Երբ բարձր հաճախականության/միկրոալիքային ռադիոհաճախականության ազդանշանը սնվում է PCB միացում, ինքնին շղթայի և շղթայի նյութի պատճառած կորուստը անխուսափելիորեն որոշակի քանակությամբ ջերմություն կառաջացնի: Որքան մեծ է կորուստը, այնքան մեծ է PCB նյութի միջով անցնող հզորությունը, և այնքան մեծ է առաջացած ջերմությունը: Երբ շղթայի աշխատանքային ջերմաստիճանը գերազանցում է անվանական արժեքը, միացումը կարող է որոշակի խնդիրներ առաջացնել: Օրինակ, MOT-ի բնորոշ գործառնական պարամետրը, որը լավ հայտնի է PCB-ներում, առավելագույն աշխատանքային ջերմաստիճանն է: Երբ աշխատանքային ջերմաստիճանը գերազանցում է MOT-ը, PCB սխեմայի աշխատանքը և հուսալիությունը կվտանգի: Էլեկտրամագնիսական մոդելավորման և փորձարարական չափումների համակցման միջոցով ՌԴ միկրոալիքային PCB-ների ջերմային բնութագրերի ըմբռնումը կարող է օգնել խուսափել շղթայի կատարողականի վատթարացումից և հուսալիության վատթարացումից՝ առաջացած բարձր ջերմաստիճանից:

Հասկանալը, թե ինչպես է առաջանում ներդիրի կորուստը շղթայական նյութերում, օգնում է ավելի լավ նկարագրել կարևոր գործոնները, որոնք կապված են բարձր հաճախականությամբ PCB սխեմաների ջերմային աշխատանքի հետ: Այս հոդվածը որպես օրինակ կվերցնի միկրոշերտի փոխանցման գծի սխեման՝ շղթայի ջերմային աշխատանքի հետ կապված փոխզիջումները քննարկելու համար: Երկկողմանի PCB կառուցվածքով միկրոշերտային շղթայում կորուստները ներառում են դիէլեկտրական կորուստ, հաղորդիչի կորուստ, ճառագայթման կորուստ և արտահոսքի կորուստ: Տարբեր կորուստների բաղադրիչների տարբերությունը մեծ է: Մի քանի բացառություններով, բարձր հաճախականությամբ PCB սխեմաների արտահոսքի կորուստը սովորաբար շատ ցածր է: Այս հոդվածում, քանի որ արտահոսքի կորստի արժեքը շատ ցածր է, այն առայժմ անտեսվելու է:

Ճառագայթման կորուստ

Ճառագայթման կորուստը կախված է շղթայի բազմաթիվ պարամետրերից, ինչպիսիք են գործառնական հաճախականությունը, շղթայի ենթաշերտի հաստությունը, PCB դիէլեկտրական հաստատունը (հարաբերական դիէլեկտրական հաստատուն կամ εr) և նախագծման պլանը: Ինչ վերաբերում է նախագծային սխեմաներին, ապա ճառագայթման կորուստը հաճախ բխում է շղթայում վատ դիմադրության փոխակերպումից կամ էլեկտրամագնիսական ալիքի հաղորդման տարբերություններից: Շղթայի դիմադրության փոխակերպման տարածքը սովորաբար ներառում է ազդանշանի սնուցման տարածք, քայլի դիմադրության կետ, կոճ և համապատասխան ցանց: Շղթայի ողջամիտ ձևավորումը կարող է իրականացնել սահուն դիմադրության փոխակերպում՝ դրանով իսկ նվազեցնելով շղթայի ճառագայթման կորուստը: Իհարկե, պետք է գիտակցել, որ շղթայի ցանկացած միջերեսում առկա է դիմադրության անհամապատասխանության հավանականություն, որը հանգեցնում է ճառագայթման կորստի: Աշխատանքային հաճախականության տեսանկյունից, սովորաբար, որքան բարձր է հաճախականությունը, այնքան մեծ է շղթայի ճառագայթման կորուստը:

Շրջանակային նյութերի պարամետրերը, որոնք կապված են ճառագայթման կորստի հետ, հիմնականում դիէլեկտրական հաստատունն են և PCB նյութի հաստությունը: Որքան հաստ է շղթայի հիմքը, այնքան մեծ է ճառագայթման կորուստ առաջացնելու հավանականությունը. որքան ցածր է PCB նյութի ε-ն, այնքան մեծ է շղթայի ճառագայթման կորուստը: Համակողմանիորեն կշռելով նյութի բնութագրերը, բարակ շղթայի ենթաշերտերի օգտագործումը կարող է օգտագործվել որպես ցածր εr շղթայի նյութերից առաջացած ճառագայթման կորուստը փոխհատուցելու միջոց: Շղթայի ենթաշերտի հաստության և εr-ի ազդեցությունը շղթայի ճառագայթման կորստի վրա պայմանավորված է նրանով, որ այն հաճախականությունից կախված ֆունկցիա է: Երբ շղթայի ենթաշերտի հաստությունը չի գերազանցում 20միլը, իսկ գործառնական հաճախականությունը ցածր է 20ԳՀց-ից, շղթայի ճառագայթման կորուստը շատ ցածր է: Քանի որ այս հոդվածում սխեմաների մոդելավորման և չափման հաճախականությունների մեծ մասը ցածր է 20 ԳՀց-ից, այս հոդվածի քննարկումը անտեսելու է ճառագայթման կորստի ազդեցությունը շղթայի ջեռուցման վրա:

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

Չափված և մոդելավորված արդյունքներ

Նկար 1-ի կորը պարունակում է չափված արդյունքները և մոդելավորման արդյունքները: Մոդելավորման արդյունքները ստացվում են Rogers Corporation-ի MWI-2010 միկրոալիքային դիմադրության հաշվարկման ծրագրային ապահովման միջոցով: MWI-2010 ծրագրաշարը մեջբերում է վերլուծական հավասարումները դասական փաստաթղթերում միկրոշերտի գծերի մոդելավորման ոլորտում: Նկար 1-ի փորձարկման տվյալները ստացվում են վեկտորային ցանցի անալիզատորի դիֆերենցիալ երկարության չափման մեթոդով: Նկար 1-ից կարելի է տեսնել, որ ընդհանուր կորստի կորի մոդելավորման արդյունքները հիմնականում համահունչ են չափված արդյունքներին: Նկարից երևում է, որ ավելի բարակ շղթայի հաղորդիչի կորուստը (ձախ կողմի կորը համապատասխանում է 6.6 միլ հաստությանը) ներդիրի ընդհանուր կորստի հիմնական բաղադրիչն է։ Քանի որ շղթայի հաստությունը մեծանում է (աջ կողմում գտնվող կորին համապատասխանող հաստությունը 10մլ է), դիէլեկտրական կորուստը և հաղորդիչի կորուստը հակված են մոտենալու, և երկուսը միասին կազմում են ներդիրի ընդհանուր կորուստը:

Նկար 1-ի մոդելավորման մոդելը և իրական շղթայում օգտագործվող շղթայի նյութի պարամետրերն են՝ դիէլեկտրական հաստատունը 3.66, կորստի գործակիցը 0.0037 և պղնձի հաղորդիչի մակերեսի կոշտությունը 2.8 մմ RMS: Երբ նույն շղթայի նյութի տակ պղնձե փայլաթիթեղի մակերևույթի կոշտությունը նվազում է, Նկար 6.6-ում 10 միլ և 1 միլ շղթաների հաղորդիչի կորուստը զգալիորեն կնվազի. սակայն, ազդեցությունը ակնհայտ չէ 20 միլ շղթայի համար: Նկար 2-ը ցույց է տալիս տարբեր կոպտությամբ երկու շղթայի նյութերի փորձարկման արդյունքները, մասնավորապես Rogers RO4350B™ ստանդարտ շղթայի նյութը բարձր կոշտությամբ և Rogers RO4350B LoPro™ շղթայի նյութի ցածր կոպտությամբ:

Ինչպես ցույց է տրված Նկար 1-ում և Նկար 2-ում, որքան բարակ է շղթայի հիմքը, այնքան մեծ է շղթայի ներդիրի կորուստը: Սա նշանակում է, որ երբ շղթան սնվում է ՌԴ միկրոալիքային էներգիայի որոշակի քանակով, այնքան ավելի բարակ շղթան ավելի շատ ջերմություն կստեղծի: Շղթայի ջեռուցման հարցը համակողմանիորեն կշռադատելիս, մի ​​կողմից, ավելի բարակ միացումն ավելի շատ ջերմություն է առաջացնում, քան հաստ շղթան բարձր հզորության մակարդակներում, բայց մյուս կողմից, ավելի բարակ շղթան կարող է ավելի արդյունավետ ջերմային հոսք ստանալ ջերմատախտակի միջոցով: Պահպանեք ջերմաստիճանը համեմատաբար ցածր:

Շղթայի ջեռուցման խնդիրը լուծելու համար իդեալական բարակ շղթան պետք է ունենա հետևյալ բնութագրերը՝ շղթայի նյութի ցածր կորստի գործակից, հարթ պղնձի բարակ մակերես, ցածր εr և բարձր ջերմահաղորդականություն։ Համեմատած բարձր εr-ի շղթայի նյութի հետ, ցածր εr-ի պայմաններում ստացված նույն դիմադրության հաղորդիչի լայնությունը կարող է ավելի մեծ լինել, ինչը ձեռնտու է շղթայի հաղորդիչի կորուստը նվազեցնելու համար: Շղթայական ջերմության արտանետման տեսանկյունից, չնայած բարձր հաճախականությամբ PCB սխեմաների սուբստրատների մեծ մասը հաղորդիչների համեմատ շատ վատ ջերմային հաղորդունակություն ունի, շղթայի նյութերի ջերմահաղորդականությունը դեռևս շատ կարևոր պարամետր է:

Շղթայի ենթաշերտերի ջերմային հաղորդունակության մասին շատ քննարկումներ մշակվել են ավելի վաղ հոդվածներում, և այս հոդվածը մեջբերելու է որոշ արդյունքներ և տեղեկություններ ավելի վաղ հոդվածներից: Օրինակ, հետևյալ հավասարումը և Նկար 3-ը օգտակար են՝ հասկանալու համար PCB շղթայի նյութերի ջերմային աշխատանքի հետ կապված գործոնները: Հավասարման մեջ k-ն ջերմային հաղորդունակությունն է (W/m/K), A-ն տարածքն է, TH-ն ջերմության աղբյուրի ջերմաստիճանն է, TC-ն սառը աղբյուրի ջերմաստիճանն է, L-ը՝ ջերմության աղբյուրի և ջերմության աղբյուրի միջև եղած հեռավորությունը։ սառը աղբյուրը.