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

Radiation loss depends on many circuit parameters such as operating frequency, circuit substrate thickness, PCB dielectric constant (relative dielectric constant or εr) and design plan. As far as design schemes are concerned, radiation loss often stems from poor impedance transformation in the circuit or electromagnetic waves in the circuit. The difference in transmission. Circuit impedance transformation area usually includes signal feed-in area, step impedance point, stub and matching network. Reasonable circuit design can realize smooth impedance transformation, thereby reducing the radiation loss of the circuit. Of course, it should be realized that there is the possibility of impedance mismatch leading to radiation loss at any interface of the circuit. From the point of view of operating frequency, usually the higher the frequency, the greater the radiation loss of the circuit.

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.

The simulation results are obtained using Rogers Corporation’s MWI-2010 microwave impedance calculation software. The MWI-2010 software quotes the analytical equations in the classic papers in the field of microstrip line modeling. The test data in Figure 1 is obtained by the differential length measurement method of a vector network analyzer. It can be seen from Fig. 1 that the simulation results of the total loss curve are basically consistent with the measured results. It can be seen from the figure that the conductor loss of the thinner circuit (the curve on the left corresponds to a thickness of 6.6 mil) is the main component of the total insertion loss. As the circuit thickness increases (the thickness corresponding to the curve on the right is 10mil), the dielectric loss and the conductor loss tend to approach, and the two together constitute the total insertion loss.

The circuit material parameters used in the simulation model and the actual circuit are: dielectric constant 3.66, loss factor 0.0037, and copper conductor surface roughness 2.8 um RMS. When the surface roughness of the copper foil under the same circuit material is reduced, the conductor loss of the 6.6 mil and 10 mil circuits in Figure 1 will be significantly reduced; however, the effect is not obvious for the 20 mil circuit. Figure 2 shows the test results of two circuit materials with different roughness, namely Rogers RO4350B™ standard circuit material with high roughness and Rogers RO4350B LoPro™ circuit material with low roughness.

For thinner substrates, the use of smooth copper foil can significantly reduce the insertion loss. For the 6.6mil substrate, the insertion loss is reduced by 0.3 dB due to the use of smooth copper foil at 20GHz; the 10mil substrate is reduced by 0.22 dB at 20GHz; and the 20mil substrate, the insertion loss is only reduced by 0.11 dB.

This means that when the circuit is fed with a certain amount of RF microwave power, the thinner the circuit will generate more heat. When comprehensively weighing the issue of circuit heating, on the one hand, a thinner circuit generates more heat than a thick circuit at high power levels, but on the other hand, a thinner circuit can obtain more effective heat flow through the heat sink. Keep the temperature relatively low.

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.