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实用于77GHz毫米波雷达电路板原材的主要性能

半超导体技能的退步推进了毫米波技能的停滞，正在经济型的公共汽车上运用77GHz毫米波雷达警报器零碎行将变化事实。将来该署警报器保险零碎作为量产的商用毫米波设施和组件，没有可防止地变化“主动驾御”公共汽车的组作成体。千万，没有可没有说的是，印刷通路板的高频路线板资料正在77GHz毫米波雷达公共汽车警报器使用中的主要性。正在高频频段，虽然许多新的路线板资料被研发进去，但它们并非都适宜这种高频次运用。正在毫米波频次下，哪些路线板资料特点最为要害呢？ 对于该署特点的了解无助于于简化毫米波使用，尤其是关于77 GHz毫米波雷达公共汽车警报器零碎路线板资料的取舍。

高频次存正在没有可比较的生意价格，由于有更宽的可用带宽。随动手机、WLAN和其它生意使用少量使用较低的频段， 60, 77以至94 GHz的毫米波频段可以满意如第七代（5G）蜂巢零碎和公共汽车警报器等新生使用的越来越大的带宽需要。理解毫米波频次下根本资料属性，没有只实用于77 GHz毫米波雷达的路线板资料使用，还实用于越来越多28 GHz之上的高频使用。

要害特点

77GHz毫米波雷达警报器（和其它毫米波）通路设想的六个要害路线板资料特点囊括介电常数（Dk）或者绝对于介电常数（εr）、消耗因数（Df）或者消耗角正切，或者tanδ、铜名义毛糙度、Dk的热稳固系数（TCDk）、吸医道和玻璃纤维效应。 正在毫米波频次下，高频路线板资料很少能正在一切六种特点中体现精彩。 于是，思忖到毫米波频次的小跨度下需求的细致通路分寸，PCB资料的加工特点也是取舍这种通路资料的主要思忖要素。很难找出一种正在一切六种特点中都能需要高品质的路线板资料，并且这种资料还存正在可反复性和牢靠的通路打造威力。

对于77 GHz毫米波雷达公共汽车警报器和其它毫米波通路使用的路线板资料Dk的思忖实践上有两个范围：原始基板介质自身的Dk，以及与通路有关的设想Dk。 关于原始基板介质Dk，能够依据其差役和色散来思忖。Dk差役是由打造层压板进程中的一些变量决议的一种资料参数，正在某些使用中能够需求比拟小的差役。依据高频次毫米波通路的经历，一般±0.050的Dk容差是可承受。Dk色散是资料的做作属性，是指Dk随频次的变迁特点。关于宽带使用而言，这一般更为主要，由于资料必需任务正在很宽的没有同频次下，相似77 GHz毫米波雷达频段。

设想Dk是由资料通路方式肯定的Dk“任务值”的一种方式。 设想Dk1-3受许反复无常量的反应，因而很难评价参数的变迁。家喻户晓，经过通路纽带的电磁（EM）波流传速率会因资料Dk的增多而变慢。异样的，路线板资料的铜毛糙度会反应电波的相速，反应路线板资料正在77 GHz毫米波雷达和其它毫米波频次下的功能（见图1）2。

图1.无效Dk与频次的联系，基于仅有铜箔名义毛糙度没有同的50Ω微带传输线通路测试。

如图1所示，基于相反的4mil的LCP基板资料加工制造了四种没有同的层压板和通路。这款LCP是一种各向异性的基板，正在较宽的微波和毫米波频次范畴内都功能优异。这四种层压板的介质彻底相反，但运用了没有同的铜箔类型，存正在没有同铜箔名义毛糙度。没有同的名义毛糙度指的是介质与铜箔相联接的界面处的铜箔名义毛糙度，是正在正在覆铜层压板构成前丈量失去的名义毛糙度。将没有同毛糙度的层压板送来PCB打造制造50Ω微带传输线停止测试。每组试验测试的通路都是只要长短没有同、其余都均相反的两个通路。运用微带差分相位长短法，经过每个通路的长短没有同，就能够得无效的Dk与频次的联系。如图1所示，铜箔名义最平滑的通路存正在最低的无效Dk。而毛糙铜箔的通路显现出无效Dk增多的趋向。正在仅仅只要铜箔名义毛糙度没有同的状况下，通路中无效Dk的差别约为0.3。

关于设想Dk，运用较薄的比运用较厚资料的通路更简单遭到铜箔毛糙度的反应。相似，假如运用较厚的基板停止相似图1测试，则没有同铜名义毛糙度的无效Dk值的差别将小得多。正如图中四个无效Dk巨大曲率所标明的这样，其随频次有一些变迁。这种变迁与微带传输线的色散特点相关，同声也是资料色散的后果。 当从无效Dk数据中提取Dk时，Dk与频次的联系直线（设想Dk直线）一般会有一度小的负斜率，如图2a和2b所示。

图2. 多个5mil厚的RO3003?路线板资料的微带线设想Dk，电解铜（a）和拔丝铜（b）。

图2a和2b中所示的Dk与频次的联系直线显现了畸形的变迁趋向，随着频次的增多呈细微的负斜率。即便正在Dk反推打算进程中除非微带线色散的反应，资料色散也将招致Dk随频次稍微升高。 设想Dk值的范畴（~3.1）能够看上去很大，但实践上并没有大，由于许反复无常量都会反应设想Dk。关于资料，介质资料Dk的变迁范畴仅为±0.040或者0.080。通路加工也会使其发作一些变迁，相似超导体幅度和梯形效应的变迁。梯形效应指的是信号超导体的外形，现实状况下是矩形横截面，但实践通路多为的是梯形外形。超导体外形的变迁会招致直流电密度和旁边场的变迁，况且正在较高的毫米波频次下，该署效应会反应功能。图2中所示直线的变迁也与基板薄厚的差役、最终铜镀层薄厚的以及铜箔名义毛糙度的变迁相关。

如图2a中所示的通路上运用的规范电解（ED）铜，其名义毛糙度会涌现畸形的高低变迁; 该署通路所运用的ED铜的名义毛糙度垂范值为2.0μm RMS，但实践的毛糙度能够正在1.8至2.2μm之间变迁。 关于正在某个毛糙度变迁范畴，稍润滑的通路，设想Dk的值较低，稍毛糙的通路，设想Dk的值会较高。关于图2a中的设想Dk范畴（77 GHz下的0.126），思忖到反应它的许反复无常量，这是一度优良掌握的设想Dk容差（±0.063）。

与图2a相比，图2b运用更润滑的拔丝铜的相反介质通路资料, 设想Dk的变迁就要小的多。虽然正在ED铜和拔丝铜的通路加工上也具有一些纤细的差别，但这标明润滑的拔丝铜能够减小设想Dk变迁。

铜箔名义毛糙度及其变迁也会反应高频微带通路的拔出消耗。较毛糙的铜箔名义会招致较高的超导体消耗并最终招致更高的拔出消耗。拔出消耗还起源于通路基板薄厚，内中较薄的通路比拟厚的通路更简单受铜箔名义毛糙度的反应。相似，关于正在相反介质资料上打造的通路，比拟存正在没有同铜箔名义毛糙度和没有同薄厚的通路，运用润滑和毛糙铜箔的薄通路之间的拔出消耗差别比运用相反铜箔的厚通路之间的拔出消耗差别更显着。正在运用5mil薄厚RO3003资料的通路的状况下，运用润滑拔丝铜和运用毛糙ED铜的通路正在25GHz下的拔出消耗差为0.35dB / in。关于相似的比拟，运用20mil 薄厚的RO3003层压板，毛糙的ED铜和润滑的拔丝铜的通路拔出消耗差为0.10 dB / in。这标明较薄的通路比厚的通路受铜箔名义毛糙度差别的反应更大，而大少数毫米波通路是需求取舍绝对于薄的通路资料的。

为了显现铜箔名义毛糙度的反应，图3给出了存正在相反（5mil）介质薄厚但铜箔名义毛糙度没有同的两种相似路线板资料上的微带通路。该署都是眼前正在77 GHz毫米波雷达使用中宽泛运用的资料，罗杰斯公司的RO3003资料已有较长一段工夫且出货量大。RO3003G2?资料是最新公布的一款资料，它是基于RO3003资料，特地对准于77 GHz毫米波雷达公共汽车警报器使用停止了优化的通路资料。由于这两种资料存正在类似的Dk和Df值，拔出消耗中显现的差别次要是因为铜箔名义毛糙度带来的。运用规范ED铜的RO3003资料的铜箔名义毛糙度垂范值为2.0μm RMS，而运用的拔丝铜的垂范值是0.35μm RMS。RO3003G2资料采纳超低毛糙度的（VLP）ED铜，名义毛糙度的垂范值仅为0.7μm RMS。

图3. 基于5mil薄厚存正在类似Dk值资料、没有同名义毛糙度的77GHz毫米波雷达通路微带拔出消耗直线

T与RO3003层压板的ED铜箔相比，RO3003G2的VLP ED铜箔明显好转了通路的拔出消耗。虽然仍没有如拔丝铜的拔出消耗功能，但利润相比拔丝铜存正在很大的劣势。VLP ED铜箔比ED铜箔的资料利润约初三点，但与更高贵的拔丝铜相比却俭省了少量利润，且拔出消耗功能显然进步。越润滑的铜箔，如相似VLP ED铜箔，通路存正在愈加分歧的相位呼应。另一范围，关于77GHz毫米波雷达汽车警报器通路运用的微通孔，更平滑的VLP ED铜有益于激光钻孔加工微通孔。此外，RO3003G2运用小的球体形骨料颗粒也有益于激光钻孔。经过激光钻孔和较小的骨料颗粒，使加工的毫米波频次（相似77GHz）下的通路功能变得愈加简单且功能完成更高的可反复。

因为公共汽车警报器传感器的任务量度范畴广，TCDk是一度极端主要的路线板资料参数和特点，是权衡资料的Dk随量度变迁的水平。关于许多使用， TCDk值应小于 50 PPM /℃即能够承受。该值是一度相对于值，是由于TCDk能够是负数或者正数，趋近于零示意Dk随量度变迁最小的。如图4a和4b所示，Dk能够随频次和量度变迁能够很大，能够较小。该图比拟了两个5mil的RO3003G2和一种PPE 层压板Dk随量度的变迁状况。

图4. 通路正在没有同量度下，对于77 GHz的公共汽车警报器使用的劣势资料(a)和一种PPE基板资料(b)微带传输线测试状况

77 GHz公共汽车警报器传感器正在装置于公共汽车外部，公共汽车的倾覆条件培养警报器传感器的任务条件确实是顽劣的，还囊括湿润条件吸医道的反应。路线板资料吸医道参数就是指路线板资料正在给定条件中可吸引的潮气多少。水成员是有极性的，会增多PCB拔出消耗，也会招致路线板资料的Dk的增多。因为相位分歧性关于77GHz毫米波雷达警报器使用至关主要，因而路线板资料吸医道对于相位分歧性的任何反应都不值关心。相位一般随着通路吸医道的增多而增多。为了评价该署成效，对于RO3003G2路线板资料和基于PPE的高频资料停止了比照测试。先测试正在室温环境（+ 23°C和30% RH）下比拟通路的相位差，而后搁置正在+ 85°C/85％RH条件下72时辰后再次测试。如图5所示，没有同资料吸医道没有同会发生没有同的功能差别。取舍低吸医道资料能够减小对于相位带来的反应，对于77 GHz公共汽车警报器零碎的功能发生严重反应。

图5. 比拟正在室温（RT）和72时辰双85（+ 85℃，85％RH）环境下通路的微带线通路开展相位差。

玻璃纤维反应

许多高频路线板资料强度依托于玻璃纤维加强层; 倒霉的是，玻璃纤维效应会反应通路功能，尤其是正在77 GHz和毫米波频次下。用来增强路线板资料的玻璃纤维编织图案也会惹起整个路线板资料中小海域内Dk的差别。厄运的是，罗杰斯公司的一些高频路线板资料，尤其是RO3003和RO3003G2层压板，没有运用玻璃纤维加强，也就没有会具有玻璃效应。

图6. 路线板资料中的玻璃纤维效应能够从纤维编织层的图(a)看出，图(b)显现了因为玻璃纤维效应的两个通路存正在没有同的Dk值，(c)玻璃纤维效应如何招致通路超导体存正在周期性变迁的Dk

图6a，6b和6c需要了玻璃纤维编织的没有同视图。图6a中运用1080型玻璃布，正在玻璃纤维束和玻璃束穿插点，以及没有玻璃纤维的住口海域会招致路线板没有同海域存正在没有同的Dk值。玻璃纤维的Dk一般约为6，而树脂零碎的Dk要小得多（一般约2.1至2.5），从而失去总的Dk约为3的用来公共汽车77GHz毫米波雷达警报器传感器使用层压板。正常来说，能够玻璃束海域和没有玻璃的海域之间的差别有余以正在77 GHz时惹起较大的成绩。然而某些玻璃布类型的分寸能够正好与毫米波频次的跨度成定然对比，从而能够招致77GHz下发生功能的反应。

T1080玻璃中的住口约为10mil（0.25mm），关于Dk约为3的层压板的微带线通路，正在77GHz下跨度约为97mil（2.46mm）。与跨度成定然对比就能够惹起共振和搅扰信号流传; 一般，假如通路媒人存正在大小为1/8跨度或者更小分寸，则没有会惹起信号波的流传成绩。这品种型通路的1/8跨度约为12mil（0.31毫米），与住口大小无比濒临，可以惹起关心。

当只比拟大批通路时，能够看没有到玻璃纤维效应带来的反应。而后，随着通路单位的增多，通路功能的比拟差别能够就会越来越显然。异样随着频次的增多，或然率也会增多。这正在如77 GHz公共汽车警报器传感器使用的毫米波频次中是很罕见的。玻璃纤维效应的次要成绩如图6b所示，内中通路与玻璃纤维编织刚刚好对于齐，使得一度通路与另一度通路存正在存正在一模一样的Dk值，虽然运用了相反路线板资料和通路设想。图6c中的玻璃纤维与通路的形式发生的周期性Dk也是一度成绩。正在该通路中，因为通路设想和玻璃纤维之间的有定然立场，通路构成了高Dk和低Dk的楼梯阻抗构造。假如对于少量通路停止评价，这种略成立场的绝对于地位比大少数工事师所假定的彻底分歧陈列更为罕见，由于玻璃纤维编织并没有总是圆满的格子。玻璃纤维编织的大全体海域能够会偏偏斜，即便通路图形是严厉的格子，但玻璃纤维编织正在通路某些海域能够也并没有是格子。

正在2018年末罗杰斯对于玻璃纤维效应停止了钻研4，并于2018年10月举行了一度网络研究会（可正在微波刊物网站上失掉）。思忖了许多通路配置，但钻研力点放正在一项对准于玻璃纤维交点-束和束-住口的形式（如图6b）中，由于它是77 GHz公共汽车警报器中的PCB涌现的相似演讲成绩。本钻研采纳纯聚四氟乙烯（PTFE）和拔丝铜为基板的薄层压板（4mil或者0.102mm）资料。综合了四种没有同的层压板，它们之间的次要差别正在于没有同的玻璃纤维加强层。采纳拔丝铜无助于于缩小铜箔名义毛糙度带来的对于本试验的反应。运用没有骨料的纯PTFE路线板资料能够出现出最差的状况，由于填充颗粒能够减小有无玻璃纤维的海域之间的Dk差别。

为此钻研测试了数百个通路，审查并寻觅现实的玻璃纤维与超导体的精确绝对于地位，以评价因为全部地位（如图6b）而存正在高Dk和低Dk的通路之间的差别。 图7需要了77 GHz频次下玻璃纤维效应答相位呼应的反应的测试汇总图。

图7. 直线显现图6b所示的通路玻璃纤维地位惹起的Dk没有同正在相反设想和相反资料（4mil厚PTFE）的微带线通路的相位与频次的差别。

图7显现了存正在1080玻璃布的纯PTFE路线板资料上微带线通路的相位与频次的联系直线。这是玻璃布是一种没有失调的住口编织格调。另一种是罕用于薄通路层压板是106玻璃布， 它是一种住口、失调且分寸小的玻璃布。玻璃布样式的失调或者没有失调，起源于玻璃两个经纬向上的玻璃纤维多少和密度。 当玻璃纤维正在经向的玻璃密度与纬向的玻璃密度大体相反时，它是失调的，反之，它是没有失调的。 如图7所示，当运用106玻璃布的通路测试相位变迁时，微带线正在77 GHz的相位变迁为64.7度/英寸。

本试验还采纳开纤玻璃布的路线板资料。望文生义，它的玻璃束被彻底摊开像玻璃呆滞。玻璃交节依然具有，然而没有住口海域或者住口海域无比小况且一般小于1mil（0.025mm）。 本试验中运用的开纤玻璃布是1078玻璃布。运用与图7中的相反设想的通路的测试，微带线正在77GHz处的相位变迁为13.4度/英寸。

很显然，玻璃纤维效应会对于路线板资料的电功能发生反应，尤其是关于77 GHz毫米波雷达公共汽车警报器和其余毫米波使用。 当正在较高频次下需求严厉关心功能时，可运用没有玻璃布的路线板资料-罗杰斯公司的RO3003和RO3003G2层压板等路线板资料。这两种资料没有编织布加强，因而没有会因玻璃纤维效应而对于高频通路而发生功能反应。但资料的强度功能依然很好，彻底确保77GHz毫米波雷达汽车警报器以及其余微波和毫米波通路功能可展望性和使用的牢靠性。