ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി/മൈക്രോവേവ് റേഡിയോ ഫ്രീക്വൻസി സിഗ്നൽ നൽകുമ്പോൾ പിസിബി സർക്യൂട്ട്, സർക്യൂട്ട് മൂലമുണ്ടാകുന്ന നഷ്ടവും സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലും അനിവാര്യമായും ഒരു നിശ്ചിത അളവിൽ താപം സൃഷ്ടിക്കും. നഷ്ടം കൂടുന്തോറും പിസിബി മെറ്റീരിയലിലൂടെ കടന്നുപോകുന്ന ഉയർന്ന ശക്തിയും ഉയർന്ന താപവും സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. സർക്യൂട്ടിന്റെ പ്രവർത്തന താപനില റേറ്റുചെയ്ത മൂല്യത്തേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, സർക്യൂട്ട് ചില പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ടാക്കിയേക്കാം. ഉദാഹരണത്തിന്, പിസിബികളിൽ അറിയപ്പെടുന്ന സാധാരണ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് പാരാമീറ്റർ MOT ആണ് പരമാവധി പ്രവർത്തന താപനില. പ്രവർത്തന താപനില MOT കവിയുമ്പോൾ, PCB സർക്യൂട്ടിന്റെ പ്രകടനവും വിശ്വാസ്യതയും ഭീഷണിയാകും. വൈദ്യുതകാന്തിക മോഡലിംഗിന്റെയും പരീക്ഷണാത്മക അളവുകളുടെയും സംയോജനത്തിലൂടെ, RF മൈക്രോവേവ് പിസിബികളുടെ താപ സവിശേഷതകൾ മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഉയർന്ന താപനില മൂലമുണ്ടാകുന്ന സർക്യൂട്ട് പ്രകടന ശോഷണവും വിശ്വാസ്യത തകർച്ചയും ഒഴിവാക്കാൻ സഹായിക്കും.

സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുകളിൽ ഉൾപ്പെടുത്തൽ നഷ്ടം സംഭവിക്കുന്നത് എങ്ങനെയെന്ന് മനസ്സിലാക്കുന്നത് ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി പിസിബി സർക്യൂട്ടുകളുടെ താപ പ്രകടനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട പ്രധാന ഘടകങ്ങളെ നന്നായി വിവരിക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. സർക്യൂട്ടിന്റെ താപ പ്രകടനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ട്രേഡ്-ഓഫുകൾ ചർച്ച ചെയ്യുന്നതിനായി ഈ ലേഖനം മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈൻ സർക്യൂട്ട് ഒരു ഉദാഹരണമായി എടുക്കും. ഇരട്ട-വശങ്ങളുള്ള PCB ഘടനയുള്ള ഒരു മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് സർക്യൂട്ടിൽ, വൈദ്യുത നഷ്ടം, കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം, റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം, ചോർച്ച നഷ്ടം എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. വ്യത്യസ്ത നഷ്ട ഘടകങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം വളരെ വലുതാണ്. ചില ഒഴിവാക്കലുകൾ കൂടാതെ, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി പിസിബി സർക്യൂട്ടുകളുടെ ചോർച്ച നഷ്ടം പൊതുവെ വളരെ കുറവാണ്. ഈ ലേഖനത്തിൽ, ചോർച്ച നഷ്ടത്തിന്റെ മൂല്യം വളരെ കുറവായതിനാൽ, അത് തൽക്കാലം അവഗണിക്കപ്പെടും.

റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം

റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി, സർക്യൂട്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് കനം, പിസിബി ഡൈഇലക്‌ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് (ആപേക്ഷിക വൈദ്യുത സ്ഥിരത അല്ലെങ്കിൽ εr), ഡിസൈൻ പ്ലാൻ തുടങ്ങിയ നിരവധി സർക്യൂട്ട് പാരാമീറ്ററുകളെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ഡിസൈൻ സ്കീമുകളെ സംബന്ധിച്ചിടത്തോളം, റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം പലപ്പോഴും സർക്യൂട്ടിലെ മോശം ഇം‌പെഡൻസ് പരിവർത്തനം അല്ലെങ്കിൽ സർക്യൂട്ടിലെ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗ പ്രക്ഷേപണത്തിലെ വ്യത്യാസങ്ങൾ മൂലമാണ് ഉണ്ടാകുന്നത്. സർക്യൂട്ട് ഇം‌പെഡൻസ് ട്രാൻസ്ഫോർമേഷൻ ഏരിയയിൽ സാധാരണയായി സിഗ്നൽ ഫീഡ്-ഇൻ ഏരിയ, സ്റ്റെപ്പ് ഇം‌പെഡൻസ് പോയിന്റ്, സ്റ്റബ്, മാച്ചിംഗ് നെറ്റ്‌വർക്ക് എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. ന്യായമായ സർക്യൂട്ട് രൂപകൽപ്പനയ്ക്ക് സുഗമമായ ഇം‌പെഡൻസ് പരിവർത്തനം സാക്ഷാത്കരിക്കാനാകും, അതുവഴി സർക്യൂട്ടിന്റെ റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം കുറയ്ക്കും. തീർച്ചയായും, സർക്യൂട്ടിന്റെ ഏത് ഇന്റർഫേസിലും റേഡിയേഷൻ നഷ്ടത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്ന ഇം‌പെഡൻസ് പൊരുത്തക്കേടിന്റെ സാധ്യതയുണ്ടെന്ന് മനസ്സിലാക്കണം. പ്രവർത്തന ആവൃത്തിയുടെ വീക്ഷണകോണിൽ നിന്ന്, സാധാരണയായി ഉയർന്ന ആവൃത്തി, സർക്യൂട്ടിന്റെ റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം കൂടുതലാണ്.

റേഡിയേഷൻ നഷ്ടവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെ പാരാമീറ്ററുകൾ പ്രധാനമായും വൈദ്യുത സ്ഥിരതയും പിസിബി മെറ്റീരിയൽ കനവുമാണ്. സർക്യൂട്ട് അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ കട്ടി കൂടുന്തോറും റേഡിയേഷൻ നഷ്ടപ്പെടാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതലാണ്; പിസിബി മെറ്റീരിയലിന്റെ εr കുറയുന്തോറും സർക്യൂട്ടിന്റെ റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം കൂടും. മെറ്റീരിയൽ സവിശേഷതകൾ സമഗ്രമായി തൂക്കിനോക്കുമ്പോൾ, കുറഞ്ഞ εr സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുകൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം നികത്താനുള്ള ഒരു മാർഗമായി നേർത്ത സർക്യൂട്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ ഉപയോഗം ഉപയോഗിക്കാം. സർക്യൂട്ട് റേഡിയേഷൻ നഷ്ടത്തിൽ സർക്യൂട്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് കനം, εr എന്നിവയുടെ സ്വാധീനം ഒരു ഫ്രീക്വൻസി-ആശ്രിത പ്രവർത്തനമാണ്. സർക്യൂട്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെ കനം 20മില്ലിൽ കവിയാതിരിക്കുകയും പ്രവർത്തന ആവൃത്തി 20GHz-നേക്കാൾ കുറവായിരിക്കുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ, സർക്യൂട്ടിന്റെ റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം വളരെ കുറവാണ്. ഈ ലേഖനത്തിലെ മിക്ക സർക്യൂട്ട് മോഡലിംഗും മെഷർമെന്റ് ഫ്രീക്വൻസികളും 20GHz-നേക്കാൾ കുറവായതിനാൽ, ഈ ലേഖനത്തിലെ ചർച്ച സർക്യൂട്ട് തപീകരണത്തിലെ റേഡിയേഷൻ നഷ്ടത്തിന്റെ സ്വാധീനത്തെ അവഗണിക്കും.

20GHz-ൽ താഴെയുള്ള റേഡിയേഷൻ നഷ്ടം അവഗണിച്ചതിന് ശേഷം, മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈൻ സർക്യൂട്ടിന്റെ ഇൻസേർഷൻ നഷ്ടത്തിൽ പ്രധാനമായും രണ്ട് ഭാഗങ്ങൾ ഉൾപ്പെടുന്നു: വൈദ്യുത നഷ്ടവും കണ്ടക്ടർ നഷ്ടവും. രണ്ടിന്റെയും അനുപാതം പ്രധാനമായും സർക്യൂട്ട് അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ കനത്തെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. കനം കുറഞ്ഞ അടിവസ്ത്രങ്ങൾക്ക്, കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം പ്രധാന ഘടകമാണ്. പല കാരണങ്ങളാൽ, കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം കൃത്യമായി പ്രവചിക്കാൻ പൊതുവെ ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു കണ്ടക്ടറുടെ ഉപരിതല പരുക്കൻ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ പ്രക്ഷേപണ സവിശേഷതകളിൽ വലിയ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു. കോപ്പർ ഫോയിലിന്റെ ഉപരിതല പരുക്കൻ മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് സർക്യൂട്ടിന്റെ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗ പ്രചരണ സ്ഥിരതയെ മാറ്റുക മാത്രമല്ല, സർക്യൂട്ടിന്റെ കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും. ചർമ്മപ്രഭാവം കാരണം, കണ്ടക്ടർ നഷ്ടത്തിൽ ചെമ്പ് ഫോയിൽ പരുക്കന്റെ സ്വാധീനവും ആവൃത്തിയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. യഥാക്രമം 1 മില്ലും 50 മില്ലും ആയ പിസിബി കനം അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള 6.6 ഓം മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈൻ സർക്യൂട്ടുകളുടെ ഇൻസേർഷൻ നഷ്ടം ചിത്രം 10 താരതമ്യം ചെയ്യുന്നു.

25

ചിത്രം 1. വ്യത്യസ്ത കട്ടിയുള്ള പിസിബി മെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള 50 ഓം മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈൻ സർക്യൂട്ടുകളുടെ താരതമ്യം

അളന്നതും അനുകരിച്ചതുമായ ഫലങ്ങൾ

ചിത്രം 1-ലെ വക്രത്തിൽ അളന്ന ഫലങ്ങളും സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. റോജേഴ്‌സ് കോർപ്പറേഷന്റെ MWI-2010 മൈക്രോവേവ് ഇം‌പെഡൻസ് കണക്കുകൂട്ടൽ സോഫ്റ്റ്‌വെയർ ഉപയോഗിച്ചാണ് സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ ലഭിക്കുന്നത്. MWI-2010 സോഫ്റ്റ്‌വെയർ മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് ലൈൻ മോഡലിംഗ് മേഖലയിലെ ക്ലാസിക് പേപ്പറുകളിലെ വിശകലന സമവാക്യങ്ങൾ ഉദ്ധരിക്കുന്നു. വെക്റ്റർ നെറ്റ്‌വർക്ക് അനലൈസറിന്റെ ഡിഫറൻഷ്യൽ ലെങ്ത് മെഷർമെന്റ് രീതി ഉപയോഗിച്ചാണ് ചിത്രം 1-ലെ ടെസ്റ്റ് ഡാറ്റ ലഭിക്കുന്നത്. മൊത്തം നഷ്ട വക്രത്തിന്റെ സിമുലേഷൻ ഫലങ്ങൾ അടിസ്ഥാനപരമായി അളന്ന ഫലങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതായി ചിത്രം 1-ൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും. കനം കുറഞ്ഞ സർക്യൂട്ടിന്റെ കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം (ഇടതുവശത്തുള്ള വക്രം 6.6 മില്ലിന്റെ കനവുമായി യോജിക്കുന്നു) മൊത്തം ഉൾപ്പെടുത്തൽ നഷ്ടത്തിന്റെ പ്രധാന ഘടകമാണെന്ന് ചിത്രത്തിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയും. സർക്യൂട്ട് കനം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് (വലതുവശത്തുള്ള വക്രവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കനം 10 മില്ലി ആണ്), വൈദ്യുത നഷ്ടവും കണ്ടക്ടർ നഷ്ടവും അടുക്കുന്നു, രണ്ടും ചേർന്ന് മൊത്തം ഇൻസെർഷൻ നഷ്ടം ഉണ്ടാക്കുന്നു.

ചിത്രം 1-ലെ സിമുലേഷൻ മോഡലും യഥാർത്ഥ സർക്യൂട്ടിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയൽ പാരാമീറ്ററുകളും ഇവയാണ്: ഡൈഇലക്‌ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് 3.66, ലോസ് ഫാക്ടർ 0.0037, കോപ്പർ കണ്ടക്ടർ ഉപരിതല പരുക്കൻത 2.8 um RMS. ഒരേ സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലിന് കീഴിലുള്ള കോപ്പർ ഫോയിലിന്റെ ഉപരിതല പരുക്കൻത കുറയുമ്പോൾ, ചിത്രം 6.6 ലെ 10 മിൽ, 1 മിൽ സർക്യൂട്ടുകളുടെ കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം ഗണ്യമായി കുറയും; എന്നിരുന്നാലും, 20 മിൽ സർക്യൂട്ടിന്റെ ഫലം വ്യക്തമല്ല. വ്യത്യസ്‌ത പരുഷതയുള്ള രണ്ട് സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെ പരിശോധനാ ഫലങ്ങൾ ചിത്രം 2 കാണിക്കുന്നു, അതായത് ഉയർന്ന പരുക്കനോടുകൂടിയ റോജേഴ്‌സ് RO4350B™ സ്റ്റാൻഡേർഡ് സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലും കുറഞ്ഞ പരുക്കനുള്ള റോജേഴ്‌സ് RO4350B LoPro™ സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലും.

മൈക്രോസ്ട്രിപ്പ് സർക്യൂട്ടുകൾ പ്രോസസ്സ് ചെയ്യുന്നതിന് മിനുസമാർന്ന കോപ്പർ ഫോയിൽ ഉപരിതല സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഉപയോഗിക്കുന്നതിന്റെ ഗുണങ്ങൾ ചിത്രം 2 കാണിക്കുന്നു. കനം കുറഞ്ഞ അടിവസ്ത്രങ്ങൾക്ക്, മിനുസമാർന്ന ചെമ്പ് ഫോയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഇൻസേർഷൻ നഷ്ടം ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കും. 6.6മില്ലി സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്, മിനുസമാർന്ന ചെമ്പ് ഫോയിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നത് കാരണം 0.3GHz-ൽ ഉൾപ്പെടുത്തൽ നഷ്ടം 20 dB കുറയുന്നു; 10GHz-ൽ 0.22mil സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് 20 dB കുറയുന്നു; കൂടാതെ 20mil സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ്, ഇൻസേർഷൻ നഷ്ടം 0.11 dB മാത്രമേ കുറയൂ.

ചിത്രം 1-ലും ചിത്രം 2-ലും കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, സർക്യൂട്ട് അടിവസ്ത്രം കനംകുറഞ്ഞാൽ, സർക്യൂട്ടിന്റെ ഇൻസെർഷൻ നഷ്ടം കൂടുതലാണ്. ഇതിനർത്ഥം ഒരു നിശ്ചിത അളവിലുള്ള RF മൈക്രോവേവ് പവർ ഉപയോഗിച്ച് സർക്യൂട്ട് നൽകുമ്പോൾ, കനം കുറഞ്ഞ സർക്യൂട്ട് കൂടുതൽ താപം സൃഷ്ടിക്കും. സർക്യൂട്ട് തപീകരണ പ്രശ്നം സമഗ്രമായി കണക്കാക്കുമ്പോൾ, ഒരു വശത്ത്, ഒരു നേർത്ത സർക്യൂട്ട് ഉയർന്ന പവർ ലെവലിൽ കട്ടിയുള്ള സർക്യൂട്ടിനേക്കാൾ കൂടുതൽ താപം സൃഷ്ടിക്കുന്നു, എന്നാൽ മറുവശത്ത്, കനം കുറഞ്ഞ സർക്യൂട്ട് ഹീറ്റ് സിങ്കിലൂടെ കൂടുതൽ ഫലപ്രദമായ താപ പ്രവാഹം നേടും. താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ താപനില നിലനിർത്തുക.

സർക്യൂട്ടിന്റെ തപീകരണ പ്രശ്നം പരിഹരിക്കുന്നതിന്, അനുയോജ്യമായ നേർത്ത സർക്യൂട്ടിന് ഇനിപ്പറയുന്ന സവിശേഷതകൾ ഉണ്ടായിരിക്കണം: സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലിന്റെ കുറഞ്ഞ നഷ്ട ഘടകം, മിനുസമാർന്ന ചെമ്പ് നേർത്ത ഉപരിതലം, കുറഞ്ഞ εr, ഉയർന്ന താപ ചാലകത. ഉയർന്ന εr ന്റെ സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ, കുറഞ്ഞ εr എന്ന അവസ്ഥയിൽ ലഭിച്ച അതേ ഇം‌പെഡൻസിന്റെ കണ്ടക്ടർ വീതി വലുതായിരിക്കും, ഇത് സർക്യൂട്ടിന്റെ കണ്ടക്ടർ നഷ്ടം കുറയ്ക്കുന്നതിന് പ്രയോജനകരമാണ്. സർക്യൂട്ട് താപ വിസർജ്ജനത്തിന്റെ വീക്ഷണകോണിൽ, മിക്ക ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി പിസിബി സർക്യൂട്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്ക് കണ്ടക്ടറുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ വളരെ മോശമായ താപ ചാലകതയുണ്ടെങ്കിലും, സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെ താപ ചാലകത ഇപ്പോഴും വളരെ പ്രധാനപ്പെട്ട പാരാമീറ്ററാണ്.

സർക്യൂട്ട് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളുടെ താപ ചാലകതയെക്കുറിച്ചുള്ള ധാരാളം ചർച്ചകൾ മുമ്പത്തെ ലേഖനങ്ങളിൽ വിശദീകരിച്ചിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ ഈ ലേഖനം മുമ്പത്തെ ലേഖനങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ചില ഫലങ്ങളും വിവരങ്ങളും ഉദ്ധരിക്കും. ഉദാഹരണത്തിന്, പിസിബി സർക്യൂട്ട് മെറ്റീരിയലുകളുടെ താപ പ്രകടനവുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഘടകങ്ങൾ മനസിലാക്കാൻ ഇനിപ്പറയുന്ന സമവാക്യവും ചിത്രം 3 ഉം സഹായകമാണ്. സമവാക്യത്തിൽ, k എന്നത് താപ ചാലകത (W/m/K), A എന്നത് ഏരിയയാണ്, TH എന്നത് താപ സ്രോതസ്സിന്റെ താപനിലയാണ്, TC എന്നത് തണുത്ത സ്രോതസ്സിന്റെ താപനിലയാണ്, L എന്നത് താപ സ്രോതസ്സും തമ്മിലുള്ള ദൂരവുമാണ്. തണുത്ത ഉറവിടം.