Кога сигналот за радиофреквенција со висока фреквенција/микробранова се внесува во ПХБ коло, загубата предизвикана од самото коло и материјалот на колото неизбежно ќе генерира одредена количина на топлина. Колку е поголема загубата, толку е поголема моќноста што минува низ материјалот од ПХБ и толку е поголема генерираната топлина. Кога работната температура на колото ја надминува номиналната вредност, колото може да предизвика некои проблеми. На пример, типичниот работен параметар MOT, кој е добро познат кај ПХБ, е максималната работна температура. Кога работната температура ќе ја надмине МОТ, ќе бидат загрозени перформансите и доверливоста на колото на ПХБ. Преку комбинација на електромагнетно моделирање и експериментални мерења, разбирањето на термичките карактеристики на RF микробрановите ПХБ може да помогне да се избегне деградација на перформансите на колото и влошување на доверливоста предизвикани од високите температури.

Разбирањето како се јавува загубата при вметнување во материјалите на кола помага подобро да се опишат важните фактори поврзани со топлинските перформанси на високофреквентните PCB кола. Оваа статија ќе го земе колото на далноводот со микроленти како пример за да разговара за компромисите поврзани со топлинските перформанси на колото. Во коло со микроленти со двострана структура на ПХБ, загубите вклучуваат загуба на диелектрик, загуба на проводник, загуба на зрачење и загуба од истекување. Разликата помеѓу различните компоненти на загубата е голема. Со неколку исклучоци, загубата од истекување на високофреквентните PCB кола е генерално многу мала. Во оваа статија, бидејќи вредноста на загубата од истекување е многу мала, таа засега ќе биде игнорирана.

Губење на зрачење

Загубата на зрачење зависи од многу параметри на колото како што се работната фреквенција, дебелината на подлогата на колото, диелектричната константа на ПХБ (релативна диелектрична константа или εr) и планот за дизајнирање. Што се однесува до дизајнерските шеми, загубата на зрачење често произлегува од лошата трансформација на импедансата во колото или разликите во преносот на електромагнетни бранови во колото. Областа за трансформација на импедансата на колото обично вклучува област за внесување сигнал, точка на импеданса на чекор, никулец и мрежа за појавување. Разумниот дизајн на колото може да реализира непречена трансформација на импедансата, со што се намалува загубата на зрачење на колото. Се разбира, треба да се сфати дека постои можност за несовпаѓање на импедансата што доведува до губење на зрачење на кој било интерфејс на колото. Од гледна точка на работната фреквенција, обично колку е поголема фреквенцијата, толку е поголема загубата на зрачење на колото.

Параметрите на материјалите на колото поврзани со загубата на зрачење се главно диелектрична константа и дебелина на материјалот на ПХБ. Колку е подебела подлогата на колото, толку е поголема можноста да се предизвика загуба на зрачење; колку е помал εr на материјалот од ПХБ, толку е поголема загубата на зрачење на колото. Сеопфатно мерејќи ги карактеристиките на материјалот, употребата на подлоги од тенко коло може да се користи како начин да се надомести загубата на зрачење предизвикана од материјали со ниско коло. Влијанието на дебелината на подлогата на колото и εr врз загубата на зрачење на колото е затоа што тоа е функција зависна од фреквенцијата. Кога дебелината на подлогата на колото не надминува 20 mil и работната фреквенција е помала од 20 GHz, загубата на зрачење на колото е многу мала. Бидејќи повеќето од фреквенциите за моделирање и мерење на кола во овој напис се пониски од 20 GHz, дискусијата во оваа статија ќе го игнорира влијанието на загубата на зрачење врз загревањето на колото.

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

Измерени и симулирани резултати

Кривата на слика 1 ги содржи измерените резултати и резултатите од симулацијата. Резултатите од симулацијата се добиени со користење на софтверот за пресметување на микробранова импеданса MWI-2010 на Rogers Corporation. Софтверот MWI-2010 ги цитира аналитичките равенки во класичните трудови од областа на моделирање на линии со микроленти. Податоците од тестот на слика 1 се добиени со методот на мерење на диференцијална должина на анализатор на векторска мрежа. Од Сл. 1 може да се види дека резултатите од симулацијата на кривата на вкупната загуба во основа се конзистентни со измерените резултати. Од сликата може да се види дека загубата на проводникот на потенкото коло (кривата лево одговара на дебелина од 6.6 мил.) е главната компонента на вкупната загуба на вметнување. Како што се зголемува дебелината на колото (дебелината што одговара на кривата на десната страна е 10 мил), загубата на диелектрикот и загубата на проводникот имаат тенденција да се приближуваат, а двете заедно ја сочинуваат вкупната загуба на вметнување.

Моделот за симулација на слика 1 и параметрите на материјалот на колото користени во вистинското коло се: диелектрична константа 3.66, фактор на загуба 0.0037 и грубост на површината на бакарниот проводник 2.8 um RMS. Кога ќе се намали грубоста на површината на бакарната фолија под истиот материјал на колото, загубата на проводникот на колата од 6.6 mil и 10 mil на слика 1 значително ќе се намали; сепак, ефектот не е очигледен за колото од 20 мил. Слика 2 ги прикажува резултатите од тестот на два материјали на кола со различна грубост, имено Rogers RO4350B™ стандарден материјал за коло со висока грубост и Rogers RO4350B LoPro™ материјал на коло со мала грубост.

Како што е прикажано на слика 1 и слика 2, колку е потенка подлогата на колото, толку е поголема загубата на колото при вметнување. Ова значи дека кога колото се напојува со одредена количина на RF микробранова моќност, толку потенко колото ќе генерира повеќе топлина. Кога сеопфатно се проценува прашањето за греењето на колото, од една страна, потенкото коло генерира повеќе топлина од дебелото коло на високи нивоа на моќност, но од друга страна, потенкото коло може да добие поефикасен проток на топлина низ ладилникот. Одржувајте ја температурата релативно ниска.

За да се реши проблемот со греењето на колото, идеалното тенко коло треба да ги има следните карактеристики: низок фактор на загуби на материјалот на колото, мазна бакарна тенка површина, ниска εr и висока топлинска спроводливост. Во споредба со материјалот на колото со висок εr, ширината на проводникот со истата импеданса добиена под услов на ниска εr може да биде поголема, што е корисно за намалување на загубата на проводникот на колото. Од гледна точка на дисипација на топлина на колото, иако повеќето високофреквентни подлоги на кола со ПХБ имаат многу слаба топлинска спроводливост во однос на спроводниците, топлинската спроводливост на материјалите од колото е сè уште многу важен параметар.

Многу дискусии за топлинската спроводливост на подлогите на колото се елаборирани во претходните написи, а оваа статија ќе цитира некои резултати и информации од претходните статии. На пример, следнава равенка и слика 3 се корисни за да се разберат факторите поврзани со топлинската изведба на материјалите од колото на ПХБ. Во равенката, k е топлинска спроводливост (W/m/K), A е површината, TH е температурата на изворот на топлина, TC е температурата на ладниот извор, а L е растојанието помеѓу изворот на топлина и изворот на студ.