როდესაც მაღალი სიხშირის/მიკროტალღური რადიოსიხშირული სიგნალი იკვებება PCB წრე, თავად მიკროსქემის და მიკროსქემის მასალის მიერ გამოწვეული დანაკარგი აუცილებლად გამოიმუშავებს სითბოს გარკვეულ რაოდენობას. რაც უფრო დიდია დანაკარგი, მით უფრო მაღალია სიმძლავრე, რომელიც გადის PCB მასალაში და მით მეტია წარმოქმნილი სითბო. როდესაც მიკროსქემის მუშაობის ტემპერატურა აღემატება ნომინალურ მნიშვნელობას, წრემ შეიძლება გამოიწვიოს გარკვეული პრობლემები. მაგალითად, ტიპიური ოპერაციული პარამეტრი MOT, რომელიც კარგად არის ცნობილი PCB-ებში, არის მაქსიმალური სამუშაო ტემპერატურა. როდესაც სამუშაო ტემპერატურა აღემატება MOT-ს, PCB მიკროსქემის მუშაობასა და საიმედოობას საფრთხე დაემუქრება. ელექტრომაგნიტური მოდელირებისა და ექსპერიმენტული გაზომვების კომბინაციით, RF მიკროტალღური PCB-ების თერმული მახასიათებლების გაგება დაგეხმარებათ თავიდან აიცილოთ მიკროტალღური მუშაობის დეგრადაცია და მაღალი ტემპერატურით გამოწვეული საიმედოობის დეგრადაცია.

იმის გაგება, თუ როგორ ხდება ჩასმის დანაკარგი მიკროსქემის მასალებში, დაგეხმარებათ უკეთ აღწეროთ მნიშვნელოვანი ფაქტორები, რომლებიც დაკავშირებულია მაღალი სიხშირის PCB სქემების თერმულ მუშაობასთან. ეს სტატია მაგალითს მივიღებთ მიკროზოლის გადამცემი ხაზის წრედს მიკროსქემის თერმულ ფუნქციონირებასთან დაკავშირებული კომერციების განსახილველად. მიკროზოლის წრეში ორმხრივი PCB სტრუქტურით, დანაკარგები მოიცავს დიელექტრიკის დაკარგვას, გამტარის დაკარგვას, რადიაციის დაკარგვას და გაჟონვის დაკარგვას. განსხვავება დანაკარგის სხვადასხვა კომპონენტებს შორის დიდია. რამდენიმე გამონაკლისის გარდა, მაღალი სიხშირის PCB სქემების გაჟონვის დაკარგვა ზოგადად ძალიან დაბალია. ამ სტატიაში, რადგან გაჟონვის დანაკარგის ღირებულება ძალიან დაბალია, ის ამ დროისთვის იგნორირებული იქნება.

რადიაციის დაკარგვა

რადიაციის დაკარგვა დამოკიდებულია მიკროსქემის ბევრ პარამეტრზე, როგორიცაა ოპერაციული სიხშირე, მიკროსქემის სუბსტრატის სისქე, PCB დიელექტრიკული მუდმივი (შეფარდობითი დიელექტრიკული მუდმივი ან εr) და დიზაინის გეგმა. რაც შეეხება საპროექტო სქემებს, რადიაციის დაკარგვა ხშირად გამოწვეულია მიკროსქემში წინაღობის ცუდი ტრანსფორმაციით ან წრედში ელექტრომაგნიტური ტალღის გადაცემის განსხვავებებით. მიკროსქემის წინაღობის ტრანსფორმაციის არე, ჩვეულებრივ, მოიცავს სიგნალის მიწოდების არეალს, საფეხურის წინაღობის წერტილს, ნაკვთს და შესატყვის ქსელს. მიკროსქემის გონივრულ დიზაინს შეუძლია გააცნობიეროს გლუვი წინაღობის ტრანსფორმაცია, რითაც ამცირებს წრედის რადიაციის დაკარგვას. რა თქმა უნდა, უნდა გვესმოდეს, რომ არსებობს წინაღობის შეუსაბამობის შესაძლებლობა, რაც გამოიწვევს რადიაციის დაკარგვას მიკროსქემის ნებისმიერ ინტერფეისზე. ოპერაციული სიხშირის თვალსაზრისით, როგორც წესი, რაც უფრო მაღალია სიხშირე, მით მეტია წრედის რადიაციის დაკარგვა.

რადიაციის დაკარგვასთან დაკავშირებული მიკროსქემის მასალების პარამეტრები ძირითადად არის დიელექტრიკული მუდმივი და PCB მასალის სისქე. რაც უფრო სქელია მიკროსქემის სუბსტრატი, მით მეტია რადიაციის დაკარგვის გამოწვევის შესაძლებლობა; რაც უფრო დაბალია PCB მასალის εr, მით მეტია წრედის რადიაციის დაკარგვა. მატერიალური მახასიათებლების ყოვლისმომცველი აწონვა, წვრილი მიკროსქემის სუბსტრატების გამოყენება შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც დაბალი εr მიკროსქემის მასალებით გამოწვეული გამოსხივების დანაკარგის კომპენსაციის საშუალება. მიკროსქემის სუბსტრატის სისქის და εr-ის გავლენა წრედის რადიაციის დაკარგვაზე არის იმის გამო, რომ ეს არის სიხშირეზე დამოკიდებული ფუნქცია. როდესაც მიკროსქემის სუბსტრატის სისქე არ აღემატება 20 მილს და მუშაობის სიხშირე 20 გჰც-ზე დაბალია, წრედის რადიაციის დაკარგვა ძალიან დაბალია. ვინაიდან ამ სტატიაში მიკროსქემის მოდელირებისა და გაზომვის სიხშირეების უმეტესობა 20 გჰც-ზე დაბალია, ამ სტატიაში განხილვა უგულებელყოფს რადიაციის დაკარგვის გავლენას მიკროსქემის გათბობაზე.

20 გჰც-ზე დაბალი რადიაციის დაკარგვის იგნორირების შემდეგ, მიკროზოლის გადამცემი ხაზის სქემის ჩასმის დაკარგვა ძირითადად მოიცავს ორ ნაწილს: დიელექტრიკის დაკარგვას და გამტარის დაკარგვას. ამ ორის პროპორცია ძირითადად დამოკიდებულია მიკროსქემის სუბსტრატის სისქეზე. თხელი სუბსტრატებისთვის, გამტარის დაკარგვა მთავარი კომპონენტია. მრავალი მიზეზის გამო, ზოგადად რთულია დირიჟორის დაკარგვის ზუსტი პროგნოზირება. მაგალითად, გამტარის ზედაპირის უხეშობა დიდ გავლენას ახდენს ელექტრომაგნიტური ტალღების გადაცემის მახასიათებლებზე. სპილენძის ფოლგის ზედაპირის უხეშობა არა მხოლოდ შეცვლის მიკროზოლის მიკროსქემის ელექტრომაგნიტური ტალღის გავრცელების მუდმივობას, არამედ გაზრდის წრედის გამტარის დაკარგვას. კანის ეფექტის გამო, სპილენძის ფოლგის უხეშობის გავლენა გამტარის დაკარგვაზე ასევე დამოკიდებულია სიხშირეზე. სურათი 1 ადარებს 50 ომიანი მიკროზოლის გადამცემი ხაზის სქემების ჩასმის დანაკარგს, რომელიც ეფუძნება PCB-ს სხვადასხვა სისქეს, რომლებიც, შესაბამისად, არის 6.6 მილი და 10 მილი.

25

სურათი 1. 50 ომიანი მიკროზოლის გადამცემი ხაზის სქემების შედარება სხვადასხვა სისქის PCB მასალების საფუძველზე

გაზომილი და სიმულირებული შედეგები

ნახაზ 1-ის მრუდი შეიცავს გაზომილ შედეგებს და სიმულაციის შედეგებს. სიმულაციის შედეგები მიღებულია Rogers Corporation-ის MWI-2010 მიკროტალღური წინაღობის გამოთვლის პროგრამული უზრუნველყოფის გამოყენებით. MWI-2010 პროგრამა ციტირებს ანალიტიკურ განტოლებებს კლასიკურ ნაშრომებში მიკროზოლის ხაზის მოდელირების სფეროში. ტესტის მონაცემები ნახაზზე 1 მიღებულია ვექტორული ქსელის ანალიზატორის დიფერენციალური სიგრძის გაზომვის მეთოდით. ნახ. 1-დან ჩანს, რომ მთლიანი დანაკარგის მრუდის სიმულაციის შედეგები ძირითადად შეესაბამება გაზომილ შედეგებს. ნახატიდან ჩანს, რომ უფრო თხელი წრედის გამტარის დაკარგვა (მარცხნივ მრუდი შეესაბამება 6.6 მილი სისქეს) არის მთლიანი ჩასმის დანაკარგის მთავარი კომპონენტი. მიკროსქემის სისქე იზრდება (მარჯვნივ მრუდის შესაბამისი სისქე არის 10 მილი), დიელექტრიკული დანაკარგი და გამტარის დანაკარგი უახლოვდება და ეს ორი ერთად შეადგენს მთლიანი ჩასმის დანაკარგს.

სიმულაციური მოდელი სურათზე 1 და მიკროსქემის მასალის პარამეტრები, რომლებიც გამოიყენება რეალურ წრეში არის: დიელექტრიკული მუდმივი 3.66, დანაკარგის კოეფიციენტი 0.0037 და სპილენძის გამტარის ზედაპირის უხეშობა 2.8 მმ RMS. როდესაც სპილენძის ფოლგის ზედაპირის უხეშობა მცირდება იმავე მიკროსქემის მასალის ქვეშ, 6.6 მილი და 10 მილი სქემების დირიჟორის დანაკარგი 1-ში მნიშვნელოვნად შემცირდება; თუმცა, ეფექტი არ არის აშკარა 20 მილი სქემისთვის. სურათი 2 გვიჩვენებს ორი მიკროსქემის მასალის ტესტის შედეგებს განსხვავებული უხეშობით, კერძოდ, Rogers RO4350B™ სტანდარტული მიკროსქემის მასალის მაღალი უხეშობით და Rogers RO4350B LoPro™ მიკროსქემის მასალის დაბალი უხეშობით.

სურათი 2 გვიჩვენებს გლუვი სპილენძის ფოლგის ზედაპირის სუბსტრატის გამოყენების უპირატესობებს მიკროზოლის სქემების დასამუშავებლად. უფრო თხელი სუბსტრატებისთვის, გლუვი სპილენძის ფოლგის გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს ჩასმის დანაკარგი. 6.6 მლ სუბსტრატისთვის, შეყვანის დანაკარგი მცირდება 0.3 დბ-ით 20 გჰც სიხშირეზე გლუვი სპილენძის ფოლგის გამოყენების გამო; 10 მილი სუბსტრატი მცირდება 0.22 დბ-ით 20 გჰც-ზე; და 20 მილ სუბსტრატს, ჩასმის დანაკარგი მცირდება მხოლოდ 0.11 დბ-ით.

როგორც ნაჩვენებია სურათზე 1 და სურათზე 2, რაც უფრო თხელია მიკროსქემის სუბსტრატი, მით უფრო მაღალია წრედის ჩასმის დანაკარგი. ეს ნიშნავს, რომ როდესაც წრე იკვებება გარკვეული რაოდენობის RF მიკროტალღური სიმძლავრით, რაც უფრო თხელია წრე უფრო მეტ სითბოს გამოიმუშავებს. მიკროსქემის გათბობის საკითხის ყოვლისმომცველი აწონვისას, ერთი მხრივ, თხელი წრე უფრო მეტ სითბოს გამოიმუშავებს, ვიდრე სქელი წრე მაღალი სიმძლავრის დონეზე, მაგრამ, მეორე მხრივ, უფრო თხელ წრეს შეუძლია მიიღოს სითბოს უფრო ეფექტური ნაკადი გამათბობელში. შეინახეთ ტემპერატურა შედარებით დაბალი.

მიკროსქემის გათბობის პრობლემის გადასაჭრელად იდეალურ თხელ წრეს უნდა ჰქონდეს შემდეგი მახასიათებლები: წრედის მასალის დაბალი დანაკარგის კოეფიციენტი, სპილენძის გლუვი თხელი ზედაპირი, დაბალი εr და მაღალი თბოგამტარობა. მაღალი εr-ის მიკროსქემის მასალთან შედარებით, დაბალი εr-ის პირობებში მიღებული იგივე წინაღობის გამტარის სიგანე შეიძლება იყოს უფრო დიდი, რაც მომგებიანია წრედის გამტარის დანაკარგის შესამცირებლად. მიკროსქემის სითბოს გაფრქვევის პერსპექტივიდან, მიუხედავად იმისა, რომ მაღალი სიხშირის PCB მიკროსქემის სუბსტრატებს აქვთ ძალიან ცუდი თერმული კონდუქტომეტრი დირიჟორებთან შედარებით, მიკროსქემის მასალების თერმული კონდუქტომეტრული მაინც ძალიან მნიშვნელოვანი პარამეტრია.

ადრინდელ სტატიებში განხილულია მრავალი დისკუსია მიკროსქემის სუბსტრატების თბოგამტარობის შესახებ და ამ სტატიაში მოცემულია რამდენიმე შედეგი და ინფორმაცია წინა სტატიებიდან. მაგალითად, შემდეგი განტოლება და სურათი 3 გამოსადეგია PCB მიკროსქემის მასალების თერმულ შესრულებასთან დაკავშირებული ფაქტორების გასაგებად. განტოლებაში k არის თბოგამტარობა (W/m/K), A არის ფართობი, TH არის სითბოს წყაროს ტემპერატურა, TC არის ცივი წყაროს ტემპერატურა და L არის მანძილი სითბოს წყაროსა და ცივი წყარო.