電路圖形精度在毫米波電路中的重要性

在過去的幾年里，毫米波（mmWave）應用穩(wěn)步增長。這種增長也來自于半導體行業(yè)帶動，可量產(chǎn)具有良好毫米波性能的芯片。隨著毫米波應用的增加，電子工業(yè)的很多方面，包括PCB行業(yè)，都不得不進入一個快速學習過程。總的來說，電路板的質(zhì)量對毫米波應用的重要性要遠遠高于低頻電路。具體地說，這些問題主要涉及電路圖形的一致性，例如導體線寬、形狀和間距以及基板厚度、銅箔厚度和表面處理等等的一致性。

由于波長的原因，毫米波電路對加工的電路圖形準確度非常敏感。信號波長指是沿著波的傳播方向，相鄰兩個相位相差2π的之間的距離。例如在介電常數(shù)為3.0的層壓板制作一個微帶線電路，在2.3英寸的長度內(nèi)，該電磁波相位剛好360度變化，2.3英寸的長度就是電路中的信號波長，該相位變化也被稱為“相位角”。

若波的傳播中遇到0.023英寸的異常，那么該異常相當于波長的1%或約3.6度，相對于波長而言，這么小的異常對信號幾乎沒有影響。但是，在毫米波頻率下則不一樣。例如在77 GHz頻率下，信號的波長約為0.095英寸左右，若該信號的路徑上同樣出現(xiàn)了0.023英寸的異常，那么該異常相當于波長的24%或87度左右。該24%的異常情況則可能影響整個波的傳播，造成波形畸變和其它不必要的性能影響。

另外，在毫米波頻段，電路結構中使用的PCB高頻材料通常較薄。薄層壓板意味著需設計較窄的導體寬度才能得到如50歐姆的特定阻抗。對于大多數(shù)低頻應用來說，±0.5mil的導體蝕刻公差通常是可以接受和足夠的；但是對于毫米波電路，該公差可能不足以得到良好和一致的RF特性。這是因為在窄導體上，總變化量為1mil引起的阻抗變化相對于寬導體來說更大。

汽車雷達傳感器的天線陣列區(qū)域的一些阻抗匹配網(wǎng)絡的導體寬度僅有5 mil。從5mil到6mil的1mil變化就會產(chǎn)生約6Ω的阻抗差。但是，當在低頻段使用厚基板的電路中，1mil的導體寬度差也許只產(chǎn)生不到1Ω的阻抗差。電路加工過程中的很多方面都會改變電路阻抗，而對于從事毫米波電路加工的PCB廠來說，能夠做到優(yōu)異的蝕刻精度控制將會是一個重要優(yōu)勢。

有多種不同的RF平面?zhèn)鬏斀Y構可以在毫米波電路中被采用，其中微帶線結構是RF性能受電路加工過程的正常變化的影響最小的傳輸線。微帶線結構相對簡單，通常在RF多層板的表面兩層，比如頂層信號線而接下來的第二層就是地層。另一個常用結構是接地共面波導（GCPW）。該結構也是一個雙層電路，但是頂層信號有三個銅箔區(qū)域，通常被定為“地/信號/地”。該結構非常有利于在毫米波頻段下最大限度地減少某些不必要的波特性，但是電路加工過程中的正常變化對這種結構的影響相對越大。

GCPW結構中的“地/信號/地”導體之間的間隙非常重要。若該間隙變化較大，則會造成電路的RF性能變化也較大。不過，實際情況要復雜得多。在頂層信號層上，位于信號導體兩側的相鄰地之間存在強電場。從橫截面上來看，若導體側壁豎直，那么空氣中將有較多電場。但是，若是梯形導體，則空氣中的電場會減少，基板中將增加。

間隙中空氣的這些電場的差異會影響信號波的有效介電常數(shù)?？諝獾慕殡姵?shù)大約是1，當電場較多在空氣時，信號傳播的有效介電常數(shù)會降低，從而影響RF電路特性。在毫米波頻段下這種情況尤其明顯。為了使GCPW在毫米波頻段下有更穩(wěn)定的RF性能，導體寬度和間距的控制是很重要的，同時，保證導體形狀一致也非常重要。

為了獲得導體寬度、間距和形狀的一致性，電路加工過程中有很多需要考慮的事項。對于導體形狀一致性來說，使用加成法的顯影和刻蝕工藝通常比減成法更好一些。但是，對于導體的梯形狀來說，即使使用加成法也會有一些顧慮。使用減成法時，導體形狀通常是翻轉的梯形而也會有相同顧慮。

另一種方法有助于導體形狀一致性和蝕刻精度控制的措施是使用薄銅箔。薄銅箔可以減少梯形形狀，使導體寬度和蝕刻間距更易于控制。羅杰斯公司有多種可用于毫米波頻段的高頻電路材料，均可提供1/4盎司（9 μm）厚度的銅箔選項。使用這種超薄銅箔的層壓板更利于PCB板廠獲得更一致的導體形狀、寬度和間距等特性。

電路圖形的變化和微小異常對于低頻電路通常是可以接受的，但毫米波電路的性能對電路圖形的變化和微小的電路異常敏感。PCB板廠面臨如需要更嚴格的導體寬度和間距的控制問題，同時也面臨導體形狀更一致的問題。使用加成法有助于提高這類毫米波電路的加工需求，同時，采用薄銅箔的層壓板也有利于優(yōu)化和提高精度。






審核編輯：劉清