基于ADAS系统中77/79GHz汽车防撞雷达的潜在增长

从电气和可靠性的角度来看，无玻纤的聚四氟乙烯陶瓷板材相较于非聚四氟乙烯的板材具有明显的优势。

聚四氟乙烯（PTFE）的介电常数和损耗因子在传感器谐振频率要求的工作温度范围内表现出高稳定性，几十年来得到了射频和微波行业的广泛认可。聚四氟乙烯基材上搭配极低粗糙度（ULP，Ultra Low Profile）的电解铜箔，相较于压延铜箔，其插损更低，成本也更有竞争力。

ADAS 案例为什么现在我们都对ADAS系统中的77/79GHz汽车防撞雷达产品如此感兴趣呢？尽管前期数量不多，但市场的可接受度正变得越来越高，就像很多年前的ABS系统一样，从开始只有豪华车配置到后来的所有车辆配置，可预见未来几年其将呈指数级增长，因为所有的汽车制造商都希望引入ADAS系统。

图2：77GHz 防撞雷达（博世提供）

图3：77GHz 防撞雷达（博世提供）

材料特性

PCB中使用的射频板材必须在非常宽的温度范围内保持非常稳定的电气性能。PTFE板材显示出非常稳定的DK / DK(@23C)比值，温度由-50到 + 150°C(图4):

图4：PTFE板材从-50到+150 °C表现出非常稳定的Dk特性

同样的，Df在同样的温度范围内的变化非常平缓 (图5): 

图5：PTFE板材从-50 到 +150 °C的Df

而非聚四氟乙烯（Non-PTFE）树脂有着较高的极性,碳-氧键(C-O)容易被极化，其表现为在高频应用时电气性能不稳定。NF-30是一款不含玻纤的聚四氟乙烯板材，其在X，Y，Z三个方向上的各向一致性非常好。从电气性能上考量，常规玻璃纤维布的存在会导致板材在各向之间的差异。当然扁平玻璃布会较常规玻璃布有一定改善，但也不能完全消除这个差异。 “极低粗糙度”电解铜箔（ULP）与传统的低粗糙度电解铜箔（VLP）相比(图 6)，ULP铜箔能够做出更精细的图形和更严的线宽公差。

图6： ULPH铜箔与VLP铜箔的对比（卢森堡铜箔提供）

更重要的是，插损得到了极大的改善，频率越高越明显 (图7.):

图7：NF-30  0.5OZ铜箔的极低粗糙度（ULPH），反转铜（CLH） 与低粗糙度（CH）的插损对比

图8： 1OZ铜箔的极低粗糙度（ULPH），压延（RA）与 低粗糙度（HVLP）搭配相同的介质材料，测试至110GHz的插损对比

1oz的极低粗糙度电解铜（ULP）、压延铜（RA）、低粗糙度电解铜（HVLP）插损的对比。 频率测至110GHz时， ULP与RA铜相比，优势越来越大 (图 8).此外， PTFE板材的另一个主要优点在于无论采用何种表面处理方式，其铜箔附着力在多次无铅回流后，仍然能够保持较高的水平。ULP剥离强度的测试结果与HVLP几乎一样(图 9).

图9： 0.5OZ极低粗糙度（ULPH）的铜箔经过3次与5次IR-Reflow后的剥离强度

DK，插损的测量再好的理论数据,不如在77GHz测量实际的DK和插损。DK测量采用波导连接器谐振环测试方法测量微带线,而插损测量采用不同长度的微带线。 (图10).

图10： Dk与插损的微带线谐振环测试图形

在77GHz测试频率下，ULP铜箔改善了插损，但是DK比普通铜箔在77GHz时的理论值低了大约0.1 (图 11).

图11：NF-30 Dk随频率的偏移与铜箔类型有关

这种影响是由于这种铜箔的类型导致的，但很容易在仿真软件里进行调整。谐振环S21在-40°C 和 +125°C测量表现了这一点偏移(图12):

图12：S21谐振环测量的在-40°C 和+125°C偏移 （博世提供）

同时谐振环在78~80GHz的插入损耗也是可以接受的 (图13):

图13：S21谐振环在-40°C 和+125°C测量的插损 （博世提供）

大多数的77/79 GHz ADAS 线路板是多层混压板, 只有第1层到第2层是PTFE板材. PTFE板材的高可靠性在以下的288 °C的漂锡测试中得到验证 (图 14 a-c): 

图14a: NF-30 288 °C漂锡前

图14b: NF-30 在做288 °C漂锡

图14c: NF-30  288 °C漂锡30分钟后: 没有起泡，没有爆板!  

使用较厚的厚度20和60mil的NF-30来测试钻孔，除孔污和电镀孔 ，很明显这种无玻纤PTFE板材PTH孔孔壁质量非常高(图 15)

图15: 20mil与60mil NF-30的PTH孔

1000次-40°C 到 + 140°C冷热冲击循环是对混压多层板来说是极大的挑战 (图 16, 17)

图16: 混压多层板的冷热循环曲线   -40°C 到 + 140°C  1,000循环

不管怎样，1000次循环测试后没有任何问题:

图17：NF-30混压多层板切片 – NF-30的多层板及盲孔；热循环前与热循环后

即使经过50次的漂锡试验 (288 °C，10S)，依然显示出很高的可靠性 (图18)

图18：NF-30的混压多层板经过50次漂锡 ( 288 °C 10秒)

高可靠性和电气性能需要从板材的生产过程到场景应用一直保持着稳定的介电常数。一个众所周知的顾虑就是陶瓷填料板在PCB制作过程中的药水吸附问题。NF-30采用更好的配方来减少最常见的化学药水的渗透问题。 图19显示了NF-30与市场的另一款无玻纤结构PTFE介质材料的耐化学药水吸附测试结果。

图19:NF-30与其他材料相比，明显地减少化学药水的吸收

结论NF-30 是一款高可靠性射频材料，适用于77/79GHz 汽车防撞雷达的混压多层板, 纯多层板以及双面板的设计。

参考文献除了一些特定的引用外，其他所有信息都是Taconic内部测试信息。