【经验】在毫米波电路中应用GCPW电路技术获得优异电路性能

时间： 2020-09-17 来源：ROGERS

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随着现代通信技术的迅速发展，低频以及微波频段的频谱资源日益枯竭，越来越多的无线应用正在向更高的毫米波（mmWave）频率拓展。例如：第五代（5G）无线蜂窝移动通信以及高级驾驶员辅助系统（ADAS）等应用，均采用了24GHz以上的频段。但是，信号的功率通常会随着频率的增加而降低，因此，毫米波电路技术必须在充分利用现有信号功率的同时尽量减少信号损耗。在毫米波电路中维持信号功率不仅取决于印刷电路板（PCB）材料，而且还取决于传输线技术的选择。如果充分考虑到在电路设计和制造过程中影响因素，那么，在毫米波频率下采用接地共面波导（GCPW）传输线，同时配合使用低损耗的PCB材料，就可以获得优异的电路性能。

与其它高频传输线技术（如：带状线、微带线）相比，GCPW电路技术具有天然优势，尤其是在毫米波频率下。GCPW的结构简单明了：顶层传输线采用“接地－信号－接地（GSG）”结构，中间层为单层的电介质层，底层为接地层，顶层和底层的接地层通过电镀通孔（PTH）互连。虽然GCPW不符合微带线的简单结构，但是GCPW比起带状线来说（顶部和底部均具有介电层）要简单得多。与GCPW相比，微带线虽然结构简单，但会增加毫米波频率下的损耗。在毫米波频率下，微带传输线电路比GCPW电路更容易向外界辐射能量，特别是紧密布局的电路和外壳中，存在潜在的干扰和电磁兼容性（EMC）问题。

然而，GCPW的最终性能应用还需要了解电路在实际加工影响，因为在利用各种计算机辅助（CAE）软件仿真GCPW电路时，材料属性的各项参数设置几乎都是理想情况下的。所以，这些因素都可能会导致软件的仿真结果与实际加工出来的GCPW电路实测结果之间存在一定差异，特别是对于大批量毫米波电路的设计。

即使是在加工电路之前，PCB材料的微小变化也会影响GCPW电路的性能，尤其是在毫米波频率的小波长下，波长对这些变化非常敏感。例如，电介质材料的厚度和导体的厚度的变化会导致毫米波频率下的GCPW性能变化。铜导体中表面粗糙度也会影响GCPW性能，任何其它电镀层（例如制造GCPW电路的PTH电镀层）的变化也会影响GCPW性能。

工艺处理

尽管GCPW传输线技术非常适合在毫米波频率下生产一致性较高的PCB电路，但它仍然必须与高可靠性的线路板材料（如：介电常数Dk、损耗因子Df）配合使用。此外，毫米波电路的加工工艺必须是可重复的，以保证电路在大批量生产时能保持良好的一致性。加工工艺的变化可能会导致PCB性能变化。例如，用于连接GCPW电路中两个接地层的PTH的位置可能会因电路而不同，这个细小差异也会成为性能发生变化的一个原因。

GCPW导体的形状可能会因电路而异，从而导致所制造的GCPW电路之间存在性能差异。CAE仿真软件在对铜箔导体进行建模时，通常会将其假设成理想的导体形状（从横截面视图看是矩形）。并以此为基础来预测给定电路的性能水平。但在实际加工时，大多数GCPW电路的表面导体加工出来是呈梯形形状，不同电路的导体都有产生一定程度的变化。这些导体的变化会导致GCPW电路的电气性能变化，特别是对插入损耗和信号相位角的影响，而且这种变化带来的影响会随着频率的提高而增加。

由于实际导体和理想导体之间的差异，导致了实际电路（加工后导体呈梯形状）与理想电路（矩形）的性能水平之间存在差别。由于在毫米波频率下对应的信号波长变小，对电路异常敏感，理想的电路导体反应出的是电路有效介电常数和相关相位响应的最小变化，而标准的PCB制造工艺不可避免地存在微小误差，这也可能会导致电路之间的性能发生变化。

另外，根据GSG结构中侧壁间隔的疏密程度，GCPW电路具有不同的耦合量。一般地，相距更近的导体会产生更紧密的耦合。与松耦合GCPW传输线相比，紧耦合GCPW电路在共面导体侧壁上具有更大的电流密度。松耦合的GCPW电路对电路制造工艺变化的敏感性更小，因为它们无法获得额外接地而更表现得非常像微带传输线电路。

任何用于制造毫米波GCPW电路的线路板材料，如罗杰斯公司的RO3003™层压板（z轴的Dk为3.00±0.04，在10 GHz时的Df为0.0010），其铜箔表面（铜箔与介质层相交处）的粗糙度将影响在该材料上制造的电路的性能，尤其是在更高频率（如毫米波频率）和更薄的电路中。粗糙的铜箔表面会导致这些电路插入损耗的增加和信号相速度的减慢。导体插入损耗也会受到铜箔导体的相对宽度以及导体厚度的影响。较宽的导体会表现出较小的损耗，而较厚的导体将导致GCPW传输线使用更多的空气（其单位Dk值较低），以较低的损耗进行传输。当然，具有较高Dk值的电路材料也会带来较慢的相速度。

金属电镀

制造任何类型的GCPW电路，都会涉及到对PCB材料进行电镀。例如：在做过孔金属化时，会在线路板材料上先钻一些孔，将孔壁电镀上一层铜，实现顶部和底部接地层之间的导通，在这个过程中顶层和底层的PCB铜层上也不可避免地会再次镀上一层铜。另外，还有可能会在GCPW电路上再次进行金属电镀，以形成最终的表面处理电镀层并保护铜导体。表面处理的电镀使用的金属导电性通常会低于铜，这会增加导体损耗并导致插入损耗增加；而且，这种镀层表面也会影响相位响应，因此这方面的影响在毫米波频率下是必须考虑的。

计算机软件仿真的结果和实际加工出来的毫米波GCPW电路的测量结果之间必然会存在差异。成功实现毫米波GCPW电路大批量生产的关键之一是：通过特定的材料特性和特定的电路特性，将各种误差变化做到最小化。通过了解成熟的线路板材料（例如RO3003层压板）会如何受到不同的GCPW制造工艺的影响，就有可能建立有意义的生产性能公差标准。从而，即使对于77GHz的毫米波ADAS电路，也可以实现高良率。

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产品型号	品类	产品系列	介电常数（Dk）	正切角损耗（Df）	介质厚度(mm)(mil)	导热系数W/(m·K)	铜箔类型	铜箔1厚度	铜箔2厚度	尺寸(inch)
5880LZNS 24X18 H1/H1 R4 0100+-001/DI	层压板	RT/duroid® 5880LZ	2	0.0027	0.254mm(10mil)	0.33	电解铜	H1	H1	24X18

选型表 - ROGERS 立即选型

Rogers（罗杰斯） RO3000系列线路板材料RO3003/RO3006/RO3010/RO3035高频层压板数据手册

型号- 3003 24X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3000,3003 12X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0400+-002/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0050+-0005/DI,3010 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 12X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,3010 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3010 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0350+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 5R/5R R3 0100+-0007/DI,RO3035™,3003 24X18 H1/H1 0600+-003/DI,RO3003™,3003 12X18 5ED/5ED 0600+-003/DI,RO3006PTFE 陶瓷,3003 12X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/HH 0100+-0007/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,RO3003陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 12X18 H1/H1 0600+-003/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0200+-001/DI,3003 24X18 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5R/5R 0100+-0007/DI,3010 18X12 H1/H1 0250+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3006 18X12 H1/H1 0050+-0005/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 HH/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0300+-0015/DI,3003 12X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,3003 24X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 2ED/2ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0100+-0007/DI,RO3000® SERIES,3006 18X12 HH/HH 0050+-0005/DI,RO3006™,3003 24X18 1ED/1ED 0150+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3035PTFE 陶瓷,3003 12X18 1ED/1ED 0350+-0015/DI,RO3010™,RO3010陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 12X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 12X18 2ED/2ED 0050+-0005/DI,3003 24X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0600+-003/DI,3003 24X18 H1/H1 0100+-0007/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0600+-003/DI,3003 24X18 HH/H2 0050+-0005/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0900+-004/DI,3003 24X18 H1/H1 0300+-0015/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0300+-0015/DI,3003 12X18 HH/HH 0050+-0005/DI,3006 24X18 H1/H1 0250+-001/DI,RO3010PTFE 陶瓷,RO3006陶瓷聚四氟乙烯粘结片,3003 24X18 5R/5R R3 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0100+-0007/DI,RO3003PTFE 陶瓷,3003 24X18 5ED/1ED 0050+-0005/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3035 18X12 1E/1E 0050+-0005/DI,3003 12X18 5RD/5RD 0100+-0007/DI,3003 24X18 H1/H1 0200+-001/DI,3003 24X18 1ED/1ED 0300+-0015/DI,3003 24X18 1RD/1RD 0600+-003/DI,3003 12X18 HH/HH 0400+-002/DI,3003 12X18 1ED/1ED 0200+-001/DI,3003 24X18 5ED/5ED 0150+-001/DI,3003 12X18 H1/H1 0100+-0007/DI

2015年04月05日 - ROGERS - 数据手册 - Revised 1105 代理服务技术支持现货查询批量订货

罗杰斯公司宣布采取更多措施来简化运营并提高利润率

罗杰斯公司计划在2025年年中前停止比利时工厂的线路板材料制造，以优化全球业务布局。此举预计每年提高营业利润700~900万美元，支出1800~2800万美元用于员工遣散和停工费用。公司承诺提升客户服务水平、提高工厂利用率、降低成本并增加运营利润。罗杰斯是工程材料领域的全球领导者，提供创新解决方案应对材料挑战。

2024-08-16 - 原厂动态代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】最小孔径达0.2mm的高频多层PCB线路板加工定制服务，可提供阻抗控制和特殊材料孔化工艺

随着5G通信时代的到来，对通信板材的要求更加的高频，更加的高速化，因此对高频PCB线路板的加工要求也更高。鸿运通多年来一直专注于高频PCB线路板加工，掌握高级别填铜电镀技术，是低阻＆火花测试技术践行者，外薄内凹式埋盲孔多层和高精密阶梯式多层两项发明专利，可以提供高品质、高稳定性、高适应性的高频PCB线路板。

2019-09-05 - 新产品

RO3003-新树脂层压板材料RoHS (CTI) 检测报告(RO3003- new PTFE Laminate RoHS (CTI) Test Report) (A2240199610101001E)

型号- RO3003

2024.04.16 - ROGERS - 测试报告代理服务技术支持现货查询批量订货

【技术】使用高Dk线路板材料实现小尺寸高频电路

随着高频电路的迅猛发展，人们对产品的便携性和移动性需求日益增加，电路板小型化设计也得到了越来越多的关注。电路PCB材料的选择通常从线路板材料的介电常数(Dk)开始考虑，选择Dk值较高的PCB材料是电路具有较小的尺寸的较为直接的方法。

2021-08-07 - 技术探讨代理服务技术支持现货查询批量订货

最新Rogers罗杰斯RO4350B/RO4003C材料介电常数参数是多少？

ROGERS公司的RO4350B和RO4003C为非常成熟的产品，介电常数都没有改变，制造过程值分别为3.48±0.05和3.38±0.05，设计值分别为3.66和3.55，介电常数的特性是随频率变化，所以还需要根据实际应用频率进行设计仿真，材料特性可参考数据资料表 RO4000®系列高频线路板材料。

2019-02-27 - 技术问答代理服务技术支持现货查询批量订货

哪些行业需要使用罗杰斯线路板？

罗杰斯线路板是罗杰斯板材中销售量较好的一款，可以针对不同的加工程序设置有差异的尺寸，同时能够保证各类尺寸在装配时的稳定性。那么用户对于电路以及设备有着高频材料的需求之后，需要先去确定自身经营的行业业务是否与线路板可供给的行业相匹配。那么哪些行业需要使用罗杰斯线路板呢？本文中曜诚来给大家介绍一二。

2024-05-30 - 技术探讨

RO4000®系列高频线路板材料数据资料表

型号- RO4000®系列,RO4000®,RO4000系列,RO4000,RO4003C,RO4003C™,RO4350B

080322 - ROGERS - 数据手册代理服务技术支持现货查询批量订货查看更多版本

【产品】鑫成尔电子提供层压介质损耗仅为0.0013的罗杰斯RO3003加工，可以胜任在商用微波和射频电路中的应用

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2023-09-21 - 产品

RO3003 Laminate RoHS (SGS) Test Report (SHAPH23000874705)

型号- RO3003

Feb 13, 2023 - ROGERS - 测试报告代理服务技术支持现货查询批量订货

【产品】适合于5G微波/毫米波功率放大器的高频电路PCB材料

为了提供5G放大器所需特性的电路材料，本文推荐Rogers（罗杰斯）公司两种不同厚度和特性的材料作为不同频率范围应用示例。对于6GHz及以下频率的5G功率放大器，厚度为20mil和30mil的陶瓷填充的电路材料，RO4385™是较好的选择。另对于毫米波频率下的5G功率放大器，厚度为5mil和10mil的RO3003™层压板就是非常合适的选择。