Teknologi Microwave - Tanter EFFEKIT pada PCB circuit Frekuensi Tinggi

Apabila isyarat rf hf/microwave dimasukkan ke dalam papan sirkuit PCB frekuensi tinggi, kerugian disebabkan oleh sirkuit sendiri dan bahan sirkuit tidak dapat dihindari menghasilkan sejumlah panas tertentu. Semakin besar kerugian, semakin tinggi kuasa melewati bahan PCB, dan semakin besar panas yang dijana. Apabila suhu operasi sirkuit melebihi nilai bernilai, beberapa masalah mungkin berlaku dengan sirkuit. Contohnya, parameter operasi biasa yang diketahui oleh PCB adalah MOT atau suhu operasi maksimum. Apabila suhu operasi melebihi MOT, prestasi dan kepercayaan litar PCB akan diancam. Melalui kombinasi pemodelan elektromagnetik dan pengukuran percubaan, pemahaman karakteristik panas RF microwave PCB boleh membantu untuk menghindari kerosakan prestasi sirkuit dan kerosakan kepercayaan disebabkan suhu tinggi.

1., Kehilangan radiasi

Kehilangan radiasi bergantung pada frekuensi operasi, tebal substrat sirkuit, konstan dielektrik (konstan dielektrik relatif atau ε R) PCB, dan banyak parameter sirkuit lain seperti skema desain. Dalam rancangan skema, kerugian radiasi sering berasal dari pertukaran impedance yang buruk dalam sirkuit atau perbezaan dalam transmisi gelombang elektromagnetik dalam sirkuit. Kawasan pengubahsuaian litar biasanya termasuk kawasan input isyarat, titik pengubahsuaian langkah, garis stub, dan rangkaian yang sepadan. Rancangan sirkuit yang masuk akal boleh menyedari perubahan impedance licin dan dengan itu mengurangi kerugian radiasi sirkuit. Sudah tentu, ia perlu dikenali bahawa terdapat kemungkinan ketidaksepadan impedance di mana-mana antaramuka litar yang membawa kepada kerugian radiasi. Dari perspektif frekuensi operasi, semakin tinggi frekuensi, semakin besar kerugian radiasi sirkuit.

Parameter bahan sirkuit berkaitan dengan kehilangan radiasi adalah terutama konstan dielektrik dan tebal bahan PCB. Semakin tebal substrat sirkuit, semakin besar kemungkinan kehilangan radiasi; Semakin rendah εR bahan PCB, semakin besar kerugian radiasi sirkuit. Penggunaan substrat sirkuit tipis boleh digunakan sebagai cara untuk offset kerugian radiasi disebabkan oleh bahan sirkuit εR rendah dalam kombinasi karakteristik bahan. Kesan tebal substrat dan εR pada kerugian radiasi sirkuit adalah kerana ia adalah fungsi bergantung pada frekuensi. Apabila tebal substrat sirkuit tidak lebih dari 20 mIL dan frekuensi operasi kurang dari 20 GHz, kerugian radiasi sirkuit sangat rendah. Kerana kebanyakan frekuensi pemodelan sirkuit dan pengukuran dalam kertas ini berada di bawah 20GHz, kesan kehilangan radiasi pada pemanasan sirkuit akan diabaikan dalam perbincangan ini.

Selepas kerugian radiasi diabaikan di bawah 20GHz, kerugian penyisipan sirkuit garis transmisi microstrip terutamanya mengandungi dua bahagian: kerugian dielektrik dan kerugian konduktor, nisbah yang terutamanya bergantung pada tebal substrat sirkuit. For the thinner substrate, conductor loss is the main component. Untuk banyak alasan, sukar untuk meramalkan kehilangan konduktor dengan tepat. Contohnya, keras permukaan konduktor mempunyai kesan besar pada ciri-ciri penyebaran gelombang elektromagnetik. Kekerasan permukaan foil tembaga tidak hanya akan mengubah konstan penyebaran gelombang elektromagnetik sirkuit garis mikrostrip tetapi juga meningkatkan kehilangan konduktor. Kerana kesan kulit, pengaruh kembaran foil tembaga pada kehilangan konduktor juga berkaitan dengan frekuensi.

2, Model panas

Dalam sirkuit garis microstrip, lapisan konduktor atas bertindak sebagai lapisan isyarat, lapisan konduktor bawah bertindak sebagai lapisan tanah, dan lapisan dielektrik dipenuhi diantara dua lapisan. Anggap bahawa pesawat isyarat bertindak sebagai sumber panas dan panas dijana oleh pesawat isyarat, pesawat mendarat mempunyai sink panas dan bertindak sebagai sumber sejuk, dan substrat bertindak sebagai konduktor panas untuk memindahkan panas dari pesawat isyarat ke pesawat mendarat. Walaupun proses generasi panas sebenar dalam sirkuit microstrip adalah kompleks, asumsi seperti ini diterima untuk model panas sederhana. Substrat sirkuit adalah konduktor panas yang sangat buruk. Contohnya, tembaga adalah konduktor panas yang baik, konduktivitas panasnya 400W/m/K; Namun, konduktiviti panas kebanyakan substrat PCB komersial jauh kurang dari nilai ini, hanya 0.2 hingga 0.3W /m/K. Persamaan aliran panas menjelaskan mengapa sirkuit tipis (L kecil) boleh meningkatkan aliran panas dan mencapai penyebaran panas yang lebih baik pada aras kuasa tinggi. Pada masa yang sama, dalam keadaan kuasa tinggi, dibandingkan dengan substrat konduktiviti panas rendah, substrat konduktiviti panas tinggi boleh mencapai aliran panas yang lebih tinggi dan penyebaran panas yang lebih baik.

Kuasa mikrogelombang rf PCB terbatas oleh MOT sirkuit dan persekitaran kerja sirkuit. Aras kuasa diterima jika kuasa muatan tidak menyebabkan litar panas lebih daripada MOT litar. Sudah tentu, kuasa yang dimuatkan akan menyebabkan litar memanaskan dan membuat suhu litar melebihi suhu lingkungan luar. Apabila suhu luaran +25°C, panas yang dijana oleh kuasa mikrogelombang RF yang dimuatkan tidak melebihi MOT. Apabila aras kuasa yang sama dilaksanakan pada sirkuit pada suhu luaran +50°C, panas yang dijana oleh sirkuit boleh melebihi MOT dan menyebabkan masalah dengan sirkuit. Seperti yang dianalisis di atas, kuasa papan sirkuit PCB frekuensi tinggi juga bergantung pada persekitaran kerja luaran.

3, Faktor Influenza

Untuk memahami lebih baik faktor yang mempengaruhi prestasi panas sirkuit PCB, sirkuit garis transmisi microstrip 50-ohm dengan struktur Figure 1 dan Figure 2 digunakan untuk melakukan kajian. Rangkaian dengan tebal yang berbeza dan kasar tembaga yang berbeza diciptakan pada jenis PCB yang sama. Selain itu, selain sirkuit microstrip gelombang koplanar yang terkawal dengan ketat yang dijalankan pada bahan-bahan PCB kerugian rendah, sirkuit dijalankan pada bahan-bahan PCB kerugian tinggi untuk penilaian. Kuasa mikrogelombang RF input berjulat dari 5W hingga 85W, dan semua sirkuit mempunyai kehilangan kembali yang lebih besar dari 18dB pada 3.4GH dengan fin a tembaga tertutup 0.25 inci. Sirkuit ini dikelilingi dengan filem konduktor elektrik COOLSPAN ®. Bahan melekat termoset ini mempunyai konduktiviti panas 6 W/m/K.

Imej inframerah digunakan untuk rekod pemanasan sirkuit dalam keadaan kuasa tertentu. Untuk memastikan ketepatan pengukuran, warna sirkuit dan permukaannya dalam medan pandangan imej inframerah patut konsisten. Mengguna cat hitam sebagai warna permukaan membolehkan imej panas untuk mendapatkan imej panas yang tepat. Sisi bawah ialah menggunakan cat hitam meningkatkan kerugian penyisipan pada garis penghantaran. Kehilangan penyisihan akan menyebabkan peningkatan panas yang direkam, yang boleh dianggap panas terburuk. Selain itu, kesan kehilangan penyisihan (meningkat suhu) pada panduan gelombang koplanar tanah lebih besar daripada yang bagi sirkuit microstrip kerana tanah - isyarat - kawasan tanah panduan gelombang koplanar ditutup dengan cat hitam dan densiti semasa di kawasan ini adalah tinggi.

4., Kesimpulan

Dari perspektif kawalan panas, faktor yang berbeza kehilangan penyisihan, model panas sederhana, dan beberapa parameter bahan sirkuit utama dianalisis untuk memahami kesan panas sirkuit PCB di bawah syarat kuasa tinggi RF dan isyarat microwave. Secara umum, bahan sirkuit relatif tipis, konduktiviti panas tinggi, permukaan foil tembaga licin, dan faktor kehilangan rendah menyebabkan mengurangkan kesan pemanasan papan sirkuit PCB frekuensi tinggi dalam keadaan kuasa tinggi RF dan isyarat microwave.