عندما يتم تغذية إشارة تردد الراديو عالية التردد / الميكروويف في PCB الدائرة الكهربائية ، فإن الخسارة التي تسببها الدائرة نفسها ومادة الدائرة ستولد حتمًا قدرًا معينًا من الحرارة. كلما زادت الخسارة ، زادت الطاقة التي تمر عبر مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، وزادت الحرارة المتولدة. عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل للدائرة القيمة المقدرة ، قد تسبب الدائرة بعض المشاكل. على سبيل المثال ، معلمة التشغيل النموذجية MOT ، المعروفة جيدًا في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، هي درجة حرارة التشغيل القصوى. عندما تتجاوز درجة حرارة التشغيل MOT ، فإن أداء وموثوقية دائرة PCB ستكون مهددة. من خلال الجمع بين النمذجة الكهرومغناطيسية والقياسات التجريبية ، يمكن أن يساعد فهم الخصائص الحرارية لثنائي الفينيل متعدد الكلور بالموجات الدقيقة RF في تجنب تدهور أداء الدائرة وتدهور الموثوقية الناجم عن درجات الحرارة المرتفعة.

يساعد فهم كيفية حدوث فقد الإدخال في مواد الدوائر على وصف أفضل للعوامل المهمة المتعلقة بالأداء الحراري لدارات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد. ستأخذ هذه المقالة دائرة خط نقل microstrip كمثال لمناقشة المقايضات المتعلقة بالأداء الحراري للدائرة. في دائرة microstrip ذات هيكل ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين ، تشمل الخسائر فقدان العازل الكهربائي ، وفقدان الموصل ، وفقدان الإشعاع ، وفقدان التسرب. الفرق بين مكونات الخسارة المختلفة كبير. مع استثناءات قليلة ، يكون فقد التسرب لدارات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي التردد منخفضًا جدًا بشكل عام. في هذه المقالة ، نظرًا لأن قيمة خسارة التسرب منخفضة جدًا ، فسيتم تجاهلها في الوقت الحالي.

فقدان الإشعاع

يعتمد فقد الإشعاع على العديد من معلمات الدائرة مثل تردد التشغيل ، وسمك ركيزة الدائرة ، وثابت عازل ثنائي الفينيل متعدد الكلور (ثابت العزل النسبي أو εr) وخطة التصميم. بقدر ما يتعلق الأمر بمخططات التصميم ، غالبًا ما ينجم فقدان الإشعاع عن ضعف تحويل المعاوقة في الدائرة أو الاختلافات في انتقال الموجات الكهرومغناطيسية في الدائرة. تشتمل منطقة تحويل معاوقة الدائرة عادةً على منطقة تغذية الإشارة ، ونقطة مقاومة الخطوة ، والشبكة المركزية والمطابقة. يمكن أن يحقق تصميم الدائرة المعقول تحولًا سلسًا في المعاوقة ، وبالتالي تقليل فقد الإشعاع في الدائرة. بالطبع ، يجب أن ندرك أن هناك احتمال عدم تطابق الممانعة مما يؤدي إلى فقدان الإشعاع في أي واجهة من الدائرة. من وجهة نظر تردد التشغيل ، عادة كلما زاد التردد ، زاد فقدان إشعاع الدائرة.

معلمات مواد الدوائر المتعلقة بفقدان الإشعاع هي أساسًا ثابت العزل الكهربائي وسمك مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. كلما زادت سماكة ركيزة الدائرة ، زادت احتمالية التسبب في فقد الإشعاع ؛ كلما انخفض εr من مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، زاد فقدان إشعاع الدائرة. من خلال وزن خصائص المواد بشكل شامل ، يمكن استخدام ركائز الدائرة الرقيقة كطريقة لتعويض فقد الإشعاع الناجم عن مواد الدائرة المنخفضة. إن تأثير سماكة ركيزة الدائرة و εr على فقد إشعاع الدائرة يرجع إلى أنها وظيفة تعتمد على التردد. عندما لا يتجاوز سمك ركيزة الدائرة 20mil ويكون تردد التشغيل أقل من 20 جيجا هرتز ، يكون فقد الإشعاع في الدائرة منخفضًا جدًا. نظرًا لأن معظم ترددات النمذجة والقياس في هذه المقالة أقل من 20 جيجاهرتز ، فإن المناقشة في هذه المقالة ستتجاهل تأثير فقد الإشعاع على تسخين الدائرة.

After ignoring the radiation loss below 20GHz, the insertion loss of a microstrip transmission line circuit mainly includes two parts: dielectric loss and conductor loss. The proportion of the two mainly depends on the thickness of the circuit substrate. For thinner substrates, conductor loss is the main component. For many reasons, it is generally difficult to accurately predict conductor loss. For example, the surface roughness of a conductor has a huge influence on the transmission characteristics of electromagnetic waves. The surface roughness of copper foil will not only change the electromagnetic wave propagation constant of the microstrip circuit, but also increase the conductor loss of the circuit. Due to the skin effect, the influence of copper foil roughness on conductor loss is also frequency-dependent. Figure 1 compares the insertion loss of 50 ohm microstrip transmission line circuits based on different PCB thicknesses, which are 6.6 mils and 10 mils, respectively

النتائج المقاسة والمحاكاة

يحتوي المنحنى في الشكل 1 على النتائج المقاسة ونتائج المحاكاة. يتم الحصول على نتائج المحاكاة باستخدام برنامج حساب مقاومة الميكروويف MWI-2010 لشركة Rogers. يقتبس برنامج MWI-2010 المعادلات التحليلية في الأوراق الكلاسيكية في مجال نمذجة خط microstrip. يتم الحصول على بيانات الاختبار الواردة في الشكل 1 من خلال طريقة قياس الطول التفاضلي لمحلل شبكة المتجهات. يتضح من الشكل 1 أن نتائج المحاكاة لمنحنى إجمالي الخسارة متسقة بشكل أساسي مع النتائج المقاسة. يمكن أن نرى من الشكل أن خسارة الموصل للدائرة الأرق (المنحنى الموجود على اليسار يتوافق مع سماكة 6.6 مل) هو المكون الرئيسي لخسارة الإدراج الكلية. مع زيادة سماكة الدائرة (السماكة المقابلة للمنحنى على اليمين هي 10 مل) ، تميل خسارة العزل الكهربائي وفقدان الموصل إلى الاقتراب ، ويشكل الاثنان معًا خسارة الإدراج الكلية.

نموذج المحاكاة في الشكل 1 ومعلمات مواد الدائرة المستخدمة في الدائرة الفعلية هي: ثابت العزل الكهربائي 3.66 ، عامل الخسارة 0.0037 ، وخشونة سطح الموصل النحاسي 2.8 um RMS. عندما يتم تقليل خشونة السطح للرقائق النحاسية تحت نفس مادة الدائرة ، سيتم تقليل فقد الموصل لدائرتين 6.6 مل و 10 مل في الشكل 1 بشكل كبير ؛ ومع ذلك ، فإن التأثير غير واضح بالنسبة لدائرة 20 مل. يوضح الشكل 2 نتائج اختبار مادتين لدائرتين بخشونة مختلفة ، وهما مادة الدارة القياسية Rogers RO4350B ™ بخشونة عالية ومادة دارة Rogers RO4350B LoPro ™ بخشونة منخفضة.

كما هو مبين في الشكل 1 والشكل 2 ، كلما كانت ركيزة الدائرة أرق ، زادت خسارة إدخال الدائرة. هذا يعني أنه عندما يتم تغذية الدائرة بكمية معينة من طاقة الميكروويف RF ، فإن الدائرة الأرق ستولد مزيدًا من الحرارة. عند الموازنة الشاملة لمسألة تسخين الدائرة ، من ناحية ، تولد دائرة أرق حرارة أكثر من الدائرة السميكة عند مستويات طاقة عالية ، ولكن من ناحية أخرى ، يمكن لدائرة أرق الحصول على تدفق حراري أكثر فعالية من خلال المشتت الحراري. حافظ على درجة الحرارة منخفضة نسبيًا.

من أجل حل مشكلة التسخين في الدائرة ، يجب أن تتمتع الدائرة الرقيقة المثالية بالخصائص التالية: عامل خسارة منخفض لمادة الدائرة ، سطح نحاسي ناعم ، موصلية حرارية منخفضة وعالية. بالمقارنة مع مادة الدائرة عالية εr ، يمكن أن يكون عرض الموصل لنفس الممانعة التي تم الحصول عليها في حالة انخفاض εr أكبر ، وهو أمر مفيد لتقليل فقد الموصل للدائرة. من منظور تبديد حرارة الدائرة ، على الرغم من أن معظم ركائز دارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية التردد لها موصلية حرارية ضعيفة جدًا بالنسبة للموصلات ، إلا أن التوصيل الحراري لمواد الدائرة لا يزال معلمة مهمة جدًا.

تم تناول الكثير من المناقشات حول التوصيل الحراري لركائز الدائرة في مقالات سابقة ، وستقتبس هذه المقالة بعض النتائج والمعلومات من المقالات السابقة. على سبيل المثال ، المعادلة التالية والشكل 3 مفيدان لفهم العوامل المتعلقة بالأداء الحراري لمواد دائرة ثنائي الفينيل متعدد الكلور. في المعادلة ، k هي الموصلية الحرارية (W / m / K) ، A هي المنطقة ، TH هي درجة حرارة مصدر الحرارة ، TC هي درجة حرارة مصدر البرودة ، و L هي المسافة بين مصدر الحرارة و مصدر البرد.