Wanneer die hoëfrekwensie/mikrogolf radiofrekwensiesein in die PCB stroombaan, sal die verlies wat deur die stroombaan self en die stroombaanmateriaal veroorsaak word, noodwendig ‘n sekere hoeveelheid hitte genereer. Hoe groter die verlies, hoe hoër is die krag wat deur die PCB-materiaal gaan, en hoe groter word die hitte wat gegenereer word. Wanneer die bedryfstemperatuur van die stroombaan die nominale waarde oorskry, kan die stroombaan probleme veroorsaak. Byvoorbeeld, die tipiese bedryfsparameter MOT, wat welbekend is in PCB’s, is die maksimum bedryfstemperatuur. Wanneer die bedryfstemperatuur die MOT oorskry, sal die werkverrigting en betroubaarheid van die PCB-stroombaan bedreig word. Deur die kombinasie van elektromagnetiese modellering en eksperimentele metings, kan die begrip van die termiese kenmerke van RF-mikrogolf-PCB’s help om stroombaanprestasie-agteruitgang en betroubaarheidsdegradasie veroorsaak deur hoë temperature te vermy.

Om te verstaan ​​hoe invoegingsverlies in stroombaanmateriaal voorkom, help om die belangrike faktore wat verband hou met die termiese werkverrigting van hoëfrekwensie PCB-stroombane beter te beskryf. Hierdie artikel sal die mikrostrook transmissielynkring as ‘n voorbeeld neem om die afwykings wat verband hou met die termiese werkverrigting van die stroombaan te bespreek. In ‘n mikrostrookkring met ‘n dubbelsydige PCB-struktuur sluit verliese diëlektriese verlies, geleierverlies, stralingsverlies en lekverlies in. Die verskil tussen die verskillende verlieskomponente is groot. Met ‘n paar uitsonderings is die lekverlies van hoëfrekwensie PCB-stroombane oor die algemeen baie laag. In hierdie artikel, aangesien die lekverlieswaarde baie laag is, sal dit vir eers geïgnoreer word.

Stralingsverlies

Stralingsverlies hang af van baie stroombaanparameters soos bedryfsfrekwensie, stroombaansubstraatdikte, PCB diëlektriese konstante (relatiewe diëlektriese konstante of εr) en ontwerpplan. Wat ontwerpskemas betref, spruit stralingsverlies dikwels uit swak impedansietransformasie in die stroombaan of verskille in elektromagnetiese golftransmissie in die stroombaan. Kringimpedansie-transformasie-area sluit gewoonlik seininvoerarea, stapimpedansiepunt, stomp en bypassende netwerk in. Redelike stroombaanontwerp kan gladde impedansietransformasie realiseer, waardeur die stralingsverlies van die stroombaan verminder word. Natuurlik moet daar besef word dat daar die moontlikheid is van impedansie-wanaanpassing wat lei tot stralingsverlies by enige koppelvlak van die stroombaan. Uit die oogpunt van bedryfsfrekwensie, gewoonlik hoe hoër die frekwensie, hoe groter is die stralingsverlies van die stroombaan.

Die parameters van stroombaanmateriaal wat verband hou met stralingsverlies is hoofsaaklik diëlektriese konstante en PCB-materiaaldikte. Hoe dikker die stroombaansubstraat, hoe groter is die moontlikheid om stralingsverlies te veroorsaak; hoe laer die εr van die PCB-materiaal, hoe groter is die stralingsverlies van die stroombaan. Met ‘n omvattende weeg van materiaalkenmerke, kan die gebruik van dun stroombaansubstrate gebruik word as ‘n manier om die stralingsverlies wat veroorsaak word deur lae εr stroombaanmateriaal te verreken. Die invloed van stroombaansubstraatdikte en εr op stroombaanstralingsverlies is omdat dit ‘n frekwensie-afhanklike funksie is. Wanneer die dikte van die stroombaansubstraat nie 20mil oorskry nie en die bedryfsfrekwensie laer as 20GHz is, is die stralingsverlies van die stroombaan baie laag. Aangesien die meeste van die stroombaanmodellering en metingsfrekwensies in hierdie artikel laer as 20GHz is, sal die bespreking in hierdie artikel die invloed van stralingsverlies op stroombaanverhitting ignoreer.

Nadat die stralingsverlies onder 20GHz geïgnoreer is, sluit die invoegverlies van ‘n mikrostrook transmissielynkring hoofsaaklik twee dele in: diëlektriese verlies en geleierverlies. Die verhouding van die twee hang hoofsaaklik af van die dikte van die stroombaansubstraat. Vir dunner substrate is geleierverlies die hoofkomponent. Om baie redes is dit oor die algemeen moeilik om die geleierverlies akkuraat te voorspel. Byvoorbeeld, die oppervlakruwheid van ‘n geleier het ‘n groot invloed op die transmissie-eienskappe van elektromagnetiese golwe. Die oppervlakruwheid van koperfoelie sal nie net die elektromagnetiese golfvoortplantingskonstante van die mikrostrookkring verander nie, maar ook die geleierverlies van die stroombaan verhoog. As gevolg van die vel effek, is die invloed van koperfoelie grofheid op geleierverlies ook frekwensie-afhanklik. Figuur 1 vergelyk die invoegverlies van 50 ohm mikrostrook transmissielynkringe gebaseer op verskillende PCB-diktes, wat onderskeidelik 6.6 mils en 10 mils is.

25

Figuur 1. Vergelyking van 50 ohm mikrostrook transmissielyn stroombane gebaseer op PCB materiale van verskillende diktes

Gemeet en gesimuleerde resultate

Die kurwe in Figuur 1 bevat die gemete resultate en simulasieresultate. Die simulasieresultate word verkry deur Rogers Corporation se MWI-2010 mikrogolfimpedansieberekeningsagteware te gebruik. Die MWI-2010-sagteware haal die analitiese vergelykings in die klassieke vraestelle op die gebied van mikrostrooklynmodellering aan. Die toetsdata in Figuur 1 word verkry deur die differensiële lengtemetingsmetode van ‘n vektornetwerkontleder. Dit kan uit Fig. 1 gesien word dat die simulasieresultate van die totale verlieskurwe basies ooreenstem met die gemete resultate. Uit die figuur kan gesien word dat die geleierverlies van die dunner stroombaan (die kromme aan die linkerkant stem ooreen met ‘n dikte van 6.6 mil) die hoofkomponent van die totale invoegverlies is. Soos die stroombaandikte toeneem (die dikte wat ooreenstem met die kromme aan die regterkant is 10mil), is die diëlektriese verlies en die geleierverlies geneig om nader te kom, en die twee saam vorm die totale invoegverlies.

Die simulasiemodel in Figuur 1 en die stroombaanmateriaalparameters wat in die werklike stroombaan gebruik word, is: diëlektriese konstante 3.66, verliesfaktor 0.0037, en kopergeleieroppervlakruwheid 2.8 um RMS. Wanneer die oppervlakruwheid van die koperfoelie onder dieselfde stroombaanmateriaal verminder word, sal die geleierverlies van die 6.6 mil- en 10 mil-kringe in Figuur 1 aansienlik verminder word; die effek is egter nie duidelik vir die 20 mil-kring nie. Figuur 2 toon die toetsresultate van twee stroombaanmateriaal met verskillende grofheid, naamlik Rogers RO4350B™-standaardbaanmateriaal met hoë grofheid en Rogers RO4350B LoPro™-baanmateriaal met lae grofheid.

Figuur 2 toon die voordele van die gebruik van ‘n gladde koperfoelie-oppervlaksubstraat om mikrostrookkringe te verwerk. Vir dunner substrate kan die gebruik van gladde koperfoelie die invoegverlies aansienlik verminder. Vir die 6.6mil substraat word die invoegverlies verminder met 0.3 dB by 20GHz as gevolg van die gebruik van gladde koperfoelie; die 10mil substraat word verminder met 0.22 dB by 20GHz; en die 20mil-substraat, word die invoegverlies slegs met 0.11 dB verminder.

Soos getoon in Figuur 1 en Figuur 2, hoe dunner die stroombaansubstraat, hoe groter is die invoegverlies van die stroombaan. Dit beteken dat wanneer die stroombaan met ‘n sekere hoeveelheid RF-mikrogolfkrag gevoer word, hoe dunner die stroombaan meer hitte sal opwek. Wanneer die kwessie van stroombaanverhitting omvattend geweeg word, genereer ‘n dunner stroombaan aan die een kant meer hitte as ‘n dik stroombaan by hoë kragvlakke, maar aan die ander kant kan ‘n dunner stroombaan meer effektiewe hittevloei deur die hitteput verkry. Hou die temperatuur relatief laag.

Om die verwarmingsprobleem van die stroombaan op te los, moet die ideale dun stroombaan die volgende kenmerke hê: lae verliesfaktor van die stroombaanmateriaal, gladde koperdun oppervlak, lae εr en hoë termiese geleidingsvermoë. In vergelyking met die stroombaanmateriaal van hoë εr, kan die geleierwydte van dieselfde impedansie wat verkry word onder die toestand van lae εr groter wees, wat voordelig is om die geleierverlies van die stroombaan te verminder. Vanuit die perspektief van stroombaanhitteafvoer, hoewel die meeste hoëfrekwensie PCB-stroombaansubstrate baie swak termiese geleidingsvermoë het relatief tot geleiers, is die termiese geleidingsvermoë van stroombaanmateriale steeds ‘n baie belangrike parameter.

Baie besprekings oor die termiese geleidingsvermoë van stroombaansubstrate is in vroeëre artikels uitgebrei, en hierdie artikel sal ‘n paar resultate en inligting uit vroeëre artikels aanhaal. Byvoorbeeld, die volgende vergelyking en Figuur 3 is nuttig om die faktore wat verband hou met die termiese werkverrigting van PCB-stroombaanmateriaal te verstaan. In die vergelyking is k die termiese geleidingsvermoë (W/m/K), A is die oppervlakte, TH is die temperatuur van die hittebron, TC is die temperatuur van die koue bron, en L is die afstand tussen die hittebron en die koue bron.