毫米波PCB的设计和加工（第二方面）

PCB加工

毫米波通路的精准分寸需求优良掌握的PCB加工工艺，以消费出存正在可反复的杰出功能的通路。铜镀层薄厚的变迁和超导体名义上的最终名义解决的变迁能够反应毫米波通路的功能。为了成功实现功能优异的毫米波通路加工，必需亲密掌握这两个加工工艺。关于层压板来说，层压板上的原始铜薄厚变迁一般被掌握正在±10%差役范畴内。关于有镀银通孔（PTH）停止通路互连的通路，为了支撑PTH工艺的施行，最终通路的镀铜薄厚常常较厚。铜镀层工艺发生的畸形变迁与通路设想和加工工艺类型相关。通路加工进程中一般会正在一张大板上发生，正常来说，两头的镀铜较薄旁边较厚。这种铜薄厚变迁就能够是毫米波频次下功能变迁的一度缘由。关于少量量消费的毫米波通路，铜薄厚变迁能够形成没有同通路间的拔出消耗和相位呼应的变迁。GCPW通路和大全体存正在啮合通路特点的通路都能够受通路资料的铜薄厚变迁的反应。

多少年前咱们做了一度钻研，资料基于10mil碳氢树脂资料，去评价没有同薄厚的铜厚上通路的功能变迁，内中介人质资料均为同一批次相反的资料以减小介质自身变迁发生的反应。率先将24 x18"（610 x 457mm）的一张通路资料板切成两半，各自辨别采纳薄铜镀银层和厚铜镀银层加工。正在每个被分切后的板上都加工制造相反的通路，囊括微带线通路、紧啮合和松啮合GCPW传输线通路等。镀银铜层较薄的通路的总铜薄厚为1 mil，而较厚的通路的总铜薄厚为3 mil。千万，3 mil的铜薄厚差正在少量量消费进程中发作的或然率无比小，那里仅为表现薄厚变迁带来的差别。

正在该署没有同通路中，单端微带传输线通路功能正在薄铜通路和厚铜通路之间的差别很小。厚铜通路的拔出消耗和无效Dk值略比相反的薄铜通路小小半。厚铜通路的超导体正在气氛中发生较多旁边场，而形成无效Dk值稍微降落和拔出消耗稍微升高。然而正在毫米波频次下，运用较厚铜的微带传输线通路能够发生更多的搅扰成绩，这是由于正在该小跨度下较厚超导体的名义波增多。

相同，正在紧啮合的单端GCPW传输线通路上铜厚发生了明显差别。那里各个通路依据信号超导体幅度（w）和超导体与相邻地板之间的距离（s）来起名儿。相似信号超导体幅度为18 mil、距离为6 mil的紧啮合通路被起名儿为w18s6，松啮合通路的分寸为w21s10。

与运用较薄铜超导体的GCPW通路相比，较厚铜超导体的GCPW通路会正在气氛中具有更多磁场，并且，较厚的铜超导体通路的超导体更简单发生梯形外形而没有是矩形外形。而超导体外形的没有同也会反应磁场特点，而会反应毫米波功能。

实测的薄铜超导体和厚铜超导体的紧啮合与松啮合GCPW传输线通路的拔出消耗比照。通路确保了正在频次范畴66GHz到68GHz一切通路的回波消耗都优于15dB，扫除了因为回波消耗发生的反应。能够看到，超导体幅度为21 mil、距离为12 mil的厚铜超导体GCPW通路（w21s12）的拔出消耗最低。这是由于它因为厚铜超导体的缘由正在气氛中具有较多磁场；气氛的消耗最小，且超导体幅度较大，超导体消耗升高，从而全体的拔出消耗最小。超导体幅度为18 mil、距离为6 mil的薄铜超导体GCPW通路（w18s6）的拔出消耗最高。这是由于它正在气氛中的磁场对比最低，且运用较窄的信号超导体，使超导体消耗增多而总体的拔出消耗最大。

还能够用正在没有同频次下测得的相位角，对准于相位呼应答通路无效Dk停止评价。没有同长短的传输线其相位角延时没有同，正在某一频次下长短差与相位角延温差联系是定然的。经过差分相位长短法能够肯定每个通路的无效Dk值。正在这种测试工法中，除非传输线的实践长短没有同以外，两个彻底相反的通路将被丈量从而失掉相位角差。这两个通路是正在同一张通路资料板上并排邻近的通路，从而确保了介质和铜箔特点彻底相反，那样相位差反照见的无效Dk值就是资料自身的特点。无效Dk值的打算能够用一度相位角差和情理长短差有关联的公式打算而得。

无效Dk值最低的GCPW通路是超导体幅度为18mil、距离为6 mil（w18s6）的厚铜超导体的通路。因为通路是紧啮合，通路正在啮合海域（气氛中）的磁场增多。较厚的铜超导体使通路存正在较高的啮合超导体侧壁，因而正在气氛中具有更多磁场，从而进一步了升高无效Dk值。无效Dk值最高的GCPW通路是超导体幅度为21 mil、距离为12 mil（w21s12）的薄铜超导体通路，这是由于它的气氛中的磁场散布较少。

由于许多毫米波通路（相似5G小基站和警报器零碎）依托于维持分歧的、精确相位呼应，因为正在使用频次范畴内，将相位角偏偏向维持正在可承受的范畴内至关主要。相似如前所述，关于77GHz警报器，其通路的总相位角延时能够上千度，因而50°或者（±25°）相位偏偏向范畴能够是可承受的。起源于没有同的设想，一些警报器零碎能够答应较大的相位偏偏向，但是一些零碎能够需求没有超越±10°的相位偏偏向。PCB的设想人员和加工板厂工事师们应牢记通路资料特点和PCB消费工艺对于通路相位呼应带来的反应，特别是正在短跨度的毫米波频次通路中。相似，图7所示的无效Dk值变迁0.1转化为67GHz频段的相位角变迁约60°。某个相位角的变迁次要是由通路铜薄厚变迁形成的，而其它的一些变量，囊括介电资料薄厚变迁、Dk变迁和名义解决等，也反应相位角变迁。正在GCPW中，最终铜薄厚变迁会显然反应通路啮合特点从而反应相位。而微带线通路受铜薄厚变迁反应较小，从这方面来说用来毫米波频次的信号传输更优。

一般，也需求评价通路最终名义解决对于拔出消耗的反应。正在毫米波频次下，名义解决对于通路的相位角呼应起着主要反应。一般，名义解决对于功能的反应将起源于通路类型，相似单端通路或者啮合通路，以及趋肤深浅正在没有同任务频次下的反应。

解决如何反应微带传输线通路的拔出消耗。测试通路选用了拔丝铜以减小铜箔毛糙度带来的反应，辨别运用薄厚没有同的化学镍金（ENIG）名义解决来比拟通路的消耗变迁。ENIG工艺一般使镍层有定然的薄厚变迁，而这种变迁能够反应毫米波频次下通路的拔出消耗和相位呼应。

最终名义解决的旁边效应。微带线通路的射频直流电和磁场次要集合正在信号超导体的左左边缘上。当高频通路超导体旁边被涂上导热功能没有如铜的非金属时，超导体消耗将增多，从而使通路的总拔出消耗增多。但是，正在超导体构造蕴含四个旁边的GCPW通路中，其名义解决层的反应将大于蕴含两个超导体旁边的微带线通路。图9数据显现了紧啮合GCPW通路的测试后果，能够看出GCPW受名义解决层的反应水平显然高于图8所示的微带线通路。

没有运用任何名义解决的裸铜通路，与带出名义解决层的通路停止比拟。通路设想人员一般应用资料的一定参数（如Dk, Df）停止设想和仿真，但仿真通路是没有囊括名义解决层对于模仿通路的反应。该署名义解决层的反应能够很难正在硬件中建模和仿真，然而它们对于微带通路和GCPW通路的拔出消耗的反应，随着频次的降低越加显然。

显现了PCB名义解决是如何反应70-80GHz紧啮合GCPW通路的无效Dk值，以及因而发生的相位角呼应变迁。薄镍镀层和厚镍镀层的通路的无效Dk值相差0.02内外。与微带线通路相比，由镀层薄厚差形成的紧啮合GCPW的无效Dk值差别较大，这象征着镀层薄厚变迁会给GCPW通路形成较大的相位角呼应偏偏向。0.02的无效Dk值差转化70至80GHz的相位角差大概为60°。关于需求相位分歧功能的许多毫米波使用，囊括警报器零碎和5G NG蜂巢无线网络，这种大相位角偏偏向能够是很重大的。

为了过分缩小名义解决层正在较高频次下的拔出消耗和Dk的反应，大全体毫米波通路防止运用ENIG，由于ENIG的镍镀层薄厚变迁能够形成明显和宽泛的相位角变迁。作为低消耗代替办法，沉锡（ImSn）和沉银（ImAg）形式更罕用于毫米波PCB。于是，一些消耗低、储藏寿数长的无机掩护膜（OSP）也被用来毫米波频次通路。ImSn会正在定然水平上增多些许毫米波通路的拔出消耗和带来相位角呼应变迁，然而由于镀层无比薄，因为与ENIG相比，其薄厚变迁小，对于毫米波通路的拔出消耗和相位呼应的反应也更小。

数据显现了从广播段到70GHz的沉锡薄厚抵消耗反应。那里咱们所测试的数据是到110GHz，是由于70GHz之上通路的回波消耗较差，拔出消耗具有定然的稳定，因而那里并没有显现，但趋向是类似的。正在70GHz时，采纳薄ImSn和厚ImSn镀层的微带线通路的拔出消耗相差0.12dB/in内外，显然小于正在同频次下ENIG薄厚变迁惹起的微带线拔出消耗变迁。异样，正在70GHz下该ImSn镀层薄厚的变迁带来的微带线通路的相位角差略小于3°。

通路超导体外形

因为毫米波通路的跨度小的特色，通路超导体的篆刻也必需更精确且可反复。无论是对于啮合类通路（相似GCPW）还是微带线通路，通路超导体应过分做出现实的矩形外形，应缩小梯形超导体外形。超导体外形正在较高的频次下会发生更大的反应，相比对于24GHz的通路，超导体呈梯外形更易反应77GHz下通路功能。另一范围，超导体梯外形对于较窄超导体的反应比对于宽超导体的反应大。一般，用来77GHz的通路以较薄的薄厚层压板为主（相似4mil或者5 mil厚层压板），以防止涌现无须要的高次模流传。那样，其设想的传输线的信号超导体更窄，超导体梯外形会愈加显然，从而易发生对于功能的反应。相比拟而言，正在较广播段次下（相似24GHz），一般运用较厚层压板，设想的传输线的超导体线宽更宽，超导体梯外形水平绝对于小，对于功能的反应较少。

梯外形超导体的变迁正在少量量货物中能够因通路边缘场的变迁而形成GCPW和微带线通路功能变迁。因为或者多或者少的旁边磁场会正在气氛上流传，因为气氛的低Dk特点会改观设想通路的无效Dk值。相似，正在存正在显然梯外形的超导体中电波正在气氛中的磁场较少，那样，与设想的现实矩形超导体相比，由气氛的Dk值比率较低而形成的整个通路无效Dk值增多。通路间超导体外形变迁的反应也可用相位角呼应变迁表征，尤其是对于毫米波通路对于相位愈加迟钝。并且，这种反应啮合通路（相似GCPW）大于对于微带线通路。

因为运用厚镀铜，或者由于正在快捷篆刻岁序中，应被篆刻掉的铜有余而没有能构成较现实的矩形超导体外形，简单被加工成梯外形。一般正在少量量PCB消费中会运用的快捷篆刻工艺，招致超导体的内外两侧旁边上留有残铜植株，该署能够正在微带线和GCPW通路中惹起相位失真。运用较薄铜箔的层压板或者镀铜，和优良掌握（虽然一般较慢）的篆刻工艺，更有益于加工成矩外形超导体（若为矩形超导体，则正在少量量货物中的通路间相位角变迁较少分歧性更高）。

PCB消费中运用的防焊油墨（绿油）能够增多高频通路的拔出消耗和相位偏偏向，特别是毫米波通路中，因而必需肃清。相似，正在高频微带线通路和GCPW的消费中，一般运用液态感光型（LPI）阻焊层。若微带线通路超导体的防焊油墨未能肃清，则本应具有于气氛中的磁场涌现正在防焊油墨中，从而招致通路的拔出消耗和相位角变迁。关于GCPW等啮合通路，超导体上的防焊油墨的反应形成拔出消耗和相位呼应的更为重大。

起源于没有同信号频次和跨度，因尽能够的少运用防焊油墨，但如某些中央必需用时能够运用焊坝的形式，从而缩小反应毫米波通路功能。正在通路阻抗异样的状况中，防焊油墨一般没有会反应通路超越任务频次非常之一跨度的全体。反过去说，相似，关于77GHz通路，非常之一跨度大概为10 mil。正在广播段次时阻焊块远大于10mil处对于通路功能没有发生任何反应。又相似，24GHz的非常之一跨度是33 mil内外，存正在该长短的阻焊块也没有会具有谐振环境，没有会反应通路的流传特点。

家喻户晓，基板-铜箔交接处的铜箔名义毛糙度会反应通路正在毫米波频次下的相位呼应。再有小半，PCB消费中运用的铜箔也有定然的毛糙度变迁，没有同张铜箔以至同一张铜箔中，铜箔的毛糙度也会有差别，从而对于毫米波通路的相位形成反应。相似，某一ED铜的均匀铜箔名义毛糙度是2μm RMS（也称为“Rq”或者“Sq”），但其变迁范畴能够正在1.7和2.3μm之间。正在毫米波频次下，基于该变迁的铜箔名义毛糙度的通路的相位呼应和拔出消耗将涌现显然变迁。

铜箔是通路资料供给商消费的层压板的主要全体，也是PCB加工商消费PCB的主要全体。一般，名义润滑的铜箔其名义毛糙度的变迁更小，它发生的相位呼应变迁更少。拔丝铜是一种名义毛糙度无比润滑、变迁较小的铜箔，其均匀名义毛糙度为0.35μm RMS（远小于ED铜的均匀名义毛糙度2μm RMS），对于通路的相位呼应反应无比小。同声，因其名义无比润滑，超导体消耗也无比低，与ED铜箔相比，拔丝铜无比无助于于缩小通路的拔出消耗特点。

总之，因为跨度小的缘由，毫米波PCB的功能起源于通路特色的精细加工和通路部件的精密度，加工精密度容差变迁带来的相位变迁等。从主动驾御车辆的警报器传感器到5G无线网络，越来越多的使用将依靠于毫米波信号和PCB通路，没有管是警报器指标检测（为了防撞手段），还是相位调制通讯，相位精密度关于该署使用来说都无比主要的。