毫米波段的设计和应用曾经被认为是“不切实际的”,或者说是一项只有“军队”才能负担得起的高技术。然而,近年来,随着第五代新(5g NR)无线网络和77GHz汽车雷达的普及,毫米波应用逐渐变得越来越普遍。毫米波频率信号可以通过高度集成的印刷电路板(PCB)传输。这种类型的PCB通常采用多层结构,可以同时处理不同类型的信号,包括模拟、数字、射频和毫米波信号。毫米波电路设计工程师面临的主要问题是“集成化”和“小型化”。他们试图在最小的PCB上设计尽可能多的功能。然而,不同的电路功能对电路板材料有不同的要求。例如,在毫米波频率下,可提供最佳性能的电路板材料可能不是电源电路的最实际解决方案。

一般,关于存正在多种通路性能的多层PCB,最适用的处理计划是经过三种或者三种之上没有同行线板资料组成的多层PCB来完成通路的全副性能。正在取舍路线板资料时,需求充足思忖它们的特点,尽能够地取舍最佳的路线板资料,再不更好地匹配每种通路所需求完成的性能,相似:功率通路、高速数目字、广播段射频、微波以及高频毫米波通路等。正在取舍路线板资料时,率先思忖的一般是资料的电气参数,如:介电常数(Dk)和消耗因子(Df)或者消耗角正切。其次,也需求依据通路的性能和层数,充足思忖路线板资料的机器特点。由于路线板资料的薄厚等机器功能会反应传输线的分寸和传输线之间的距离,从而反应多层板中高速数目字、高频微波与毫米波通路的功能。其三,正在设想和消费多层通路时,还必需思忖如何将该署没有同的层压板结合互连兴起。没有管取舍怎么办的资料,囊括路线板资料和粘接资料,都需求思忖好怎么更简单,更便当的将该署资料加工组分解为一度全体。

微波通路工事师率先要理解路线板资料的特点对于没有同通路的功能会发生怎么办的反应,能力匡正当的将微带线、带状线和接地共面波导(GCPW)传输线等高佳音频传输线与FR-4等低利润路线板资料相联合,组成多层板通路。然而,随着频次的增多,路线板资料的电气参数随频次的变迁也需求思忖。如Dk和Df随着频次的增多,将对于传输线的功能发生硕大的反应,如反应警报器脉冲的同步或者调制通讯信号的完好性等。

路线板资料的机器特点,相似薄厚和薄厚的分歧性,正在射频微波频次下能够并没有那样主要。然而,随着信号频次攀升至毫米波范畴,该署机器特点都会对于通路功能发生反应。因而,正在取舍毫米波频次的路线板资料时,必需充足思忖该署要素的反应。正在这样小的跨度下,路线板资料名义超导体的毛糙度也会反应通路功能,并招致相位呼应和拔出消耗的差别。

异样,关于高速数目字通路,也必需充足思忖取舍适宜的路线板资料来设想传输线,那样能力满意传输线的优良婚配(一般为50?或者100?差分)、阻抗分歧性以及流传特点,防止无须要的信号提早和信号逼真。并且必需正在一切节点(囊括PCB层之间)维持阻抗分歧性,这就请求微孔的加工消费工艺具有高低的分歧性。某些路线板资料的因素,尤其是正在毫米波频次下,能够更适宜古代微加工技能(相似激光钻孔),以构成传输线互连所需的微孔。对于高速数目字通路和毫米波通路而言,保障微型通孔的间隔最短,同声做到多层PCB层与层之间的准确对于准,能够完成最低的消耗和最高的牢靠性,即便正在没有同行线板资料之间停止互连时也是如此。为了完成并维持优良的层间对于准以及层间的高牢靠性微孔,需求存正在优异机器稳固性的路线板资料。

处理计划取舍

正常来说,主动驾御公共汽车中的警报器零碎和5G无线通讯网络的毫米波通路的多性能多层印制通路板,都能够依据某些曾经大范围生意使用的规范来停止设想和打造。现正在的支流设想计划是采纳更多层和更薄的通路,以顺应小分寸和轻分量的请求。实践这种需要正在军用毫米波通路中较为罕见,需求满意分寸(Size)、分量(Weight)和功率(Power)的请求(统称为SWaP)。关于商用毫米波通路,其它需求思忖的设想目标还囊括:更高的密度、正在更小的通路上完成更多的性能、优良的量度稳固性、低吸湿性以及正在刻薄任务条件中维持畸形运转。因而,用来高速数目字通路和毫米波通路的路线板资料一般正在宽量度范畴内需满意低Dk、低Df和稳固的Dk、稳固的Df。

随着越来越多的毫米波通路采纳多层PCB板,它们对于路线板资料的需要也正在一直增多,该署资料没有只要满意高频/高速通路的电气功能需要,并且还要满意多层通路的机器请求。这种多层PCB板一般是由路线层压板和粘结片(粘结资料)组成,从而完成将各层联合正在一同的手段。关于更高频次的使用,相似,罗杰斯公司(Rogers Corp.)的RO3003?路线板资料正在毫米波频次完成了低消耗通路的特点。这种基于低Dk陶瓷骨料的PTFE路线层压板正在10 GHz时的z轴(薄厚位置)的Dk为3.00,正在10 GHz时的Df为0.0010;其薄厚从0.005英寸(0.13毫米)到0.060英寸(1.52毫米)范畴可选。

RO3003已被宽泛用来77GHz的单层通路,并存正在牢靠的分寸稳固性和量度特点,它用来多层PCB构造上身现出的功能也差错常牢靠的。该资料正在x和y轴上的热收缩系数(CTE)与铜相反,约为17 ppm /°C,能够完成多层PCB组件中的高分寸稳固性。z轴CTE为25 ppm /°C的特点为需求层与层之间设想微孔时,完成了稳固牢靠的镀银通孔(PTH)。此外,它还存正在0.04%的低吸湿性,实用于没有同湿润的任务条件。

路线层压板铜箔名义的润滑度正在较高的频次下特别主要,因而罗杰斯公司(Rogers Corp.)设想开拓了RO3003G2?路线板资料。它是正在原部分RO3003?层压板根底上优化了骨料,升高了的介质的孔隙率和铜箔名义毛糙度。RO3003G2与RO3003存正在简直相反的介质Dk和Df值,但RO3003G2采纳了更润滑的铜箔,因而正在毫米波频次下的消耗更小一些。同声,RO3003G2承继了RO3003层压板正在x-y立体上优良的热收缩系数(CTE)功能,并且优化的骨料零碎使Z轴CTE值(18 ppm/°C)更濒临铜,存正在无比牢靠的非金属化过孔(PTH)功能。资料薄厚为0.005英寸(0.13毫米)和0.010英寸(0.25毫米)可选。

当需求思忖机器稳固性以及更薄的路线板资料时,相似正在分寸和分量都必需最小化的多层PCB中,CLTE-MW?路线板资料正能够满意通路所需求的功能需要。CLTE-MW?资料采纳开纤玻璃构造和低Dk陶瓷骨料零碎,存正在优异的分寸稳固性。它的薄厚从0.003英寸(0.076毫米)到0.010英寸(0.25毫米)没有等,能够满意没有同信号的接地距离请求,同声还能最大水平地减小多层通路组件的分寸和分量。关于没有同的薄厚,CLTE-MW?资料正在10 GHz时Z轴上Dk值范畴为2.94至3.02。同声其存正在优良的CTE功能和PTH牢靠性,吸湿性也无比低,仅为0.03%,能够顺应各族存正在应战性的任务条件。

粘结资料和半固化片资料的作用没有只仅是将多层PCB通路中各层流动正在一同,并且它们还会变化PCB的一全体。因而,需求依据其电气和机器功能以及粘结功能来取舍。以罗杰斯公司的2929粘结资料为例,正在加工多层PCB时,它能够同声兼容平压和低压粘结两种办法。2929粘结资料也可需要没有同的薄厚。其正在10 GHz时Z轴上的Dk值为2.94,同声存正在0.003的低Df值,低Z轴收缩系数能够确保镀银通孔的牢靠性,况且能与含PTFE的路线板资料兼容,用来多层PCB板的结实粘结。

罗杰斯公司的SpeedWave?300P是一款彻底相符RoHS规范的、可远程无铅拆卸的半固化片资料,它能够用来FR-4和含PTFE路线板资料(如CLTE-MW层压板)的加工工艺。这种半固化片资料存正在3.0至3.3(起源于薄厚)的低Dk和0.0019至0.0022的低Df值,存正在优良的活动性和填充特点,且Z轴收缩率低,可失掉牢靠的镀银通孔。特别是正在顶层数通路中,它能够需要多种开纤和规范的玻璃布配置,以及没有同的树脂含量结合,从而完成最佳的粘结成效。

随着毫米波带宽的日益提高,蕴含毫米波通路的多层PCB也将变得越来越广泛,其设想的层数越来越多,分寸越来越小。取舍准确的路线板资料和半固化片资料,所有都会愈加严密的交融正在一同。