệu được chọn ở tần số cao hơn không cần phải chứa vải thủy tinh hoặc sợi thủy tinh.

Chọn vật liệu phù hợp với nhu cầu của bạn

Vật liệu bảng mạch Rogers RO3003â đã được chứng minh là đáp ứng sáu yêu cầu vật liệu quan trọng này cho các mạch sóng 77 GHz và các milimet khác. RO3003â Laminate là một vật liệu có tổn thất rất thấp, với Df điển hình là 0,0010 ở 10 GHz và dung sai Dk được kiểm soát chặt chẽ ở ± 0,04. Nhiều kỹ sư thiết kế mạch mmWave chọn đồng ED dày 5 mm hoặc đồng cán RO3003â mịn hơn (tổn thất thấp) làm vật liệu mạch. Nó cũng có độ hút ẩm thấp dưới 0,04% và TCDk rất thấp, điển hình là -3 ppm/° C.

Vì vật liệu bảng mạch RO3003ã phản ánh sáu yêu cầu chính của mạch tần số cao, nó đã trở thành một lựa chọn phổ biến cho các vật liệu bảng mạch 77 GHz và các kỹ sư thiết kế mạch mmWave khác. Ngoài ra, bảng mạch RO3003ã không được sử dụng hoặc cần được gia cố bằng vải thủy tinh, do đó không có vấn đề dệt thủy tinh. Nó là một vật liệu bảng mạch bền, tổn thất thấp cho các mạch cần duy trì sức mạnh tín hiệu khi tần số tăng lên, đặc biệt là cho các hệ thống radar ô tô 77GHz tập trung vào việc cải thiện an toàn!