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

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.

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.

بعد تجاهل خسارة الإشعاع التي تقل عن 20 جيجاهرتز ، تشتمل خسارة الإدخال في دائرة خط نقل microstrip بشكل أساسي على جزأين: فقد العازل وفقدان الموصل. تعتمد نسبة الاثنين بشكل أساسي على سمك ركيزة الدائرة. بالنسبة للركائز الرقيقة ، فإن فقدان الموصل هو المكون الرئيسي. لأسباب عديدة ، من الصعب عمومًا التنبؤ بدقة بخسارة الموصل. على سبيل المثال ، خشونة السطح للموصل لها تأثير كبير على خصائص انتقال الموجات الكهرومغناطيسية. لن تؤدي خشونة السطح للرقائق النحاسية إلى تغيير ثابت انتشار الموجة الكهرومغناطيسية لدائرة microstrip فحسب ، بل ستزيد أيضًا من فقد الموصل للدائرة. بسبب تأثير الجلد ، فإن تأثير خشونة رقائق النحاس على فقدان الموصل يعتمد أيضًا على التردد. يقارن الشكل 1 فقدان الإدراج لـ 50 أوم دوائر خط نقل microstrip بناءً على سماكات مختلفة لثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والتي تبلغ 6.6 مل و 10 مل ، على التوالي.

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.

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.