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Rog博客由罗杰斯公司(Rogers Corporation)的John Coonrod及其他专家提供,包括有关RF/微波材料的技术咨询和信息。
混合多层电路板为汽车安全保驾护航
录入时间:2018/5/7 8:55:06

先进汽车电子系统在很长一段时间以来都依赖于车载雷达。这些雷达系统在最新的汽车和卡车车型中应用越来越普遍,它以工作在可高达77 GHz的毫米波频率下的信号反射,帮助驾驶员避免汽车发生碰撞。车辆雷达通常使用混合多层印刷电路板(PCB)技术。而这些PCB则是由不同种类的线路板材料组成的,且不同电路功能(从直流到77 GHz)需要匹配不同材料的特性。

随着智能汽车的发展,许多新的汽车司机都将他们的汽车安全交给了新的毫米波技术。这种技术在几年前可能觉得有点不可思议,但现在它正迅速成为新车必不可少的电子功能。通过77 GHz频率的短波信号车载雷达对车辆前后潜在“目标”的探测,车辆可以及时发现其行驶路径上的障碍物,并向车辆及其驾驶员发出警告。为了发射和接收这种高频雷达脉冲信号,此雷达系统需要具有低损耗、高稳定性等具有卓越性能的PCB材料作为支撑,例如:来自罗杰斯公司的介电常数(Dk)值为3.0的RO3003™线路层压板。

但是,车辆雷达系统的正常工作,也依赖于许多其它如电源、控制电路的正常工作,而不仅仅是77 GHz的毫米波雷达电路。通常,用于这些功能的材料不需要很高的电气性能特性,而需要具备一定的重复性和可靠性,例如具有高玻化转变温度(Tg)的优质FR-4线路板材料。先进电子功能(例如车载雷达系统)的这种将所需的各种电路材料结合在一起,就形成了混合多层PCB。其使用的线路板材料的特点(和成本)是最适合于实现当前汽车电子所需要的多种不同功能。

车载防碰撞雷达只是混合多层PCB的一种应用,当然,它在电子电路的设计和结构中使用的是某种“系统级”方法。在许多情况下,多功能电路设计都用混合多层PCB实现,从而利用几种电路材料的不同特性来发挥其最大优势。例如,罗杰斯公司的RO4835™线路板材料应用于无线基站中的高频功率放大器电路时,可提供稳定且可重复的射频/微波性能。这是一种高性价比的电路材料。但功率放大器支持电路(如控制电路和电源电路等)不需要完全实现该材料的高性能射频性能,所以使用优质的FR-4电路材料来制造这些支持电路可能更有意义。诸如在4G LTE(长期演进技术)无线基础设施系统中的许多无线基站功率放大器,都是用混合多层电路来获得每种电路材料的最佳特性。他们可能将具有良好高频性能的电路材料(例如RO4835层压板)用于射频/微波电路,而使用其他电路材料如高Tg FR-4材料,用于控制电路、功率/偏置电路以及放大器的接地层。利用不同的电路材料结合成一种混合多层电路,既在需要时提供必要的射频电气性能,同时又由于非射频功能的低成本电路材料从而降低了成本。

随着越来越多的射频,微波和毫米波电路进入车载操作环境,系统将面临着越来越恶劣的高温工作环境。一种高热导率的材料可以使电路在该工作环境中的性能产生显著差异,特别是在处理高功率时,合理地散热就变得很重要。

诸如罗杰斯公司的RT/duroid®5880层压板电路材料,在射频/微波频率下具有极低的电路损耗,它在10 GHz时的损耗因子(Df)仅为0.0009,因此被范围很广使用。但是它可能不是具有热管理要求的电子电路应用的首选材料,因为其导热系数仅为0.22 W/m-K。然而,通过将RT/duroid 5880层压板与具有高导热性的电路材料(例如来自罗杰斯公司的92ML™电路材料)的混合设计多层PCB,“系统级”的电路设计方法,可以实现将92ML电路材料的优良2.0 W/m-K热导率与RT/duroid 5880在微波频率下的极低损耗特性相结合。RT/duroid 5880的较低损耗可使应用射频功率源产生的热量更少,并且92ML材料大大提高了整体电路的热导率,这些材料的组合可形成热管理性能明显改善的多层电路。

这些复合材料特性的结合可能在混合多层印制电路板中平衡良好的电气性能(如低射频损耗)以及可能不太好的性能(例如该材料的高热膨胀系数(CTE))时发挥一定的优势。随着温度的升高,CTE过高将会导致大量的材料膨胀,这种材料膨胀可能成为影响PCB可靠性的一个问题。在一个基站或车辆环境中,材料的CTE过高通常会限制其使用,此时通常可以通过将混合多层电路结构,使用具有更好(较低)热膨胀系数的附加电路材料结合来提高该材料的可靠性。

类似地,混合多层电路可以由不同的电路材料构成,例如射频/微波材料和FR-4材料。电路层之间的CTE值的差异可能会导致混合多层电路中的翘曲。但是,通过平衡具有类似CTE特性的多层中的某层(例如顶部和底部), 可以使CTE差异的翘曲被最小化并提高制造产量,即使所选电路材料层的射频/微波性能对于这些电路层的功能目的不是必需的。

混合多层印制电路板为电路设计者提供了一个创造性的机会,例如通过使用具有不同介电常数值(Dk)的电路材料来实现特定的耦合器。通过对耦合器某些部件使用低损耗、低Dk材料,同时对耦合器其他部件使用较高Dk材料的方式,得到的它的性能和响应可以就能根据实际需要来调整,当然这也取决于频率和耦合值。一般而言,在使用最适合特定设计目标的电路材料特性时,混合多层PCB的使用可允许在一定程度上重新思考许多设计。

您是否有设计或加工方面的疑问?罗杰斯公司的专家可以给您提供相关帮助。现在您可以登录到罗杰斯官网“技术支持中心”联系工程师获取帮助。


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