基板材料在車載毫米波雷達中應用的技術進展-文庫吧
2025-04-28 23:44 本頁面
【正文】 ADAS系統(tǒng)功能的第一步，它的相關硬件包括雷達和攝像頭等傳感器。車載毫米波雷達是實現(xiàn) ADAS功能的重要傳感器設備，與普通車載傳感器相比，毫米波雷達具有探測性能穩(wěn)定、探測距離長，以及環(huán)境適應性好等優(yōu)點。它是能夠在全天候場景下快速感知0～300米范圍內(nèi)周邊環(huán)境物體距離、速度、方位角等信息的傳感器件（見圖1）。有關數(shù)據(jù)顯示，2014年全球汽車毫米波雷達市場出貨量為1900萬件，預計到2020年，全球車載毫米波雷達將達到7200萬件，未來5年的年復合增速將達到24%左右。毫米波雷達在汽車上應用，除汽車防撞雷達外，還正在向巡航控制、汽車無人駕駛等方面延伸。 圖1 車載毫米波雷達應用原理示意圖 車載毫米波雷達特性要求 一般在市場上嶄露頭角的汽車毫米波雷達，按采用的毫米波頻段不同劃分有24GHz和77GHz～79GHz兩種。其中以77GHz～79GHz型更受青睞，未來市場的潛力更大。它一般安置在汽車前端的車頭、前車燈下側(cè)、以及兩側(cè)門等位置，每輛小轎車采用5～7件。 汽車毫米波雷達用PCB受到毫米波雷達系統(tǒng)的要求驅(qū)動。系統(tǒng)要求主要包括如系統(tǒng)工作頻率、工作環(huán)境、功率處理、噪聲、尺寸、元器件類型以及產(chǎn)品特性等。汽車毫米波雷達在選擇合適PCB材料時，主要出于工作可靠性(耐高溫高濕性、耐CAF性等)、介質(zhì)傳輸損耗，介電特性（低損耗、可控介電常數(shù)等）、熱穩(wěn)定性、熱管理要求、模量、基板層數(shù)及其加工性（尺寸穩(wěn)定性等）等。 其中基材對系統(tǒng)毫米波電路性能的插入損耗，色散，雜散波模式抑制，信號的有效過渡以及加工方式等諸多問題會帶來的重要影響。 以77GHz毫米波雷達為例，它的設計過程中，主要以非常高的可靠性原則為主導，需要從系統(tǒng)、材料（包括電子電路基板及基板材料）、軟硬件、結(jié)構(gòu)、測試驗證、生產(chǎn)工藝、一致性、低成本性、小型化等多方面考慮。因此毫米波雷達遠高于普通消費級電子產(chǎn)品，也高于電信級產(chǎn)品可靠性要求。由于工作溫度范圍在40～125℃，它用幾乎所有的物料可靠性都得達到汽車級標準要求。 當前，汽車防撞毫米波雷達的市場在迅速擴大，普及步伐在加快。這些都驅(qū)動著高頻基板及其基材生產(chǎn)企業(yè)之間此市場爭奪的加劇。在這個毫米波應用市場的競爭中，也凸顯了世界眾多覆銅板生產(chǎn)廠家在毫米波用高頻基板材料制造技術上所得到的跨越性進步。 在2016年春召開的“EDI CNO China 2016”(“2016電子設計創(chuàng)新大會”)國際性大型高頻/射頻技術為主題的展覽會上，筆者對生產(chǎn)高頻基板材料參展廠商的汽車防撞毫米波雷達用基板材料產(chǎn)品的布局情況作了調(diào)查，所了解到的主要三家CCL廠家在24GHz、77～79Hz兩類系統(tǒng)對應推出的覆銅板產(chǎn)品牌號及關鍵性能見表1所示。 表1 各CCL企業(yè)推出的適用于汽車防撞雷達用高頻基材的牌號及性能廠家產(chǎn)品牌號樹脂組成 類型 Dk(@10GHz下) Df(@10GHz下)Dk熱變化率, ppm/℃對應24GHz系統(tǒng)的高頻基材RogersRO4835碳氫化合物177。 +50（50～150℃ ）TaconicTLF35APTFE生益科技S7136H碳氫化合物177。對應77GHz（或79GHz）系統(tǒng)的高頻基材RogersRO3003PTFE+陶瓷（無玻纖）177。 3（50～150℃ ）TaconicTSMDS3PTFE（Tk）（30～120℃）TAL28PTFE+納米填料（Tk）（30～120℃）生益科技GF77GPTFE177。注：本表中的內(nèi)容分別逐一的取得廠方的文字回復性的確認 海外一家CCL企業(yè)近期在發(fā)表的文獻中提出：“毫米波頻率對PCB材料提出了獨特的挑戰(zhàn)。”[1] 筆者認為，就具體車載毫米波雷達來講，對PCB基板材料提出的技術性挑戰(zhàn)包括三個方面：高頻電路的可靠性與一致性的挑戰(zhàn)；基板多層化的挑戰(zhàn)；基材用樹脂多樣化的挑戰(zhàn)。本文在以下分別對這三項挑戰(zhàn)作以闡述與分析。 毫米波雷達用基板材料可靠性與一致性的挑戰(zhàn) 我國PCB業(yè)老前輩林金堵高工在國內(nèi)較早的發(fā)表過對PCB用毫米波基材特性研究的文章[5]。文中特別強調(diào)了這種基材的介質(zhì)層結(jié)構(gòu)均勻性與介質(zhì)層穩(wěn)定性的嚴密要求。 車載毫米波雷達面臨著寬溫度范圍的應用環(huán)境，它對所用PCB及其基板材料的要求十分重要一點，就是構(gòu)成的高頻電路的可靠性與一致性。而可靠性與一致性確保，主要來自基板材料的優(yōu)異PCB加工性和低的且穩(wěn)定可控的介電常數(shù)性。 所有高頻電路都需要傳輸線來實現(xiàn)毫米波集成電路（IC）與供電電源、天線、輸入和輸出端口及其他電路的信號傳輸與連接。而在高頻電路設計中，多選擇 微帶線、帶狀線以及接地共面波導等傳輸線技術來構(gòu)成高頻電路。通常情況下，微帶線和帶狀線技術只適用30GHz以內(nèi)的高頻電路，而接地共面波導可用30GHz以上的電路。由于微帶線電路性能受PCB加工誤差的影響比接地共面波導電路更低?？紤]到這點，目前77GHz車載雷達一般采用微帶傳輸線結(jié)構(gòu)。PCB加工誤差對毫米波電路的性能影響，也是和頻率有關的。當頻率越提高，對PCB加工尺寸精度就要求高。在近期Rogers公司研發(fā)者發(fā)表的文獻中[6]提出了一個“有效介電常數(shù)”的新概念。文中提出：有效介電常數(shù)（指電磁場沿著基底介電材料和周邊空氣組成的混合空間傳播時的介電常數(shù)）的差異
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