Жогорку жыштык/микротолкундуу радио жыштык сигналы берилгенде PCB чынжырдын өзүнөн жана чынжыр материалынан келип чыккан жоготуу сөзсүз түрдө белгилүү бир жылуулукту жаратат. Жоготуу канчалык көп болсо, ПХБ материалы аркылуу өткөн кубаттуулук ошончолук жогору жана жылуулук ошончолук көп болот. Чынжырдын иштөө температурасы номиналдык мааниден ашканда, схема кээ бир көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн. Мисалы, PCBлерде жакшы белгилүү болгон типтүү операциялык параметр MOT максималдуу иштөө температурасы болуп саналат. Иштөө температурасы MOT ашып кеткенде, PCB схемасынын иштеши жана ишенимдүүлүгү коркунучта болот. Электромагниттик моделдөө жана эксперименталдык өлчөөлөрдүн айкалышы аркылуу RF микротолкундуу ПХБнын жылуулук мүнөздөмөлөрүн түшүнүү чынжырдын иштешинин начарлашынан жана жогорку температурадан улам ишенимдүүлүктүн деградациясынан качууга жардам берет.

Схема материалдарында кыстаруу жоготуулары кантип пайда болорун түшүнүү жогорку жыштыктагы PCB схемаларынын жылуулук аткаруусуна байланыштуу маанилүү факторлорду жакшыраак сүрөттөөгө жардам берет. Бул макалада микротилкелүү электр өткөргүч линиясынын схемасы схеманын термикалык көрсөткүчтөрү менен байланышкан соодалашууларды талкуулоо үчүн мисал катары каралат. Эки жактуу ПХБ түзүлүшү бар микротилкелүү схемада жоготууларга диэлектрик жоготуу, өткөргүч жоготуу, радиациялык жоготуу жана агып кетүү жоготуу кирет. Ар кандай жоготуу компоненттеринин ортосундагы айырма чоң. Бир нече өзгөчөлүктөрдөн тышкары, жогорку жыштыктагы PCB схемаларынын агып кетүү жоготуулары жалпысынан өтө төмөн. Бул макалада, агып кетүү жоготуу баасы өтө төмөн болгондуктан, азырынча ага көңүл бурулбайт.

Радиациялык жоготуу

Радиациянын жоготуусу иштөө жыштыгы, схеманын субстратынын калыңдыгы, ПХБ диэлектрдик туруктуулугу (салыштырмалуу диэлектрдик туруктуу же εr) жана долбоорлоо планы сыяктуу көптөгөн схема параметрлеринен көз каранды. Дизайн схемаларына келсек, нурлануунун жоготуусу көбүнчө чынжырдагы начар импеданс трансформациясынан же схемадагы электромагниттик толкундарды өткөрүүдөгү айырмачылыктардан келип чыгат. Схеманын импедансын өзгөртүү аймагы адатта сигналдын берилүүчү аймагын, кадамдык импеданс чекити, стенд жана дал келген тармакты камтыйт. Эстүү схема дизайны жылмакай импеданс трансформациясын ишке ашыра алат, ошону менен чынжырдын радиациялык жоготууларын азайтат. Албетте, чынжырдын ар кандай интерфейсинде радиациянын жоголушуна алып келүүчү импеданстын дал келбестик мүмкүнчүлүгү бар экенин түшүнүү керек. Иштөө жыштыгы көз карашынан алганда, адатта жыштык канчалык жогору болсо, чынжырдын радиациялык жоготуусу ошончолук көп болот.

Радиациялык жоготууга байланыштуу схемалык материалдардын параметрлери негизинен диэлектрдик туруктуу жана ПХБ материалынын калыңдыгы болуп саналат. Схема субстраты канчалык калың болсо, радиациянын жоготуу мүмкүнчүлүгү ошончолук чоң болот; ПХБ материалынын εr канчалык төмөн болсо, схеманын радиациялык жоготуусу ошончолук чоң болот. Материалдык мүнөздөмөлөрдү комплекстүү түрдө таразалап, жука схемалык субстраттарды колдонуу аз εr схемасынын материалдарынан келип чыккан радиациялык жоготуулардын ордун толтуруунун бир жолу катары колдонулушу мүмкүн. Схема субстратынын калыңдыгы жана εr чынжырдын нурлануусун жоготууга тийгизген таасири бул жыштыкка көз каранды функция болгондуктан. чынжыр субстрат жоондугу 20mil ашпаган жана иш жыштыгы 20GHz төмөн болгондо, чынжырдын нурлануу жоготуу өтө төмөн болуп саналат. Бул макалада схемаларды моделдөө жана өлчөө жыштыктарынын көбү 20 ГГцтен төмөн болгондуктан, бул макалада талкуулоо чынжырдын жылытуудагы радиациялык жоготуулардын таасирин эске албайт.

20 ГГцтен төмөн нурлануунун жоготууларын эске албагандан кийин, микростриптик өткөргүч линиясынын схемасын киргизүү жоготуу негизинен эки бөлүктөн турат: диэлектрдик жоготуу жана өткөргүч жоготуу. Экөөнүн үлүшү негизинен схеманын субстраттын калыңдыгына жараша болот. Ичке субстраттар үчүн өткөргүчтүн жоголушу негизги компонент болуп саналат. Көптөгөн себептерден улам, өткөргүчтүн жоголушун так алдын ала айтуу кыйын. Мисалы, өткөргүчтүн бетинин тегиздиги электромагниттик толкундардын өтүү өзгөчөлүктөрүнө чоң таасирин тийгизет. Жез фольгасынын бетинин тегиздиги микротилкелүү схеманын электромагниттик толкундун таралуу константасын гана өзгөртпөстөн, чынжырдын өткөргүч жоготуусун да жогорулатат. Теринин эффектинен улам жез фольгасынын оройлугунун өткөргүчтүн жоголушуна таасири да жыштыкка көз каранды. 1-сүрөттө 50 миль жана 6.6 миль болгон ар кандай ПХБ калыңдыктарына негизделген 10 Ом микротилкелүү электр өткөргүч линияларынын схемаларын киргизүү жоготуулары салыштырылган.

25

Сүрөт 1. Ар кандай калыңдыктагы ПХБ материалдарынын негизинде 50 Ом микротилкелүү өткөргүч линияларын салыштыруу

Ченилген жана симуляцияланган натыйжалар

1-сүрөттөгү ийри сызык өлчөнгөн натыйжаларды жана симуляциянын натыйжаларын камтыйт. Модельдештирүү натыйжалары Rogers Corporation компаниясынын MWI-2010 микротолкундуу импедансты эсептөө программасын колдонуу менен алынган. MWI-2010 программасы микротилкелүү сызыктарды моделдөө жаатындагы классикалык документтердеги аналитикалык теңдемелерди келтирет. 1-сүрөттөгү сыноо маалыматтары вектордук тармак анализаторунун дифференциалдык узундугун өлчөө ыкмасы менен алынган. 1-сүрөттөн көрүнүп тургандай, жалпы жоготуу ийри сызыгынын симуляциялык натыйжалары өлчөнгөн натыйжаларга негизинен дал келет. Сүрөттөн көрүүгө болот, жука схеманын өткөргүч жоготуусу (сол жактагы ийри сызык 6.6 миль калыңдыгына туура келет) жалпы киргизүү жоготууларынын негизги компоненти болуп саналат. Чынжыр калыңдыгы көбөйгөн сайын (оң жактагы ийри сызыкка туура келген калыңдык 10 миль), диэлектрдик жоготуу жана өткөргүч жоготуу жакындай баштайт жана экөө чогуу киргизүүнүн жалпы жоготуусун түзөт.

1-сүрөттөгү симуляция модели жана чынжырда колдонулган схема материалынын параметрлери: диэлектрдик туруктуу 3.66, жоготуу коэффициенти 0.0037 жана жез өткөргүчтүн бетинин тегиздиги 2.8 мм RMS. Ошол эле схема материалынын астындагы жез фольгасынын бетинин бүдүрлүүлүгү азайганда, 6.6-сүрөттөгү 10 миллион жана 1 миллион схемалардын өткөргүч жоготуулары бир топ кыскарат; бирок натыйжасы 20 миц схема учун ачык-айкын эмес. 2-сүрөттө ар түрдүү бүдүрлүү эки микросхема материалдарынын, тактап айтканда Rogers RO4350B™ стандарттык схемасынын жогорку оройлугу жана Rogers RO4350B LoPro™ схемасынын материалы төмөн оройлугу менен сыноо натыйжалары көрсөтүлгөн.

2-сүрөт микротилкелүү схемаларды иштетүү үчүн жылмакай жез фольга бетинин субстратын колдонуунун артыкчылыктарын көрсөтөт. Ичке субстраттар үчүн жылмакай жез фольганы колдонуу киргизүү жоготууларын бир топ азайтат. 6.6mil субстрат үчүн, киргизүү жоготуу жылмакай жез фольга колдонуу менен байланыштуу 0.3GHz боюнча 20 дБ кыскарган; 10mil субстрат 0.22GHz боюнча 20 дБ кыскарган; жана 20mil субстрат, киргизүү жоготуу гана 0.11 дБ кыскарган.

1-сүрөттө жана 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, схеманын субстраты канчалык ичке болсо, схеманын киргизүү жоготуулары ошончолук жогору болот. Бул чынжыр белгилүү бир өлчөмдөгү RF микротолкундуу кубаттуулугу менен азыктанганда, схема канчалык ичке болсо, жылуулук көбүрөөк пайда болот дегенди билдирет. Контурду жылытуу маселесин комплекстүү түрдө таразалап жатканда, бир жагынан ичке чынжыр жогорку кубаттуулук деңгээлиндеги жоон чынжырга караганда көбүрөөк жылуулукту жаратат, бирок экинчи жагынан, ичке чынжыр жылуулук раковинасы аркылуу эффективдүү жылуулук агымын ала алат. Температураны салыштырмалуу төмөн кармаңыз.

Схеманы жылытуу маселесин чечүү үчүн идеалдуу жука схема төмөнкүдөй мүнөздөмөлөргө ээ болушу керек: схема материалынын аз жоготуу коэффициенти, жылмакай жез жука бети, аз εr жана жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк. Жогорку εr чынжыр материалы менен салыштырганда, төмөн εr шартында алынган ошол эле импеданстын өткөргүчтүн туурасы чоңураак болушу мүмкүн, бул схеманын өткөргүч жоготууларын азайтуу үчүн пайдалуу. Айлананын жылуулук диссипациясынын көз карашынан алганда, көпчүлүк жогорку жыштыктагы PCB схемасынын субстраттары өткөргүчтөргө салыштырмалуу өтө начар жылуулук өткөрүмдүүлүккө ээ болсо да, чынжыр материалдарынын жылуулук өткөрүмдүүлүгү дагы эле абдан маанилүү параметр болуп саналат.

Схема субстраттарынын жылуулук өткөрүмдүүлүгү жөнүндө көптөгөн талкуулар мурунку макалаларда иштелип чыккан жана бул макалада мурунку макалалардан кээ бир натыйжалар жана маалыматтар келтирилет. Мисалы, төмөнкү теңдеме жана 3-сүрөт PCB схемасынын материалдарынын жылуулук натыйжалуулугуна байланыштуу факторлорду түшүнүүгө жардам берет. Теңдемеде k – жылуулук өткөрүмдүүлүк (Вт/м/К), А – аянт, TH – жылуулук булагынын температурасы, TC – муздак булактын температурасы, L – жылуулук булагы менен жылуулук булагынын ортосундагы аралык. муздак булак.