Калі высокачашчынны / мікрахвалевы радыёчастотны сігнал падаецца ў Друкаваная плата ланцуга, страты, выкліканыя самой ланцугам і матэрыялам ланцуга, непазбежна выпрацоўваюць пэўную колькасць цяпла. Чым большыя страты, тым вышэй магутнасць, якая праходзіць праз матэрыял друкаванай платы, і тым больш выпрацоўваецца цяпло. Калі рабочая тэмпература ланцуга перавышае намінальнае значэнне, схема можа выклікаць некаторыя праблемы. Напрыклад, тыповым працоўным параметрам MOT, які добра вядомы ў друкаваных платах, з’яўляецца максімальная працоўная тэмпература. Калі працоўная тэмпература перавышае ТО, прадукцыйнасць і надзейнасць схемы друкаванай платы будуць пад пагрозай. Дзякуючы спалучэнні электрамагнітнага мадэлявання і эксперыментальных вымярэнняў, разуменне цеплавых характарыстык ВЧ-друкаваных плат можа дапамагчы пазбегнуць пагаршэння прадукцыйнасці схемы і пагаршэння надзейнасці, выкліканага высокімі тэмпературамі.

Разуменне таго, як адбываюцца ўносныя страты ў матэрыялах схем, дапамагае лепш апісаць важныя фактары, звязаныя з цеплавымі характарыстыкамі высокачашчынных схем друкаванай платы. У гэтым артыкуле будзе ўзята схема мікрапалоскавай лініі перадачы ў якасці прыкладу, каб абмеркаваць кампрамісы, звязаныя з цеплавой прадукцыйнасцю схемы. У мікрапалоскавай схеме з двухбаковай структурай друкаванай платы страты ўключаюць дыэлектрычныя страты, страты ў правадніку, страты на выпраменьванне і страты на ўцечку. Розніца паміж рознымі кампанентамі страт вялікая. За некаторымі выключэннямі, страты ад уцечкі высокачашчынных схем друкаванай платы, як правіла, вельмі нізкія. У гэтым артыкуле, паколькі значэнне страт ад уцечкі вельмі нізкае, на дадзены момант яно будзе праігнаравана.

Радыяцыйныя страты

Страты на выпраменьванне залежаць ад шматлікіх параметраў схемы, такіх як рабочая частата, таўшчыня падкладкі ланцуга, дыэлектрычная пранікальнасць друкаванай платы (адносная дыэлектрычная пранікальнасць або εr) і план праектавання. Што тычыцца канструкцыйных схем, страты выпраменьвання часта ўзнікаюць з-за дрэннага пераўтварэння імпедансу ў ланцугу або адрозненняў у перадачы электрамагнітных хваль у ланцугу. Вобласць пераўтварэння імпедансу ланцуга звычайна ўключае вобласць падачы сігналу, кропку крокавага імпедансу, заглушку і сетку адпаведнасці. Разумная канструкцыя схемы можа рэалізаваць плаўнае пераўтварэнне імпедансу, тым самым памяншаючы страты на выпраменьванне ланцуга. Вядома, варта разумець, што існуе верагоднасць неадпаведнасці імпедансаў, што прывядзе да страт выпраменьвання на любым інтэрфейсе ланцуга. З пункту гледжання працоўнай частаты, звычайна чым вышэй частата, тым большыя радыяцыйныя страты ланцуга.

Параметры матэрыялаў схемы, звязаныя са стратамі на выпраменьванне, – гэта ў асноўным дыэлектрычная пранікальнасць і таўшчыня матэрыялу друкаванай платы. Чым тоўшчы падкладка ланцуга, тым больш верагоднасць выклікаць страты выпраменьвання; чым ніжэй εr матэрыялу друкаванай платы, тым большыя радыяцыйныя страты ланцуга. Поўнае ўзважванне характарыстык матэрыялу, выкарыстанне тонкіх падкладак ланцуга можа быць выкарыстана ў якасці спосабу кампенсацыі страт на выпраменьванне, выкліканых матэрыяламі ланцуга з нізкім εr. Уплыў таўшчыні падкладкі схемы і εr на страты выпраменьвання ланцуга абумоўлена тым, што гэта функцыя, якая залежыць ад частаты. Калі таўшчыня падкладкі схемы не перавышае 20 mil і працоўная частата ніжэй за 20 Ггц, страты на выпраменьванне ланцуга вельмі нізкія. Паколькі большасць частот мадэлявання і вымярэння схемы ў гэтым артыкуле ніжэй за 20 ГГц, абмеркаванне ў гэтым артыкуле будзе ігнараваць уплыў страт на выпраменьванне на нагрэў контуру.

Пасля ігнаравання страт на выпраменьванне ніжэй за 20 Ггц ўносныя страты мікрапалоскавай лініі перадачы ў асноўным уключаюць дзве часткі: дыэлектрычныя страты і страты ў правадніку. Прапорцыя двух галоўным чынам залежыць ад таўшчыні падкладкі ланцуга. Для больш тонкіх падкладак страта правадыра з’яўляецца асноўным кампанентам. Па многіх прычынах, як правіла, цяжка дакладна прадказаць страту правадыра. Напрыклад, шурпатасць паверхні правадніка аказвае велізарны ўплыў на характарыстыкі прапускання электрамагнітных хваль. Шурпатасць паверхні меднай фальгі не толькі зменіць канстанту распаўсюджвання электрамагнітных хваль мікрапалоскавай ланцуга, але і павялічыць страты ў правадніку ланцуга. З-за скін-эфекту ўплыў шурпатасці меднай фальгі на страты правадніка таксама залежыць ад частоты. На малюнку 1 параўноўваюцца ўносныя страты схем мікрапалоскавай лініі перадачы 50 Ом на аснове рознай таўшчыні друкаванай платы, якая складае 6.6 мілі і 10 мілі адпаведна.

25

Малюнак 1. Параўнанне схем мікрапалоскавай лініі перадачы 50 Ом на аснове матэрыялаў друкаваных плат рознай таўшчыні

Вымераныя і змадэляваныя вынікі

Крывая на малюнку 1 змяшчае вынікі вымярэнняў і вынікі мадэлявання. Вынікі мадэлявання атрыманы з дапамогай праграмнага забеспячэння для вылічэння імпедансу мікрахвалевай печы карпарацыі Rogers Corporation MWI-2010. Праграмнае забеспячэнне MWI-2010 цытуе аналітычныя ўраўненні ў класічных працах у галіне мадэлявання мікрапалоскавай лініі. Дадзеныя выпрабаванняў на малюнку 1 атрыманы метадам вымярэння дыферэнцыяльнай даўжыні вектарнага аналізатара сетак. З мал. 1 відаць, што вынікі мадэлявання крывой сумарных страт у асноўным адпавядаюць вынікам вымярэнняў. На малюнку відаць, што страты ў правадніку больш тонкай ланцуга (крывая злева адпавядае таўшчыні 6.6 мілі) з’яўляецца асноўным кампанентам агульных уносных страт. Па меры павелічэння таўшчыні ланцуга (таўшчыня, якая адпавядае крывой справа, складае 10 міл), дыэлектрычныя страты і страты ў правадніку маюць тэндэнцыю набліжацца, і гэтыя два разам складаюць агульныя ўносныя страты.

Імітацыйная мадэль на малюнку 1 і параметры матэрыялу схемы, якія выкарыстоўваюцца ў фактычнай схеме: дыэлектрычная пранікальнасць 3.66, каэфіцыент страт 0.0037 і шурпатасць паверхні меднага правадыра 2.8 мкм RMS. Калі шурпатасць паверхні меднай фальгі пад тым жа матэрыялам схемы памяншаецца, страты правадніка ў ланцугах 6.6 міл і 10 міл на малюнку 1 будуць значна зніжаны; аднак, эфект не відавочны для 20-міл ланцуга. На малюнку 2 паказаны вынікі выпрабаванняў двух матэрыялаў схем з рознай шурпатасці, а менавіта Rogers RO4350B™ стандартнага матэрыялу схемы з высокай шурпатасці і Rogers RO4350B LoPro™ матэрыялу схемы з нізкай шурпатасці.

На малюнку 2 паказаны перавагі выкарыстання гладкай паверхні з меднай фальгі для апрацоўкі мікрапалоскавых схем. Для больш тонкіх падкладак выкарыстанне гладкай меднай фальгі можа значна паменшыць страты ўстаўкі. Для падкладкі 6.6 mil ўносныя страты памяншаюцца на 0.3 дБ на частаце 20 Ггц з-за выкарыстання гладкай меднай фальгі; падкладка 10mil памяншаецца на 0.22 дБ пры 20 Ггц; і 20mil падкладкі, унесеныя страты памяншаюцца толькі на 0.11 дБ.

Як паказана на малюнку 1 і 2, чым танчэй падкладка ланцуга, тым вышэй уносныя страты ланцуга. Гэта азначае, што калі ланцуг сілкуецца пэўнай колькасцю радыёчастотнай магутнасці мікрахвалевай печы, тым танчэйшая схема будзе генераваць больш цяпла. Пры ўсебаковым узважванні праблемы ацяплення контуру, з аднаго боку, больш тонкі контур выпрацоўвае больш цяпла, чым тоўсты контур пры высокіх узроўнях магутнасці, але з іншага боку, больш тонкі контур можа атрымаць больш эфектыўны цеплавы паток праз цеплаадвод. Падтрымлівайце тэмпературу адносна нізкай.

Каб вырашыць праблему нагрэву ланцуга, ідэальная тонкая схема павінна мець наступныя характарыстыкі: нізкі каэфіцыент страт матэрыялу ланцуга, гладкую тонкую паверхню медзі, нізкі εr і высокую цеплаправоднасць. У параўнанні з матэрыялам схемы з высокім εr, шырыня правадніка з тым жа імпедансам, атрыманая пры ўмове нізкага εr, можа быць большай, што спрыяе памяншэнню страт правадыра ў ланцугу. З пункту гледжання цеплаадводу ланцуга, хоць большасць высокачашчынных падкладак друкаванай платы маюць вельмі слабую цеплаправоднасць у параўнанні з праваднікамі, цеплаправоднасць матэрыялаў схемы ўсё яшчэ з’яўляецца вельмі важным параметрам.

Шмат дыскусій аб цеплаправоднасці падкладак ланцугоў было разгорнута ў папярэдніх артыкулах, і ў гэтым артыкуле будуць прыведзены некаторыя вынікі і інфармацыя з папярэдніх артыкулаў. Напрыклад, наступнае раўнанне і малюнак 3 дапамагаюць зразумець фактары, звязаныя з цеплавымі характарыстыкамі матэрыялаў друкаванай платы. У раўнанні k – цеплаправоднасць (Вт/м/К), A – плошча, TH – тэмпература крыніцы цяпла, TC – тэмпература крыніцы холаду, L – адлегласць паміж крыніцай цяпла і крыніца холаду.