СВЧ технология - исследование теплового эффекта высокочастотной цепи PCB

Когда высокая частота/мicrowave rf signal is fed into the высокочастотная цепь PCB доска, потери от самой цепи и материалов цепи неизбежно вызывают определённое тепло.. Чем больше убыток, Чем выше мощность материала PCB, and the greater the heat generated will be. когда рабочая температура цепи превышает номинальное значение, some problems may occur with the circuit. например, a typical operating parameter known to PCBs is MOT or maximum operating temperature. когда рабочая температура превышает MOT, производительность и надежность системы схема PCB быть под угрозой. Through the combination of electromagnetic modeling and experimental measurement, understanding the thermal characteristics of RF microwave PCB can help to avoid circuit performance degradation and reliability degradation caused by high temperature.

потеря излучения

радиационные потери зависят от частоты работы, толщины опорной платы цепи, диэлектрической проницаемости PCB (относительная диэлектрическая постоянная или отключенная МКР) и многих других параметров цепи, таких, как проектная схема. при проектировании потери радиации обычно объясняются плохим преобразованием импедансов в цепи или различиями в передаче электромагнитных волн в цепи. область трансформации импедансов цепи обычно включает входную область сигнала, точку ступенчатого импеданса, шлейф и согласующую сеть. рациональный дизайн схемы позволяет осуществить плавное преобразование импедансов, что снижает потери излучения в цепи. Разумеется, следует признать, что любой интерфейс цепи может быть сопряжен с импедансом рассогласования, что приводит к радиационным потерям. по рабочим частотам, чем выше частота, тем больше потери излучения в цепи.

Параметры материалов цепи, связанные с радиационными потерями, в основном диэлектрические константы и толщина материала PCB. толщина основной платы, the greater the possibility of radiation loss; The lower the ε R of PCB material, Чем больше потери излучения в цепи. Use of a thin circuit substrate can be used as a way to offset the radiation losses caused by low ε R circuit materials in a combination of material characteristics. толщина базовой платы и влияние отключения МКР на радиационные потери в цепи, потому что это функция, связанная с частотой. Если толщина основной платы не превышает 20 мIL и рабочая частота меньше 20 ггц, the radiation loss of the circuit is very low. Поскольку большинство моделей и измерений цепи в данной статье ниже 20 ггц, В ходе этого обсуждения будет проигнорировано влияние радиационных потерь на нагревание цепей.

после игнорирования радиационных потерь ниже 20GHz, потери при вставке схемы передачи микрополос включают в себя как потери диэлектрика, так и потери проводника, пропорции которых в основном зависят от толщины основной платы цепи. для тонкой подложки основным компонентом является потеря проводника. по многим причинам трудно точно предсказать потери проводника. например, шероховатость поверхности проводника сильно влияет на характеристики распространения электромагнитных волн. шероховатость поверхности медной фольги не только изменяет константу распространения электромагнитных волн в микросхемах, но и увеличивает потери проводника. влияние шероховатости медной фольги на потерю проводника из - за скин - эффекта также зависит от частоты.

тепловая модель

в микросхеме, верхний слой проводника служит сигналом плоскости, нижний слой проводника заполнен локальной плоскостью, диэлектрический слой заполняется между двумя плоскостями. Предположим, что плоскость сигнала используется в качестве источника тепла, тепло вырабатывается из плоскости сигнала, заземляется пол с радиатором и используется в качестве источника холода, основная плита используется в качестве теплопроводного тела, теплота передается от плоскости сигнала к полу. Хотя фактические процессы нагрева в микросхемах сложны, эта гипотеза приемлема для простой тепловой модели. основа цепи - очень плохой теплопроводник. например, медь является хорошим теплопроводником, коэффициент теплопроводности которого составляет 400W / m / K; уравнение теплового потока объясняет, почему тонкие схемы (малые L) могут улучшить тепловой поток и достичь более высокого уровня теплоотдачи. В то же время в условиях высокой мощности, по сравнению с базой с низкой теплопроводностью, основная плита с высокой теплопроводностью может обеспечить более высокую плотность теплового потока и более высокий эффект теплоотдачи.

радиочастотная микроволновая мощность PCB ограничена условиями работы MOT и схем. уровень мощности приемлем, если мощность нагрузки не приводит к тому, что цепь нагревает больше, чем MOT цепи. Конечно, the loaded power will cause the circuit to heat up and make the circuit temperature exceed the external ambient temperature. When the external temperature is +25°C, the heat generated by the loaded RF microwave power does not exceed the MOT. When the same power level is applied to the circuit at an external temperature of +50°C, количество тепла, вырабатываемого в цепи, может превысить уровень MOT и привести к неисправности схемы. Как указывалось выше, the power of высокочастотный PCB плата цепитакже в определенной степени зависит от внешних условий работы.

фактор влияния

чтобы лучше понять факторы, влияющие на тепловую характеристику двигателя схема PCB, исследование с использованием схемы 50 - ом микрополосной линии передачи с диаграммами 1 и 2. схема обработки различных толщин и шероховатости меди на одном и том же типе PCB. Кроме того, in addition to the tightly coupled grounded coplanar waveguide microstrip circuits machined on the low-loss материал PCB, схема обрабатывается с высокими потерями материал PCB оценка. The input RF microwave power ranges from 5W to 85W, потери эхо во всех схемах более 18 дБ (3).4GH полоса 0.25 inch covered copper fin. Эта схема покрыта теплопроводником COOLSPAN. теплопроводность этого термореактивного связующего материала составляет 6 Вт/m/K.

использовать инфракрасный формирователь изображения для регистрации нагрева цепи в определённых условиях мощности. для обеспечения точности измерений в поле зрения инфракрасного формирователя изображения должны быть одинаковы цвета цепи и поверхности. использование черной краски в качестве цвета поверхности позволяет тепловизору получить точные тепловые изображения. недостаток в том, что использование черной краски увеличивает потери при вставке линии передачи. увеличение вносимых потерь приведет к увеличению регистрируемого тепла, которое можно считать самым плохим в данном случае. Кроме того, воздействие вносимых потерь (повышения температуры) на поверхностные копланарные волноводы больше, чем на микросхемы микрополос, поскольку земная область - сигнал - копланарные волноводы покрыта черными красками, а плотность тока в регионе выше.

…£Conclusion

From the perspective of heat control, Вставка различных элементов потерь, a simple thermal model, также были проанализированы некоторые параметры материалов основной цепи, чтобы понять тепловой эффект схемы схема PCB при высокой мощности. Вообще говоря, relatively thin circuit materials, высокий коэффициент теплопроводности, smooth copper foil surface, низкий коэффициент потерь помогает снизить эффект нагрева высокочастотная плата PCBunder the condition of high power RF and microwave signal.