TWI513589B - 複合電路板及雷達裝置 - Google Patents

Description

複合電路板及雷達裝置

本發明係指一種複合電路板及雷達裝置，尤指一種具有低厚度之複合電路板及雷達裝置。

車用雷達系統是將無線訊號收發器設置於車輛保險桿或風扇柵罩內部，利用發射及接收毫米波(millimeter-wave)無線訊號，來進行測距、資訊交換等應用。由於車輛保險桿內通常會設置吸震保麗龍或玻璃纖維等，可用空間極為受限，因而增加了無線訊號收發器設計上的難度。除此之外，若車用雷達系統的銷售目標為車後市場，亦即雷達供應商將無法參與決策保險桿的材質及厚度，在此情形下，為了盡可能適用大部分車輛，對於無線訊號收發器體積的要求將更為嚴格。

一般而言，習知車用雷達系統的無線訊號收發器主要可分為三大部分，分別為數位信號處理(Digital Signal Processing，DSP)、電子控制元件(Electronic Control Unit，ECU)及射頻(Radio-Frequency，RF)，且各自包含對應之電路及電路板。DSP部分主要處理及控制雷達系統之運作；RF部分包含微波天線、功率放大器、低雜訊放大器等元件，並配合適當的收發器晶片(Monolitic microwave integration circuit，MMIC)及相關電路，進行無線訊號的發射、接收等；而ECU部分則透過人機介面傳輸安全輔助資訊給駕駛者。為了實現上述三大部分，在習知技術中，微波汽車雷達產品系統需包含對應的DSP板、ECU板及RF天線板。DSP板及ECU板的基材為FR4，RF 天線板的基材則需具低介質常數及低損耗，而每塊板材之間均須透過板對板連接器(Connector)做連結，如此相輔相成才能正確偵測目標物的相對距離、速度、角度等，進而適時產生預警訊號送給駕駛人。在此情形下，雖然電路板的厚度一般小於2mm，但加上連接器後，往往造成終端產品的體積或整體厚度大幅增加，例如整體厚度一般皆大於10mm。

由於車用雷達產品的可用設置空間極為受限，因此如何有效減少車用雷達產品的體積或整體厚度也就成為業界所努力的目標之一。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種複合電路板及雷達裝置，以減少車用雷達產品的體積或整體厚度。

本發明揭露一種用於一雷達裝置之複合電路板，包含有一第一基板，包含有複數個佈線層，其中一第一佈線層於一第一區形成有該雷達裝置之一數位信號處理(Digital Signal Processing)元件及一電子控制元件(Electronic Control Unit)；一第二基板，包含有複數個佈線層，其中一第二佈線層於一第二區形成有一天線模組；以及一半固化片(Prepreg)，介於該第一基板與該第二基板間，用來連結該第一基板與該第二基板；其中，該第一區與該第二區在該第一佈線層投影於該第二佈線層之一第一投影結果中大致重疊。

本發明另揭露一種雷達裝置，包含有一基座；一複合電路板，設置於該基座之上，包含有一第一基板，包含有複數個佈線層，其中一第一佈線層於一第一區形成有該雷達裝置之一數位信號處理(Digital Signal Processing)元件及一電子控制元件(Electronic Control Unit)；一第二基板，包含有複數個佈線層，其中一第二佈線層於一第二區形成有一天線模組；以 及一半固化片(Prepreg)，介於該第一基板與該第二基板間，用來連結該第一基板與該第二基板；以及一金屬隔離蓋，設置於該複合電路板上，該金屬隔離蓋相對於該複合電路板一涵蓋範圍不包含該第二區；其中，該第一區與該第二區在該第一佈線層投影於該第二佈線層之一第一投影結果中大致重疊。

10‧‧‧雷達裝置

100‧‧‧基座

102‧‧‧複合電路板

104‧‧‧金屬隔離蓋

106‧‧‧天線罩

108‧‧‧接頭

200、400‧‧‧第一基板

202、402‧‧‧第二基板

204、404、PP1~PP3、PP1’、PP2’‧‧‧半固化片

L1~L8、L1’~L6’‧‧‧佈線層

C1、C2、C1’‧‧‧內芯板

RS、RS’‧‧‧基材

A1~A3、B1~B3、C1、C2‧‧‧區

50‧‧‧射頻收發系統

第1圖為本發明實施例一雷達裝置之示意圖。

第2圖為第1圖中一複合電路板之一實施例之示意圖。

第3A圖至第3C圖分別為第1圖中三佈線層之分區示意圖。

第4圖為第1圖中複合電路板之另一實施例之示意圖。

第5圖為本發明實施例一射頻收發系統之示意圖。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一雷達裝置10之示意圖。雷達裝置10係用於一車用雷達系統，可用來實現一無線訊號收發器，並具有低厚度之特性。雷達裝置10包含有一基座100、一複合電路板102、一金屬隔離蓋104、一天線罩106及一接頭108。基座100可為金屬、塑料等硬質材料所製成，用來安裝及包覆其他元件。複合電路板102係由兩多層基板透過一半固化片所組成，其厚度大致小於5mm，用以設置雷達裝置10運作所需之控制晶片、射頻或基頻電路、天線等元件。金屬隔離蓋104設置於複合電路板102上，且其涵蓋範圍不包含複合電路板102中之一天線區域。另外，天線罩106可與基座100結合而保護內部元件，而接頭108可符合OBDI、OBD-1.5、EOBD、EOBD Ⅱ等常見車用通訊規格，其係用來連結一外部控制裝置(如汽車之電子控制元件)，使雷達裝置10可與外部控制裝置交換訊號。

簡言之，針對車用雷達系統的無線訊號收發器，習知技術需使用 三塊電路板，分別設置數位信號處理模組、電子控制元件及射頻模組等元件，造成整體厚度因板對板連接器而無法有效減少，且組裝程序的複雜度亦隨之增加。相較之下，本發明係利用單一複合電路板102設置雷達裝置10運作所需的數位信號處理模組、電子控制元件及射頻模組等元件，可將厚度降低至5mm以下，如2.4mm，因而可減少雷達裝置10的體積或整體厚度。

詳細來說，請繼續參考第2圖，第2圖為第1圖中複合電路板102之一實施例之示意圖。如第2圖所示，複合電路板102包含有一第一基板200、一第二基板202及一半固化片(Prepreg)204。較佳地，第一基板200符合一FR4板材規格，而第二基板202符合一Rogers板材規格，以達低介質常數及低損耗。換言之，第一基板200與第二基板202具不同熱膨脹係數(Coefficient of thermal expansion，CTE)，例如，符合FR4板材規格之基板相對於(X,Y,Z)座標的CTE約為(14,13,175)ppm/℃，而符合Rogers板材規格之基板相對於(X,Y,Z)座標的CTE約為(14,16,35)ppm/℃。由此可知，第一基板200與第二基板202具不同熱膨脹係數，隨著溫度的升高兩基板間會有不同的彎曲情形。在此情形下，本發明係利用厚度介於5密耳(mil)至10密耳間(如7.9密耳)的半固化片204，將第一基板200與第二基板202疊構為複合電路板102，以避免高溫造成的板彎或翹板情形。

除此之外，第一基板200主要用來設置數位信號處理元件及電子控制元件等低頻電路與元件，而第二基板202則用來設置天線、功率分配器等射頻電路或元件。在此情形下，由於射頻訊號易受干擾，因此本發明另適當配置第一基板200及第二基板202中各種元件或電路的佈局方式，以降低電路間干擾。

詳細來說，如第2圖所示，第一基板200由上至下依序包含有一 佈線層L1、一半固化片PP1、一佈線層L2、一內芯板(Core)C1、一佈線層L3、一半固化片PP2、一佈線層L4、一內芯板(Core)C2、一佈線層L5、一半固化片PP3及一佈線層L6。而第二基板202由上至下依序包含有一佈線層L7、一基材RS、一佈線層L8。而佈線層L1~L8所佈局之電路或元件如表一所示：

更進一步地，請參考第3A圖至第3C圖，第3A圖至第3C圖分別為佈線層L1、L4、L8之分區示意圖。如第3A圖所示，佈線層L1的A1區用來設置數位信號處理元件、電子控制元件、記憶體等元件，A2區用來設置類比至數位轉換器及類比中頻放大器等電路，而A3區用來設置相關於接頭108之訊號處理電路(如CANBUS之收發器元件)。如第3B圖所示，佈線層L4係用來設置電源線路，並於B1、B2、B3區設置不同之電源供應模組，以提供不同電壓源，如3.3伏、3.5伏、5伏等。最後，如第3C圖所示，佈線層L8的C1區用來設置天線模組，C2區用來設置射頻處理晶片及被動電路模組等。

需注意的是，第3A圖至第3C圖為佈線層L1、L4、L8疊構時的平面分區示意圖，換句話說，若將佈線層L1、L4投影至佈線層L8之平面時，A1區、B1區及C1區係部分重疊，A2區、B2區及C2區係部分重疊，以及A3區及B3區係部分重疊。在此情形下，可有效降低對天線模組的干擾，以提升訊號收發效能。除此之外，在A1區中，較佳地，數位信號處理元件係設置於(A2區的)類比至數位轉換器旁，而其運作所需的記憶體則設置在數位信號處理元件旁，以進一步降低對天線模組的干擾。

此外，雷達裝置10係為本發明實施例，其係利用複合電路板102達到降低厚度的目的，本領域具通常知識者當可據以做不同之修飾，而不限於此。舉例來說，半固化片204之材質不限於特定種類，例如可為玻璃纖維布加上環氧樹脂膠片所構成，或是其它符合FR4規範或由ISOLA所生產之電介質，用以黏結及固定第一基板200與第二基板202。

再者，表一係說明佈線層L1~L8可佈局之電路類型，但不限於此，舉例來說，佈線層L2與L5所佈局之電路類型亦可交換，亦即佈線層L2佈局高速數位及類比信號線路，而佈線層L5佈局低速數位信號線路。此外，在此例中，接地層共分佈於佈線層L3、L6、L7，其主要目的是將高頻類比與數位信號隔離，同時，亦可隔離電源與信號，避免雜訊耦合。另一方面，佈線層L6除了可設計為混和信號與射頻線路之接地隔離層外，還可提供混和信號良好接地，特別在佈線層L7全部使用類比接地到零阻抗，可使高頻信號有更好的信號完整性。

在第2圖之例中，複合電路板102係由六層之第一基板200與二層之第二基板202所構成之八層複合電路板，然而，此僅為本發明可行之實施例之一，不限於此。舉例來說，請參考第4圖，第4圖為第1圖中複合電 路板102之另一實施例之示意圖。如第4圖所示，複合電路板102包含有一第一基板400、一第二基板402及一半固化片(Prepreg)404。較佳地，第一基板400符合一FR4板材規格，而第二基板402符合一Rogers板材規格。第一基板400由上至下依序包含有一佈線層L1’、一半固化片PP1’、一佈線層L2’、一內芯板(Core)C1’、一佈線層L3’、一半固化片PP2’、一佈線層L4’。而第二基板202由上至下依序包含有一佈線層L5’、一基材RS’、一佈線層L6’。而佈線層L1’~L6’所佈局之電路或元件如表二所示：

同樣地，在第4圖之複合電路板102中，佈線層L1’、L3’、L6’的分區及佈局方式可參考第2圖之複合電路板102之佈線層L1、L4、L8的分區及佈局方式，以降低對天線模組的干擾。

另一方面，針對射頻元件及其信號電路的設計(即第2圖之佈線層L8或第4圖之佈線層L6’)，亦不限於特定結構，只要能符合天線模組位於C1區，而射頻處理晶片及被動電路模組位於C2區即可。舉例來說，本案申請人於中華民國專利申請號102102470中提供一種射頻收發系統，其亦可適用於本發明。請參考第5圖，第5圖為一射頻收發系統50之示意圖。射頻收發系統50係根據中華民國專利申請號102102470所設計，其中之C1區形 成有一陣列天線模組，而C2區則形成有一射頻訊號處理單元及被動電路，詳細運作方式可參考中華民國專利申請號102102470，於此不贅述。

此外，在前述實施例中，第一基板200(及400)與第二基板202(及402)之投影面積大致相同，例如可為88mm×70mm，但不限於此，可視應用不同而適當增加或減少。然而，更重要的是，複合電路板102之厚度可低於5mm，如2.4mm，其相較於習知技術可明顯減少成品厚度，更有利於車用雷達系統，特別是車後市場。

綜上所述，習知車用雷達系統的無線訊號收發器因需透過板對板連接器連結不同板材，造成終端產品的體積或整體厚度因此大幅增加。相較之下，本發明之雷達裝置係利用複合電路板節省板對板連接器，同時可克服不同板材間熱膨脹係數差異所可能產生的板彎或翹板情形。藉此，本發明可有效降低雷達裝置之整體厚度，以提升產品應用範圍。

10‧‧‧雷達裝置

100‧‧‧基座

102‧‧‧複合電路板

104‧‧‧金屬隔離蓋

106‧‧‧天線罩

108‧‧‧接頭

Claims (17)

1. 一種用於一雷達裝置之複合電路板，包含有：一第一基板，包含有複數個佈線層，其中一第一佈線層於一第一區形成有該雷達裝置之一數位信號處理(Digital Signal Processing)元件及一電子控制元件(Electronic Control Unit)；一第二基板，包含有複數個佈線層，其中一第二佈線層於一第二區形成有一天線模組；以及一半固化片(Prepreg)，介於該第一基板與該第二基板間，用來連結該第一基板與該第二基板；其中，該第一區與該第二區在該第一佈線層投影於該第二佈線層之一第一投影結果中大致重疊。
2. 如請求項1所述之複合電路板，其中該第一佈線層於一第三區形成有類比至數位轉換器及一類比中頻放大器，該第二佈線層於一第四區形成有一射頻處理晶片及一被動電路模組，該第三區與該第四區在該第一投影結果中大致重疊。
3. 如請求項2所述之複合電路板，其中該第一基板中一第三佈線層於一第五區形成有一第一電源供應模組並於一第六區形成有一第一電源供應模組，第五區與該第二區在該第三佈線層投影於該第二佈線層之一第二投影結果中大致重疊，第六區與該第四區在該第二投影結果中大致重疊。
4. 如請求項1所述之複合電路板，其中該半固化片之厚度介於5密耳至10密耳間。
5. 如請求項1所述之複合電路板，其中該第一基板與該第二基板之投影面 積大致相同。
6. 如請求項5所述之複合電路板，其一截面厚度小於5毫米。
7. 如請求項1所述之複合電路板，其中該第一基板符合一FR4板材規格，該第二基板符合一Rogers板材規格。
8. 如請求項1所述之複合電路板，其中該雷達裝置係一車用雷達系統之一無線訊號收發器。
9. 一種雷達裝置，包含有：一基座；一複合電路板，設置於該基座之上，包含有：一第一基板，包含有複數個佈線層，其中一第一佈線層於一第一區形成有該雷達裝置之一數位信號處理(Digital Signal Processing)元件及一電子控制元件(Electronic Control Unit)；一第二基板，包含有複數個佈線層，其中一第二佈線層於一第二區形成有一天線模組；以及一半固化片(Prepreg)，介於該第一基板與該第二基板間，用來連結該第一基板與該第二基板；以及一金屬隔離蓋，設置於該複合電路板上，該金屬隔離蓋相對於該複合電路板一涵蓋範圍不包含該第二區；其中，該第一區與該第二區在該第一佈線層投影於該第二佈線層之一第一投影結果中大致重疊。
10. 如請求項9所述之雷達裝置，其中該第一佈線層於一第三區形成有類比 至數位轉換器及一類比中頻放大器，該第二佈線層於一第四區形成有一射頻處理晶片及一被動電路模組，該第三區與該第四區在該第一投影結果中大致重疊。
11. 如請求項10所述之雷達裝置，其中該第一基板中一第三佈線層於一第五區形成有一第一電源供應模組並於一第六區形成有一第一電源供應模組，第五區與該第二區在該第三佈線層投影於該第二佈線層之一第二投影結果中大致重疊，第六區與該第四區在該第二投影結果中大致重疊。
12. 如請求項9所述之雷達裝置，其中該半固化片之厚度介於5密耳至10密耳間。
13. 如請求項9所述之雷達裝置，其中該第一基板與該第二基板之投影面積大致相同。
14. 如請求項13所述之雷達裝置，其中該複合電路板之一截面厚度小於5毫米。
15. 如請求項9所述之雷達裝置，其中該第一基板符合一FR4板材規格，該第二基板符合一Rogers板材規格。
16. 如請求項9所述之雷達裝置，其係一車用雷達系統之一無線訊號收發器。
17. 如請求項9所述之雷達裝置，其另包含一天線罩，用來與該基座結合而包覆該複合電路板及該金屬隔離蓋。