Radaranwendungen

KSG-Radaranwendungen im Überblick

Von der Materialauswahl über den Lagenaufbau bis hin zum hochfrequenzoptimierten Design – eine Hochfrequenzleiterplatte stellt Entwickler vor neue Herausforderungen.

Die Leiterplatte übernimmt in diesem Fall nicht nur die Funktion
eines Schaltungsträgers. Viel mehr entwickelt sie sich zu einem
System, in dem Antennen als Planarversionen realisiert werden. Daher müssen sich sowohl die eingesetzten Materialien wie auch die Fertigungsprozesse neuen Herausforderungen stellen.

Ihre Vorteile

  • Radar muss nicht nur Automotiv sein 
  • Eingeschränkte Ätztoleranzen oder hohe Geometriegenauigkeit? Bei KSG Standard. 
  • Vielfalt an speziellen Hochfrequenz-Basismaterialien vorhanden

Radar muss nicht nur Automotiv sein

Eingeschränkte Ätztoleranzen oder hohe Geometriegenauigkeit? Bei KSG Standard.

Vielfalt an speziellen Hochfrequenz-Basismaterialien vorhanden

Detailaufnahme einer Hochfrequenzleiterplatte

Hierfür werden meist PTFE-basierte Basismaterialien eingesetzt, die eine Permittivität von ca. 3,00 und einen Verlustfaktor < 0,002 aufweisen. Dabei können diese Materialien anorganische Füllstoffe und/oder Glasgewebe enthalten. Grad und Art der Füllstoffe variiert je nach Produktart und Hersteller. 

Durch Kupferfolien mit reduziertem Treatment lässt sich die Radarperformance noch weiter optimieren. Alternativ existieren Basismaterialien auf Epoxidharz- oder PPE-Basis, die gleichwertige Eigenschaften erreichen. 

Der Weg zum vollautonomen Fahren wird durch Radarsensorik bestimmt. Hierzu werden Abstandstempomaten für mittlere und kurze Reichweiten verwendet. Als Kosten- und Konstruktionsvorteil können diese Basismaterialien als Hybrid mit gängigen FR4-Systemen verarbeitet werden und für die sichere Radarfunktion wird auf außenliegende Hochfrequenz-Laminate zurückgegriffen. Der restliche Teil des Multilayers bietet nahezu vollständige Gestaltungsfreiheit. Es gelten die Designregeln für Multilayer Leiterplatten. Trotz der spezifischen Materialeigenschaften des PTFE sind Standardtechnologien wie Laserbohren, mechanische Bearbeitung und die Applikation einer Lötstoppmaske umsetzbar.

Aufbau

Laminattechnik, Hybrid,

8 Kupferlagen

Material Rogers RO3003™/FR4
Leiterplattendicke 1,1 mm
Leiterplattentechnologie Hochfrequenz, durchkontaktiert, beidseitig Lasersacklöcher, einseitig mechanische Sacklöcher, Line/Space:  100 µm/100 µm
Oberfläche OSP
Besonderheiten Hybridaufbau, reduzierte Ätztoleranz ± 15 µm

Der Frequenzbereich ist eingeschränkt? Im Vergleich zu den 77 GHz-Anwendungen bestehen außerdem geringe Anforderungen an die Hochfrequenz-Performance? In diesen beiden Fällen werden überwiegend hochfrequenz-optimierte FR4-Basismaterialien eingesetzt. Daraus resultieren nicht nur erhebliche Kostenvorteile in der Leiterplattenfertigung, sondern auch höhere Freiheitsgrade in der Lagenaufbaugestaltung. Typischerweise werden diese Laminate auf der Ober- und Unterseite des Multilayers in einem Hybridsystem mit FR4-Materialien kombiniert. 

Hochvolumige Typvertreter sind Spurwechselassistent oder Totwinkelwarner. Da sich die Verarbeitung an herkömmliche FR4-Materialien anlehnt, kann ein breites Spektrum von Standardtechnologien angewendet werden – sowie auch HDI-/SBU-Technologien. 

Aufbau

Laminattechnik, Hybrid,

4 Kupferlagen

Material Rogers RO4835™/FR4
Leiterplattendicke 0,7 mm
Leiterplattentechnologie Hochfrequenz, durchkontaktiert, einseitig Sacklöcher, Line/Space: 100 µm/120 µm
Oberfläche chemisch Nickel/Gold
Besonderheiten Hybridaufbau, reduzierte Ätztoleranz ± 25 µm

Im industriellen Umfeld ist die Anwendungsvielfalt für Radarsysteme im Frequenzbereich ≤ 24 GHz stark angewachsen. Diese Hochfrequenz-Schaltungsträger kommen beispielsweise in der Elektronik von automatischen Türsystemen, Füllstandsensoren, Anlagen zur Verkehrsüberwachung, Antikollisionssystemen in der Robotik auf sowie in Alarmanlagen zur Anwendung. .

Layout einer Leiterplatte für Industrie Radarsysteme

Eine Übersicht der Basismaterialen, die KSG für Ihre Hochfrequenz-Projekte anbietet:

ksg_tabelle_basismaterialien_hochfrequenz_de.pdf

Industrieelektronik (24 GHz): Füllstandssensor

  • Berührungslos (verbesserte Hygiene)
  • Durchdringung unterschiedlicher Materialien (Platzierungsvorteil)
  • Verschmutzungsresistent (Wartungsvorteil)
  • Toleranzbereich 1 mm bis wenige cm

Industrieelektronik (24 GHz): Türöffner

  • Radarmodul erfasst Bewegungen zuverlässig
  • Ermöglicht auch Erfassung von Bewegungsrichtungen
  • Verhindert Fehlöffnungen von Türen
Foto von Leiterplatte für Türöffner 24 GHz

Sicherheitstechnik (24 GHz):
Alarmanlage und Objektüberwachung

  • Erfassung beweglicher Objekte in ihrer Geschwindigkeit, Abstand, Winkel/Richtung
  • Detektion bis 150m Abstand

Die Komplexität und die Vielzahl technischer Parameter ist bei Hochfrequenz-Schaltungsträgern enorm. Stimmen Sie sich daher am besten schon in einer sehr frühen Entwicklungsphase mit uns ab und profitieren Sie von jahrzehntelanger Erfahrung und technischem Know-how auf dem Gebiet
der Hochfrequenz-Leiterplattentechnologie. Im Rahmen einer Vorort- bzw. Onlineberatung oder eines Inhouse-Workshops lösen wir Ihre Aufgabenstellen. Dabei spielt es übrigens keine Rolle, ob es um eine Neuentwicklung von Leiterplatten, Produkt- oder Kostenoptimierung geht.

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matthias.schmied@ksg-pcb.com

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Bei Fragen zum Thema stehen wir Ihnen gern als Ansprechpartner zur Verfügung.

Porträt von Matthias Schmied

Matthias Schmied
Projektingenieur
Mobil:+49 3721 266-391
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