AT&S

Leiterplatten für bis zu 80 GHz

7. Juli 2017, 8:11 Uhr | Heinz Arnold

Für Frequenzen bis zu 80 GHz hat AT&S die neusten Leiterplatten ausgelegt – die Voraussetzung für Radarsysteme und autonomes Fahren.

Diese Leiterplatten bilden die Basis für leistungsfähige Radar-Komponenten (Long-Range Radar mit 77/79 GHz) in Fahrerassistenzsystemen und sind damit unabdingbare Voraussetzung für autonomes Fahren. Speziell für diese High-Speed-Systeme hat AT&S entsprechende Materialien und Prozesse evaluiert, vor allem mit dem Ziel die Performance-Verluste zu minimieren.

HF-Signale werden abhängig von verschiedenen Parametern auf der Leiterplatte reflektiert, d.h. die Impedanz (Wellenwiderstand) verändert sich. Um solche kapazitiven Effekte zu verhindern, müssen alle Parameter genau bestimmt und mit höchster Prozesssicherheit umgesetzt werden. Ausschlaggebend für die Impedanzen von Hochfrequenz-Leiterplatten sind neben der Leiterbahngeometrie insbesondere der Lagenaufbau und das verwendete Material.

Um Frequenzen von bis zu 90 GHz zu erreichen, müssen die Dielektrizitätskonstanten (Dk) auf unter 3,0 sowie der Verlustfaktor (Df) auf weniger als 0,001 gesenkt werden. Im Vergleich dazu liegen die entsprechenden Werte bei Standard-FR4 bei > 4 bzw. > 0,015. Daher sind Materialien wie LCP, PTFE, Polyamid oder organische Materialien mit speziellen Glasfasern und Harzmischungen erforderlich.
Außerdem lassen sich die Verluste bei hohen Frequenzen reduzieren, indem die Leiteerplatten mit sehr dünnen Kupferfolien geringer Rauigkeit gefertigt werden. AT&S bietet asymmetrische Hybrid- bzw. Sandwich-Aufbauten (FR4 für die Digital-Layer und PTFE für die High-Speed-Layer) für Leiterplatten bis zu Frequenzen von 80 GHz an, die in unterschiedlichen Geräten Einsatz finden.

Für noch höhere Frequenzen setzt das Unternehmen auf einen homogenen Aufbau mit PTFE. Darüber hinaus stehen optimierte Prozesse für Filter/Schirmung der Vias, kontrollierte, präzise Bohrungen und präzise, ebene und glatte Leiterbahnen mit reduzierten Skin-Effekten zur Verfügung. Die Schirmung kann mit „stacked“ oder ausgefüllten Vias realisiert werden.

Auf Basis der High-Speed/HF-Technologien von AT&S wurden bereits Fahrerassistenz- und Radarsysteme für Automobile (77 GHz) sowie 60-GHz-Telekommunikationsystseme realisiert. Um die Performance weiter zu steigern, arbeitet AT&S an hybriden Systemen, die HF-Layer mit der 2.5D-Technologie von AT&S kombinieren. Bei der 2.5D-Technologie können definierte Vertiefungen (Kavitäten) in den Leiterplatten genutzt werden, um elektronische Komponenten »niedriger« zu positionieren, was den zusammengebauten Leiterplatten allgemein eine dünnere Struktur verleiht. In einem weiteren Prozess werden schließlich Embedded-Komponenten mit dem HF-Design kombiniert.

Der Markt wächst schnell

Die Automobilindustrie arbeitet intensiv an Lösungen für autonomes Fahren und Auto-zu-Auto-Kommunikation. Gleichzeitig ist die Kommunikationsindustrie auf dem Weg zu 5G und Breitband-Netzwerken durch immer höhere Datenraten gekennzeichnet. Große, komplexe Datenmengen müssen dabei in Sekundenbruchteilen sicher übertragen werden.
Analysten erwarten deshalb für Hochfrequenz(HF)-Laminate wird in den nächsten Jahren ein überdurchschnittliches Wachstum, insbesondere für Radar-Systeme im Auto und für Mikro-Basisstationen.