Microwave Teknolojisi - Yüksek frekans PCB devresinin sıcak etkisi hakkında tartışma

Hf/mikro dalga rf sinyali yüksek frekans PCB devre tahtasına beslendiğinde devre kendi kaybı ve devre materyali kesinlikle belli bir miktar ısı oluşturacak. Kaybı daha büyük, PCB materyalinden geçen güç daha yüksek ve üretilen sıcaklık daha büyük olacak. Devre operasyon sıcaklığı oranlı değeri aştığında, bazı problemler devre ile oluşabilir. Örneğin, PCB'lere bilinen tipik bir operasyon parametri MOT veya maksimum operasyon sıcaklığıdır. Operasyon sıcaklığı MOT'yi aştığında PCB devresinin performans ve güveniliği tehdit edilecek. Elektromagnetik modelleme ve deneysel ölçümlerin birleşmesiyle, RF mikrodalga PCB'nin termal özelliklerini anlamak üzere devre performansının degradasyondan ve güveniliğin yüksek sıcaklığın sebebi olan güveniliğin değerlendirmesinden koruyabilir.

1., Radyasyon kaybı

Radyasyon kaybı PCB'nin operasyon frekansına, devre altratının kalıntısına bağlı, dizayn tasarımına benzer birçok diğer devre parametrelerine bağlı. Tasarım tasarımlarına göre radyasyon kaybı sık sık devredeki kötü impedans dönüşünden veya devredeki elektromagnetik dalga transmisindeki farklılıklardan sonuçlar. Devre impedance değiştirme bölgesi genellikle sinyal girdi bölgesi, adım impedance noktası, tutuklu çizgi ve eşleşen ağ içeriyor. Düzenli devre tasarımı düzgün impedans değişimini anlayabilir ve bu yüzden devre radyasyon kaybını azaltır. Elbette, radyasyon kaybına yol a çan herhangi bir devre arayüzünde imkansız uygulama olasılığı olduğuna dair tanınmalı. Operasyon frekansiyonunun perspektivinden, frekansiyonun yüksekliğinden, devrelerin radyasyon kaybının daha büyük olacak.

Radyasyon kaybıyla ilgili devre materyallerinin parametreleri genellikle dielektrik konstant ve PCB materyal kalınlığıdır. Devre altyapısı daha kalın, radyasyon kaybının olasılığı daha büyük; PCB materyalinin ε R'ünün aşağısı, devrelerin radyasyon kaybı daha büyük. Zayıf bir devre altrasını kullanmak materyal özellikleri birleştirerek, düşük ε R devre maddeleri tarafından gelen radyasyon kaybını offset etmek için kullanılabilir. Çeviri radyasyon kaybına uygun kalınlığın ve ε R etkisi, frekans bağlı bir fonksiyondur. Dört altratının kalınlığı 20mIL'den fazla değil ve operasyon frekansı 20GHz'den az olduğunda devreğin radyasyon kaybı çok düşük. Bu gazetedeki devre modelleme ve ölçüm frekanslarının çoğu 20GHz altında olduğundan dolayı, devre ısınmasına radyasyon kaybının etkisi bu tartışmada görmezden gelecek.

Radyasyon kaybının 20 GHz altında ihmal edildiğinden sonra, mikrostrip aktarma hatının kaybını içeren iki parça içeriyor: dielektrik kaybı ve yönetici kaybı, bunun oranı genellikle devre altının kalıntısına bağlı. Daha ince altratı için, yönetici kaybı temel komponent. Birçok sebepten dolayı, yönetici kaybını tam olarak tahmin etmek zor. Örneğin, bir yöneticinin yüzeysel a ğırlığı elektromagnet dalgalarının propagasyon özelliklerine büyük bir etkisi var. Bakar yağmurunun yüzeysel ağırlığı sadece mikrostrip çizgi devrelerin elektromagnetik dalga propagasyon konstantünü değiştirmez ama yönetici kaybını da artırmayacak. Deri etkisi yüzünden, yönetici kaybına bakra yağmur ağırlığının etkisi de frekanslara bağlı.

2, Termal Modeli

Mikrostrip çizgi devrinde, üst yönetici katı sinyal uça ğı olarak hareket ediyor, alt yönetici katı yeryüzü uçağı olarak hareket ediyor ve dielektrik katı iki uçak arasında dolduruyor. Sinyal uça ğın ısı kaynağı olarak çalıştığını tahmin edin ve sıcaklığı sinyal uçağı tarafından üretildiğini, yerleştirme uçağının sıcaklığı sıcaklığı ve soğuk kaynağı olarak hareket ettiğini ve subtrat sıcaklığı sinyal uçağından yerleştirme uçağına taşımak için ısı yöneticisi olarak Mikrostrip devrelerindeki gerçek ısı üretim süreci karmaşık olsa da, bu tahminler basit sıcak modeller için kabul edilebilir. Devre altyapısı çok zayıf bir sıcak yöneticidir. Örneğin, bakır, 400W/m/K sıcak hareketinde iyi bir sıcak yöneticidir; Ancak, en çok ticari PCB substratların sıcak süreci bu değerden çok daha az, sadece 0.2 ile 0.3W /m/K. Sıcak akışı denklemi neden ince devreler (küçük L) ısı akışını geliştirebileceğini ve yüksek güç seviyelerinde daha iyi ısı patlamasını sağlayabileceğini açıklıyor. Aynı zamanda, yüksek güç koşulları altında, düşük sıcak davranışlık altınıyla karşılaştığında yüksek sıcak akışını ve daha iyi ısı bozulmasını sağlayabilir.

PCB'nin rf mikro dalga gücü devre ve devre çalışma çevresi ile sınırlı. Elektrik seviyesi, yük gücü devrelerin MOT'den daha fazla ısınmasına neden olursa kabul edilebilir. Tabii ki yüklü güç devreleri ısıtıp devre sıcaklığını dış çevre sıcaklığından aştıracak. Dışarı sıcaklık +25°C olduğunda yüklenen RF mikrodalgılık gücü tarafından üretilen ısı MOT'den fazla geçmez. Aynı enerji seviyesi devre +50°C'nin dış sıcaklığında uygulandığında devre tarafından üretilen sıcaklık MOT'i aştır ve devre ile sorun çıkarır. Yukarıda analiz edildiği gibi, yüksek frekans PCB devre tahtasının gücü de dış çalışma çevresinde bir nokta bağlı.

3, Etkileme faktörü

PCB devresinin termal performansını etkilediği faktörleri daha iyi anlamak için, araştırmaları gerçekleştirmek için 50-ohm mikrostrip yayınlama hattı devreleri ile 1. ve 2. Şekil yapısıyla kullanıldı. Farklı kalınklar ve farklı bakra ağırlığı ile daireler aynı tür PCB materyalinde makinelerdi. Ayrıca, düşük kaybedenler PCB materyallerinde makineler üzerinde düşük kaybedenler topraklı koplanar dalga rehberlerinin yanında devreler değerlendirmek için yüksek kaybedenler PCB materyallerinde makineler yapıldı. İçeri RF mikrodalga gücü 5W'den 85W'e kadar uzanıyor ve tüm devreler 18 dB'den fazla kaybı 3,4GH'de 0,25 inç örtülü bakra fin ile geri dönüyor. Dört COOLSPAN ® elektrotermül yönetici filmi ile kaplı. Bu termosetim yapıştırıcı maddelerin 6 W/m/K sıcak hareketi vardır.

Çeviri sıcaklığını belli güç şartları altında kaydetmek için kızıl kızıl bir görüntüler kullanıldı. Ölçümün doğruluğunu sağlamak için devreğin rengi ve yüzeyinin kızıl kızıl görüntülerin görüntülerinin alanında uyumlu olmalı. Siyah boya yüzey rengi olarak kullanılmak sıcak görüntüleyi tam sıcak görüntüleri elde etmesini sağlar. Aşağıdaki tarafı, siyah boya kullanarak ulaşım çizgilerinde giriş kaybını arttırır. İçeri giriş kaybının artması kayıtlı ısının artmasına neden olur. Bu da en kötü durumda sıcaklık olarak kabul edilebilir. Ayrıca, toprak koplanar dalga rehberine giriş kaybının (sıcaklık yükselmesinin) etkisi mikrostrip devrelerinden daha büyük çünkü toprak - sinyal - koplanar dalga rehberinin toprak bölgesi siyah boyunla örtülüyor ve bu bölgedeki şu anda yoğunluğun yüksektir.

4., Sonuç

Yüksek güç RF ve mikrodalgılık sinyallerinin durumu altında PCB devresinin termal etkisini anlamak için sıcak kontrolünün perspektivinden, giriş kaybının farklı faktörleri, basit bir termal modeli ve bazı ana devre materyal parametreleri analiz edilir. Genelde, yaklaşık ince devre maddeleri, yüksek sıcak süreci, düzgün bakra yağmuru yüzeyi ve düşük kaybı faktörü yüksek frekans PCB devre tahtasının ısınması etkisini yüksek güç RF ve mikro dalga sinyallerinin durumu altında azaltmak için yardımcı oluyor.