Kad augstfrekvences/mikroviļņu radiofrekvences signāls tiek ievadīts ierīcē PCB ķēde, pašas ķēdes un ķēdes materiāla radītie zaudējumi neizbēgami radīs noteiktu siltuma daudzumu. Jo lielāki zudumi, jo lielāka jauda, ​​kas iet caur PCB materiālu, un jo lielāks ir radītais siltums. Ja ķēdes darba temperatūra pārsniedz nominālo vērtību, ķēde var radīt dažas problēmas. Piemēram, tipiskais darbības parametrs MOT, kas ir labi zināms PCB, ir maksimālā darba temperatūra. Ja darba temperatūra pārsniedz MOT, tiks apdraudēta PCB ķēdes veiktspēja un uzticamība. Apvienojot elektromagnētisko modelēšanu un eksperimentālos mērījumus, izpratne par RF mikroviļņu PCB termiskajām īpašībām var palīdzēt izvairīties no ķēdes veiktspējas un uzticamības pasliktināšanās, ko izraisa augsta temperatūra.

Izpratne par to, kā ķēdes materiālos rodas ievietošanas zudumi, palīdz labāk aprakstīt svarīgos faktorus, kas saistīti ar augstfrekvences PCB ķēžu termisko veiktspēju. Šajā rakstā kā piemērs tiks ņemta mikrosloksnes pārvades līnijas ķēde, lai apspriestu kompromisus, kas saistīti ar ķēdes termisko veiktspēju. Mikrosloksnes shēmā ar abpusēju PCB struktūru zudumi ietver dielektriskos zudumus, vadītāja zudumus, starojuma zudumus un noplūdes zudumus. Atšķirība starp dažādiem zaudējumu komponentiem ir liela. Ar dažiem izņēmumiem augstfrekvences PCB ķēžu noplūdes zudumi parasti ir ļoti zemi. Šajā rakstā, tā kā noplūdes zuduma vērtība ir ļoti zema, tā pagaidām tiks ignorēta.

Radiācijas zudums

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.

Ķēdes materiālu parametri, kas saistīti ar starojuma zudumu, galvenokārt ir dielektriskā konstante un PCB materiāla biezums. Jo biezāks ir ķēdes substrāts, jo lielāka iespēja izraisīt starojuma zudumus; jo mazāks ir PCB materiāla εr, jo lielāks ir ķēdes starojuma zudums. Visaptveroši sverot materiāla raksturlielumus, plānu ķēdes substrātu izmantošanu var izmantot kā veidu, kā kompensēt starojuma zudumus, ko izraisa zema εr ķēdes materiāli. Ķēdes substrāta biezuma un εr ietekme uz ķēdes starojuma zudumiem ir tāpēc, ka tā ir no frekvences atkarīga funkcija. Ja ķēdes substrāta biezums nepārsniedz 20 mil un darbības frekvence ir zemāka par 20 GHz, ķēdes starojuma zudumi ir ļoti zemi. Tā kā lielākā daļa ķēžu modelēšanas un mērīšanas frekvenču šajā rakstā ir zemākas par 20 GHz, šī raksta diskusijā tiks ignorēta radiācijas zuduma ietekme uz ķēdes apkuri.

Ignorējot starojuma zudumus zem 20 GHz, mikrosloksnes pārvades līnijas ķēdes ievietošanas zudumi galvenokārt ietver divas daļas: dielektrisko zudumu un vadītāja zudumu. Abu proporcija galvenokārt ir atkarīga no ķēdes pamatnes biezuma. Plānākiem substrātiem galvenā sastāvdaļa ir vadītāju zudumi. Daudzu iemeslu dēļ parasti ir grūti precīzi paredzēt vadītāja zudumu. Piemēram, vadītāja virsmas raupjumam ir milzīga ietekme uz elektromagnētisko viļņu pārraides īpašībām. Vara folijas virsmas raupjums ne tikai mainīs mikrosloksnes ķēdes elektromagnētisko viļņu izplatīšanās konstanti, bet arī palielinās ķēdes vadītāja zudumu. Ādas efekta dēļ vara folijas raupjuma ietekme uz vadītāja zudumu arī ir atkarīga no frekvences. 1. attēlā ir salīdzināts 50 omu mikrosloksnes pārvades līniju ķēžu ievietošanas zudums, pamatojoties uz dažādiem PCB biezumiem, kas ir attiecīgi 6.6 jūdzes un 10 jūdzes.

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.

Lai atrisinātu ķēdes sildīšanas problēmu, ideālajai plānajai ķēdei jābūt ar šādiem raksturlielumiem: ķēdes materiāla zems zudumu koeficients, gluda vara plāna virsma, zems εr un augsta siltumvadītspēja. Salīdzinot ar ķēdes materiālu ar augstu εr, tādas pašas pretestības vadītāja platums, kas iegūts zemas εr apstākļos, var būt lielāks, kas ir izdevīgi, lai samazinātu ķēdes vadītāja zudumus. No ķēdes siltuma izkliedes viedokļa, lai gan lielākajai daļai augstfrekvences PCB ķēžu substrātu ir ļoti slikta siltumvadītspēja salīdzinājumā ar vadītājiem, ķēdes materiālu siltumvadītspēja joprojām ir ļoti svarīgs parametrs.

Daudzas diskusijas par ķēžu substrātu siltumvadītspēju ir apspriestas iepriekšējos rakstos, un šajā rakstā tiks citēti daži rezultāti un informācija no iepriekšējiem rakstiem. Piemēram, šāds vienādojums un 3. attēls ir noderīgi, lai izprastu faktorus, kas saistīti ar PCB ķēžu materiālu siltuma veiktspēju. Vienādojumā k ir siltumvadītspēja (W/m/K), A ir laukums, TH ir siltuma avota temperatūra, TC ir aukstuma avota temperatūra, un L ir attālums starp siltuma avotu un aukstuma avots.