基板材料在車(chē)載毫米波雷達(dá)中應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)展-文庫(kù)吧
2025-04-28 23:44 本頁(yè)面
【正文】 ADAS系統(tǒng)功能的第一步，它的相關(guān)硬件包括雷達(dá)和攝像頭等傳感器。車(chē)載毫米波雷達(dá)是實(shí)現(xiàn) ADAS功能的重要傳感器設(shè)備，與普通車(chē)載傳感器相比，毫米波雷達(dá)具有探測(cè)性能穩(wěn)定、探測(cè)距離長(zhǎng)，以及環(huán)境適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。它是能夠在全天候場(chǎng)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(jiàn)圖1）。有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2014年全球汽車(chē)毫米波雷達(dá)市場(chǎng)出貨量為1900萬(wàn)件，預(yù)計(jì)到2020年，全球車(chē)載毫米波雷達(dá)將達(dá)到7200萬(wàn)件，未來(lái)5年的年復(fù)合增速將達(dá)到24%左右。毫米波雷達(dá)在汽車(chē)上應(yīng)用，除汽車(chē)防撞雷達(dá)外，還正在向巡航控制、汽車(chē)無(wú)人駕駛等方面延伸。 圖1 車(chē)載毫米波雷達(dá)應(yīng)用原理示意圖 車(chē)載毫米波雷達(dá)特性要求 一般在市場(chǎng)上嶄露頭角的汽車(chē)毫米波雷達(dá)，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(lái)市場(chǎng)的潛力更大。它一般安置在汽車(chē)前端的車(chē)頭、前車(chē)燈下側(cè)、以及兩側(cè)門(mén)等位置，每輛小轎車(chē)采用5～7件。 汽車(chē)毫米波雷達(dá)用PCB受到毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的要求驅(qū)動(dòng)。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(lèi)型以及產(chǎn)品特性等。汽車(chē)毫米波雷達(dá)在選擇合適PCB材料時(shí)，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(duì)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(hào)的有效過(guò)渡以及加工方式等諸多問(wèn)題會(huì)帶來(lái)的重要影響。 以77GHz毫米波雷達(dá)為例，它的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要以非常高的可靠性原則為主導(dǎo)，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(cè)試驗(yàn)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(dá)遠(yuǎn)高于普通消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品，也高于電信級(jí)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(dá)到汽車(chē)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。 當(dāng)前，汽車(chē)防撞毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)在迅速擴(kuò)大，普及步伐在加快。這些都驅(qū)動(dòng)著高頻基板及其基材生產(chǎn)企業(yè)之間此市場(chǎng)爭(zhēng)奪的加劇。在這個(gè)毫米波應(yīng)用市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)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(shù)上所得到的跨越性進(jìn)步。 在2016年春召開(kāi)的“EDI CNO China 2016”(“2016電子設(shè)計(jì)創(chuàng)新大會(huì)”)國(guó)際性大型高頻/射頻技術(shù)為主題的展覽會(huì)上，筆者對(duì)生產(chǎn)高頻基板材料參展廠商的汽車(chē)防撞毫米波雷達(dá)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(lèi)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)推出的覆銅板產(chǎn)品牌號(hào)及關(guān)鍵性能見(jiàn)表1所示。 表1 各CCL企業(yè)推出的適用于汽車(chē)防撞雷達(dá)用高頻基材的牌號(hào)及性能廠家產(chǎn)品牌號(hào)樹(shù)脂組成 類(lèi)型 Dk(@10GHz下) Df(@10GHz下)Dk熱變化率, ppm/℃對(duì)應(yīng)24GHz系統(tǒng)的高頻基材RogersRO4835碳?xì)浠衔?77。 +50（50～150℃ ）TaconicTLF35APTFE生益科技S7136H碳?xì)浠衔?77。對(duì)應(yīng)77GHz（或79GHz）系統(tǒng)的高頻基材RogersRO3003PTFE+陶瓷（無(wú)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(fù)性的確認(rèn) 海外一家CCL企業(yè)近期在發(fā)表的文獻(xiàn)中提出：“毫米波頻率對(duì)PCB材料提出了獨(dú)特的挑戰(zhàn)?！盵1] 筆者認(rèn)為，就具體車(chē)載毫米波雷達(dá)來(lái)講，對(duì)PCB基板材料提出的技術(shù)性挑戰(zhàn)包括三個(gè)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(shù)脂多樣化的挑戰(zhàn)。本文在以下分別對(duì)這三項(xiàng)挑戰(zhàn)作以闡述與分析。 毫米波雷達(dá)用基板材料可靠性與一致性的挑戰(zhàn) 我國(guó)PCB業(yè)老前輩林金堵高工在國(guó)內(nèi)較早的發(fā)表過(guò)對(duì)PCB用毫米波基材特性研究的文章[5]。文中特別強(qiáng)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(yán)密要求。 車(chē)載毫米波雷達(dá)面臨著寬溫度范圍的應(yīng)用環(huán)境，它對(duì)所用PCB及其基板材料的要求十分重要一點(diǎn)，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(lái)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(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)毫米波集成電路（IC）與供電電源、天線(xiàn)、輸入和輸出端口及其他電路的信號(hào)傳輸與連接。而在高頻電路設(shè)計(jì)中，多選擇 微帶線(xiàn)、帶狀線(xiàn)以及接地共面波導(dǎo)等傳輸線(xiàn)技術(shù)來(lái)構(gòu)成高頻電路。通常情況下，微帶線(xiàn)和帶狀線(xiàn)技術(shù)只適用30GHz以?xún)?nèi)的高頻電路，而接地共面波導(dǎo)可用30GHz以上的電路。由于微帶線(xiàn)電路性能受PCB加工誤差的影響比接地共面波導(dǎo)電路更低?？紤]到這點(diǎn)，目前77GHz車(chē)載雷達(dá)一般采用微帶傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)。PCB加工誤差對(duì)毫米波電路的性能影響，也是和頻率有關(guān)的。當(dāng)頻率越提高，對(duì)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(xiàn)中[6]提出了一個(gè)“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(chǎng)沿著基底介電材料和周邊空氣組成的混合空間傳播時(shí)的介電常數(shù)）的差異
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