Deska plošných spojů ITEQ IT-88GMW pro radarové moduly 77 GHz

Automobilový radar s plošnými spoji (PCB) pro frekvenci 76–81 GHz je elektromagnetická struktura, mechanický údaj a zároveň výrobní proces. Na konečné odezvě antény se podílejí pole záplat, napájecí síť, vypouštění RFIC, zemní plot, dutina stínění, rozteč radomu, profil mědi, tloušťka dielektrika a hranice pájecí masky. Z tohoto důvodu nelze laminát schválit nezávisle na geometrii, která jej používá.

Společnost ITEQ uvádí IT-88GMW jako řadu laminátů a prepregů s ultranízkými ztrátami a vysokým Tg pro automobilové radary s dlouhým, středním a krátkým dosahem v pásmu 76–81 GHz, stejně jako pro vybrané aplikace v mmvlnném spektru, anténách, mikrovlnných spojích a leteckém průmyslu. Veřejně publikovaná data ITEQ uvádějí typické hodnoty Dk 3.02 a Df 0.0013 při 10 GHz, Tg 185 °C měřené pomocí TMA, T288 delší než 60 minut a stabilní dielektrické chování s teplotou. Tyto hodnoty určují třídu materiálu; neopravňují k zadání hodnoty 3.02 do modelu s frekvencí 77 GHz bez konstrukční korelace.

Proč nelze radarovou desku 77 GHz považovat za škálovanou rádiovou frekvenci

Při 77 GHz je vlnová délka ve volném prostoru přibližně 3.9 mm a vedená vlnová délka na praktické desce plošných spojů je kratší. Rozměrová chyba, která je na digitální desce vizuálně nevýznamná, může představovat smysluplný zlomek vlnové délky. Důsledek se neomezuje pouze na malou změnu impedance. Může posunout rezonanci proužku, změnit fázovou rovnováhu v poli, změnit amplitudu dodávanou k jednotlivým prvkům, zvýšit křížově polarizované záření nebo zkreslit paprsek.

Proto by radarová deska neměla dědit výrobní pokyny od nízkofrekvenční VF desky. Mezi kritické rozměry patří konečná dielektrická tloušťka pod anténou, leptaná horní a dolní šířka každého napájecího vedení, sklon měděné boční stěny, drsnost mědi, lokální obsah pryskyřice, orientace skleněné tkaniny, registrace masky, výška dutiny, vzduchová mezera radomu a přechod mezi pouzdrem a vedením. Výkres desky musí rozlišovat, které z těchto rozměrů jsou běžné mechanické a které elektrické charakteristiky.

Tolerance je alokace výkonu, nikoli obecná schopnost

Výrobce může být schopen vytvořit úzkou stopu nebo tenké dielektrikum, ale návrh může být stále nerealizovatelný, pokud povolená odchylka spotřebuje frekvenční nebo fázový rozpočet antény. Inženýrský tým by měl alokovat povolený rezonanční posun, změnu vloženého útlumu a fázovou chybu mezi materiál, leptání, laminaci, montáž, kryt a teplotu. Teprve poté může dodavatel převést systémové cíle do ovládacích prvků pro dílnu.

Například tolerance délky záplaty by se neměla vybírat ze standardní tabulky šířky vedení. Měla by být odvozena z analýzy elektromagnetické citlivosti: prohledejte rozměry záplaty, dielektrickou tloušťku, Dk, tloušťku mědi a hranici masky; identifikujte proměnné, které nejvíce posouvají střední frekvenci nebo paprsek; poté těmto proměnným přiřaďte praktické výrobní limity. Stejná metoda by se měla použít pro děliče odboček, sériové napájecí zdroje, korporátní napájecí zdroje, přechody a přizpůsobovací struktury.

Začněte s architekturou radarového modulu

Materiálové rozhodnutí se mění s architekturou radaru. Kompaktní jednočipový modul s anténami na pouzdře má jinou roli na desce plošných spojů než pole propojovacích desek napájené RFIC. Podobně kaskádové vícečipové pole, samostatná anténní deska připojená k digitální řídicí desce a konstrukce antény v pouzdře vytvářejí odlišné požadavky na počet vrstev, hybridní propojení, spuštění konektorů, tepelné cesty a kalibraci.

Revize struktury antén by proto měla začít blokovým schématem, které vyznačí každou cestu v pásmu 76–81 GHz, každou vyzařující vrstvu, každý přechod do pouzdra nebo konektoru a každý mechanický objekt uvnitř blízkého pole antény. Poté by měly být přidány digitální, napájecí a řídicí požadavky, aniž by byly ohroženy referenční roviny VF nebo apertura antény.

Vytvořte si geometrický rozpočet před zahájením stackupu

Užitečným nástrojem pro vydání je geometrický rozpočet. Promění „těsnou toleranci“ v seznam rozměrů, míst měření a důkazů o přijetí. Rozpočet by měl být vytvořen před finálním sestavením řešiče v terénu, protože řešič potřebuje realistické a vyrobitelné rozsahy spíše než ideální tloušťky.

1. Zmrazte funkční RF vrstvy. Identifikujte vyzařující povrch, napájecí vrstvy, uzemňovací reference, výstupní vrstvy pouzdra a jakékoli přechody mezi páskovými nebo mikropáskovými linkami.
2. Vyberte si s výrobcem typ skla a rozsah obsahu pryskyřice. Ověřte, která jádra a prepregy IT-88GMW jsou běžně dostupné, která splňují cílovou tloušťku a která vyžadují speciální nákup.
3. Specifikujte měď podle profilu a konečné tloušťky. Uveďte základní fólii, případně příspěvek pokovení, stranu úpravy a zda je použit válcovaný, obráceně ošetřený, VLP nebo jiný kvalifikovaný profil.
4. Variace modelu procesu. Dielektrická tloušťka rozptylu, Dk, tloušťka mědi, šířka leptání, úhel boční stěny, hranice pájecí masky a rozteč pouzder s využitím stejné geometrie, jakou bude vytvářet výroba.
5. Převeďte citlivost na limity kreslení. Označte rozměry kritické pro funkci a definujte kontrolu nebo kupón, který každý z nich prokazuje.
6. Získejte schválení dodavatele. Uvolněná impedance a model antény by měly používat konstrukci navrženou dodavatelem, nikoli obecný záznam v knihovně materiálů.

Konstrukci antény udržujte pokud možno jednoduchou

Každá další vrstva, měděné rozhraní, spojovací vrstva nebo hybridní přechod zavádí další toleranci a interakci materiálů. Pro směrování a integraci může být nezbytná složitá vícevrstvá konstrukce, ale vyzařující vrstva by se neměla komplikovat bez zjevné výhody. Tam, kde to architektura dovolí, použijte stabilní jádro pod anténou, udržujte zemní referenci nepřerušenou, vyhněte se lokálním prvkům bohatým na pryskyřici, které mění rozložení pole, a směrujte zašumené digitální nebo spínací napájecí struktury mimo citlivé oblasti apertury.

Vyvážení mědi a symetrie panelu jsou stále důležité. Deska, která splňuje místní RF rozměry, ale po laminaci nebo montáži se zdeformuje, může změnit rozteč antény a radomu a utěsnění modulů. Mechanické uspořádání by mělo být přezkoumáno společně s elektromagnetickým uspořádáním, zejména u velkých anténních soustav, asymetrického stínění, silné mědi, zabudovaného kovu nebo hybridní materiálové konstrukce.

Společný návrh antény, napájecí sítě, radomu a dutiny

Anténu nelze schválit jako izolovanou vrstvu uměleckého díla. Napájecí síť nastavuje amplitudu a fázi; zem a plot propojení řídí zpětný proud a svod; spuštění pouzdra přidává indukčnost a kapacitu; stínění a dutina vytvářejí blízké vodivé hranice; a radom zavádí dielektrické zatížení. Změna materiálu může změnit všechny tyto vztahy, protože se mění vedená vlnová délka a omezení pole.

Recenze patchů a polí

• Použijte elektromagnetickou optimalizaci na hotové geometrii mědi, včetně zaoblení rohů, lichoběžníkových bočních stěn, povrchové úpravy a jakékoli hrany pájecí masky v blízkosti zářiče.
• Zkontrolujte rozteč mezi prvky a fázi podávání v celém procesním okně, nejen při nominální Dk a tloušťce.
• Modelujte konečnou zemní rovinu, okraj desky, montážní otvory, šrouby, stínění, žebra pouzdra, těla konektorů a blízké kovové prvky, které mohou narušit otvor.
• Vyhodnoťte čistotu polarizace, tvar skenování nebo paprsku, postranní laloky, zisk, účinnost, impedanční šířku pásma a teplotní posun na sestavené struktuře.
• Definujte orientaci panelu, pokud by směr deformace/výplně skla nebo roztažení kresby mohly vytvořit opakovatelné fázové zkreslení v poli.

Spuštění napájecí sítě a RFIC

Přechod z RFIC nebo pouzdra na desku desky je často jednou z oblastí s nejvyšší citlivostí. Rozměry kontaktních plošek, geometrie pájeného spoje, struktura propojení kontaktů, antikontaktní kontakty, zemní propojení, únik kontaktů z pouzdra a přechody v referenční rovině by měly být simulovány společně. Laminát s nízkým Df nemůže kompenzovat rezonanční pahýl propojení nebo špatně odražený signálový proud.

U firemního napájení může být kumulovaná fázová chyba škodlivější než ztráta jednoho krátkého segmentu. U sériového napájení vzájemně působí vysokofrekvenční impedance a radiační zatížení podél vedení. V obou případech by měla být šířka vedení, rozteč, ohyby, odbočky, spojky a odbočky prvků řízeny jako koherentní síť. Neaplikujte obecné pravidlo 50 ohmů na každou větev bez zohlednění navrženého rozdělení výkonu a impedance prvku.

Radom a dutina modulu

Radom není jen mechanický kryt. Jeho dielektrická konstanta, ztráty, tloušťka stěny, zakřivení, barva, vlhkost, lepidlo, vzduchová mezera a vzdálenost od anténní soustavy mohou ovlivnit rezonanci a změnit tvar paprsku. Dutina nebo stínění může také podporovat parazitní módy nebo se vázat na okraj antény. Mechanický výkres by proto měl zahrnovat schéma VF dat, které řídí vzdálenost mezi anténou a radomem a mezi anténou a stíněním.

Validace vlivů na prostředí by měla zahrnovat skutečný radom a kryt, nikoliv náhradu s otevřenou deskou plošných spojů. Teplota, vlhkost, znečištění a mechanické namáhání mohou změnit rozteč nebo dielektrické zatížení, i když holá deska plošných spojů zůstává v rámci specifikace.

Řízení výroby, na kterém záleží, v pásmu 76–81 GHz

Na milimetrových vlnových frekvencích je běžná kontrola desek plošných spojů nezbytná, ale nestačí. AOI dokáže najít přerušené spoje a zkraty, ale nemusí kvantifikovat tvar měděné boční stěny, lokální dielektrickou tloušťku, profil fólie nebo zatížení masky v místech, která dominují RF výkonu. Plán procesu by měl identifikovat, které charakteristiky jsou řízeny záznamy o vstupním materiálu, průběžnou metrologií, průřezy vzorků a závěrečným RF testem.

Kompenzace leptání musí odpovídat skutečnému měděnému svazku

Kompenzace grafického zpracování pro tenkou měděnou fólii VLP s malým pokovením není stejná jako kompenzace pro silnější měděnou konstrukci. Povrchová úprava může také změnit efektivní geometrii vodiče. Výrobce by měl zveřejnit cílovou šířku konečné konstrukce specifickou pro daný proces a konstruktér by měl simulovat očekávaný lichoběžník spíše než dokonalý obdélník, pokud je geometrie citlivá.

Zákazy používání roušek musí být jednoznačné

Poznámka jako „žádná pájecí maska ​​na RF“ je příliš obecná a příliš vágní. Některé RF linky mohou masku tolerovat nebo ji záměrně používat; okraje záplat, rezonátory, vazební členy, kalibrační standardy a oblasti spouštění nemusí. Definujte polygonální vymezení ve výrobních datech, uveďte požadavek na registraci a zabraňte vniknutí popisného inkoustu do stejných zón.

Kupóny pro první článek a validace na úrovni modulů

První článek by měl prokázat jak proces výroby desky, tak i funkci sestaveného radaru . Jeden impedanční test nestačí, protože dvě desky mohou splňovat charakteristickou impedanci, ale lišit se vložným útlumem, fází, rezonancí nebo účinností antény. Vyberte testy, které izolují dominantní nejistoty ve zveřejněném návrhu.

Minimálně porovnejte provoz za studena, při pokojové teplotě a za tepla na reprezentativních modulech, pokud aplikace vyžaduje teplotní výkon v automobilu. Účelem není pouze vyhovění/nevyhovující hodnocení, ale také korelace měření materiálu a geometrie s pozorovanými posuny frekvence, fáze a zesílení. Tato korelace se stává základem pro budoucí změny dodavatelů a limity řízení procesů.

Co dělat, když první článek postrádá frekvenci

Neprovádějte okamžité přeladění kresby záplaty. Nejprve oddělte možné příčiny: skutečná dielektrická tloušťka, efektivní Dk, délka leptané záplaty, zasahování do masky, povrchová úprava, mezera v radomu, geometrie dutiny a kalibrace. Změřte sestavenou desku a kryt, aktualizujte model hodnotami v reálném stavu a určete, zda je chyba systematická nebo náhodná. Systematický posun mezi modelem a hardwarem může ospravedlnit řízenou korekci návrhu; náhodné rozptylové body pro procesní schopnosti nebo odchylky v materiálové konstrukci.

Jak napsat poptávku IT-88GMW

Užitečná žádost o nabídku (RFQ) zabraňuje cenovému týmu v nahrazení frekvenčně specifické konstrukce známým materiálem s nízkými ztrátami, který se v obecné tabulce jeví podobně. Žádost by měla dodavateli sdělit, které proměnné jsou zmrazeny, které lze navrhnout a jaké důkazy jsou vyžadovány před přijetím náhrady.

• Identita materiálu: Laminát ITEQ IT-88GMW a odpovídající prepreg, přesná konstrukce nebo výslovně schválený ekvivalent.
• Aplikace: Radarová anténa/napájecí deska 76–81 GHz, včetně toho, zda se jedná o LRR, MRR, SRR, kaskádové pole nebo hybridní digitální/RF.
• Skládání: tloušťky hotových dielektrik, typy skla, cílové obsahy pryskyřice, hmotnosti mědi, profil fólie, příspěvek pokovování a přiřazení referenční roviny.
• Kritická geometrie: rozměry propojovacích a napájecích vodičů, umístění RFIC/konektorů, umístění propojovacích plotů, vztažné body dutin a hran desky, masky a legendy.
• Elektrické ovládání: návrh zdroje Dk/Df, cílové impedance a tolerance, požadavky na vložný útlum nebo rezonátorový kupón, frekvenční rozsah a metoda deembeddingu.
• Mechanické ovládání: konečná tloušťka, prohnutí/zkroucení, orientace panelu, registrace, deformace po montáži a požadavky na vztažnou čáru antény k pouzdru.
• Řízení procesů: kvalifikace receptury laminace, leptací schopnosti, povrchová úprava, vrtání/zpětné navrtávání, registrace masky, skladování a sledovatelnost šarže.
• Důkazy z prvního článku: protokol o uspořádání antén, certifikáty materiálů, průřezy, rozměrová měření, parametry TDR/S a dohodnuté výsledky pro antény nebo moduly.
• Pravidlo substituce: žádná změna materiálu, fólie, typu skla, prepregu nebo povrchové úpravy bez technické kontroly a korelace na uvolněném testovacím vozidle.

Když IT-88GMW nestačí – nebo je ho více, než potřebujete

IT-88GMW je nejpřesvědčivější, když deska plošných spojů nese zářič 76–81 GHz nebo napájecí síť citlivou na ztráty a fázi a když projekt těží z vícevrstvého, modifikovaného VF systému kompatibilního s FR-4. Může být více než nezbytný pro desku, která nese pouze nízkorychlostní řízení, napájení nebo krátká digitální rozhraní. Naopak samotný název materiálu může být nedostatečný pro neobvykle úzkopásmové, vysoce ziskové, vysoce výkonné, prostorové nebo úzce skenované pole, pokud projekt vyžaduje dielektrická data, možnosti tloušťky, měděné systémy nebo kvalifikační důkazy nad rámec toho, co navrhovaná konstrukce dokáže unést.

Správné pravidlo pro zastavení je důkazem. Pokud uvolněná konstrukce splňuje cíle účinnosti antény, střední frekvence, šířky pásma, paprsku, fáze, prostředí, spolehlivosti a výrobního výtěžku s rezervou, není exotičtější laminát nutný. Pokud ne, měla by se změna materiálu porovnat se změnami topologie antény, konstrukce vrstev, fólie, radomu, krytu a procesních možností, a ne se s ní zacházet jako s jediným prostředkem.

Běžné chyby při vydávání 77 GHz

Disciplinovaný projekt IT-88GMW proto vypadá méně jako nákup laminátu a spíše jako řízené uvolnění z radarové platformy. Materiál, geometrie, proces, krytí a validační plán jsou schvalovány společně s dostatečnou sledovatelností, která vysvětluje jak úspěšnou konstrukci, tak budoucí odchylku.

Reference výrobce a poznámky k vydání

Níže uvedené stránky ITEQ podporují polohování radarového pásma IT-88GMW a typické veřejné vlastnosti uvedené v této příručce. Pro vydání sériového radaru by se měly navíc od dodavatele a výrobce laminátu získat konstrukční a frekvenčně relevantní konstrukční údaje a poté tyto údaje porovnat s vybraným kupónem a testovacím vozidlem modulu.

• Oficiální oznámení o uvedení ITEQ IT-88GMW na trh (2017)
• Stránka s porovnáním produktových řad ITEQ