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

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.

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.

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.

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.