Apabila isyarat frekuensi radio frekuensi tinggi/gelombang mikro dimasukkan ke dalam BPA litar, kehilangan yang disebabkan oleh litar itu sendiri dan bahan litar pasti akan menghasilkan sejumlah haba. Semakin besar kerugian, semakin tinggi kuasa yang melalui bahan PCB, dan semakin besar haba yang dihasilkan. Apabila suhu operasi litar melebihi nilai undian, litar mungkin menyebabkan beberapa masalah. Sebagai contoh, parameter operasi biasa MOT, yang terkenal dalam PCB, ialah suhu operasi maksimum. Apabila suhu operasi melebihi MOT, prestasi dan kebolehpercayaan litar PCB akan terancam. Melalui gabungan pemodelan elektromagnet dan pengukuran eksperimen, memahami ciri terma PCB gelombang mikro RF boleh membantu mengelakkan kemerosotan prestasi litar dan kemerosotan kebolehpercayaan yang disebabkan oleh suhu tinggi.

Memahami bagaimana kehilangan sisipan berlaku dalam bahan litar membantu untuk menerangkan dengan lebih baik faktor penting yang berkaitan dengan prestasi terma litar PCB frekuensi tinggi. Artikel ini akan mengambil litar talian penghantaran mikrojalur sebagai contoh untuk membincangkan pertukaran yang berkaitan dengan prestasi terma litar. Dalam litar jalur mikro dengan struktur PCB dua sisi, kerugian termasuk kehilangan dielektrik, kehilangan konduktor, kehilangan sinaran dan kehilangan kebocoran. Perbezaan antara komponen kerugian yang berbeza adalah besar. Dengan beberapa pengecualian, kehilangan kebocoran litar PCB frekuensi tinggi secara amnya sangat rendah. Dalam artikel ini, memandangkan nilai kehilangan kebocoran adalah sangat rendah, ia akan diabaikan buat masa ini.

Kehilangan sinaran

Kehilangan sinaran bergantung pada banyak parameter litar seperti kekerapan operasi, ketebalan substrat litar, pemalar dielektrik PCB (pemalar dielektrik relatif atau εr) dan pelan reka bentuk. Setakat skema reka bentuk, kehilangan sinaran selalunya berpunca daripada perubahan impedans yang lemah dalam litar atau perbezaan dalam penghantaran gelombang elektromagnet dalam litar. Kawasan transformasi impedans litar biasanya termasuk kawasan suapan masuk isyarat, titik galangan langkah, stub dan rangkaian padanan. Reka bentuk litar yang munasabah boleh merealisasikan transformasi impedans yang lancar, dengan itu mengurangkan kehilangan sinaran litar. Sudah tentu, perlu disedari bahawa terdapat kemungkinan ketidakpadanan impedans yang membawa kepada kehilangan sinaran pada mana-mana antara muka litar. Dari sudut pandangan kekerapan operasi, biasanya semakin tinggi frekuensi, semakin besar kehilangan sinaran litar.

Parameter bahan litar yang berkaitan dengan kehilangan sinaran terutamanya pemalar dielektrik dan ketebalan bahan PCB. Lebih tebal substrat litar, lebih besar kemungkinan menyebabkan kehilangan sinaran; semakin rendah εr bahan PCB, semakin besar kehilangan sinaran litar. Ciri-ciri bahan yang menimbang secara menyeluruh, penggunaan substrat litar nipis boleh digunakan sebagai cara untuk mengimbangi kehilangan sinaran yang disebabkan oleh bahan litar εr rendah. Pengaruh ketebalan substrat litar dan εr pada kehilangan sinaran litar adalah kerana ia adalah fungsi yang bergantung kepada frekuensi. Apabila ketebalan substrat litar tidak melebihi 20mil dan kekerapan operasi lebih rendah daripada 20GHz, kehilangan sinaran litar adalah sangat rendah. Oleh kerana kebanyakan pemodelan litar dan frekuensi pengukuran dalam artikel ini adalah lebih rendah daripada 20GHz, perbincangan dalam artikel ini akan mengabaikan pengaruh kehilangan sinaran pada pemanasan litar.

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

Keputusan yang diukur dan disimulasikan

Lengkung dalam Rajah 1 mengandungi keputusan yang diukur dan hasil simulasi. Keputusan simulasi diperoleh dengan menggunakan perisian pengiraan impedans gelombang mikro Rogers Corporation MWI-2010. Perisian MWI-2010 memetik persamaan analitikal dalam kertas klasik dalam bidang pemodelan garis jalur mikro. Data ujian dalam Rajah 1 diperoleh dengan kaedah ukuran panjang pembezaan penganalisis rangkaian vektor. Ia boleh dilihat daripada Rajah 1 bahawa keputusan simulasi bagi jumlah keluk kerugian pada asasnya adalah konsisten dengan keputusan yang diukur. Ia boleh dilihat daripada rajah bahawa kehilangan konduktor litar nipis (lengkung di sebelah kiri sepadan dengan ketebalan 6.6 mil) adalah komponen utama bagi jumlah kehilangan sisipan. Apabila ketebalan litar meningkat (ketebalan yang sepadan dengan lengkung di sebelah kanan ialah 10mil), kehilangan dielektrik dan kehilangan konduktor cenderung menghampiri, dan kedua-duanya bersama-sama membentuk jumlah kehilangan sisipan.

Model simulasi dalam Rajah 1 dan parameter bahan litar yang digunakan dalam litar sebenar ialah: pemalar dielektrik 3.66, faktor kehilangan 0.0037, dan kekasaran permukaan konduktor kuprum 2.8 um RMS. Apabila kekasaran permukaan kerajang kuprum di bawah bahan litar yang sama dikurangkan, kehilangan konduktor litar 6.6 mil dan 10 mil dalam Rajah 1 akan berkurangan dengan ketara; bagaimanapun, kesannya tidak jelas untuk litar 20 mil. Rajah 2 menunjukkan keputusan ujian dua bahan litar dengan kekasaran yang berbeza, iaitu bahan litar standard Rogers RO4350B™ dengan kekasaran tinggi dan bahan litar Rogers RO4350B LoPro™ dengan kekasaran rendah.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1 dan Rajah 2, semakin nipis substrat litar, semakin tinggi kehilangan sisipan litar. Ini bermakna apabila litar disuap dengan sejumlah kuasa gelombang mikro RF, litar yang lebih nipis akan menghasilkan lebih banyak haba. Apabila menimbang secara menyeluruh isu pemanasan litar, dalam satu pihak, litar yang lebih nipis menghasilkan lebih banyak haba daripada litar tebal pada tahap kuasa tinggi, tetapi sebaliknya, litar yang lebih nipis boleh memperoleh aliran haba yang lebih berkesan melalui sink haba. Pastikan suhu agak rendah.

Untuk menyelesaikan masalah pemanasan litar, litar nipis yang ideal harus mempunyai ciri-ciri berikut: faktor kehilangan rendah bahan litar, permukaan nipis tembaga licin, εr rendah dan kekonduksian terma yang tinggi. Berbanding dengan bahan litar εr tinggi, lebar konduktor impedans yang sama yang diperoleh di bawah keadaan εr rendah boleh menjadi lebih besar, yang bermanfaat untuk mengurangkan kehilangan konduktor litar. Dari perspektif pelesapan haba litar, walaupun kebanyakan substrat litar PCB frekuensi tinggi mempunyai kekonduksian terma yang sangat lemah berbanding konduktor, kekonduksian terma bahan litar masih merupakan parameter yang sangat penting.

Banyak perbincangan tentang kekonduksian terma substrat litar telah dihuraikan dalam artikel terdahulu, dan artikel ini akan memetik beberapa keputusan dan maklumat daripada artikel terdahulu. Sebagai contoh, persamaan berikut dan Rajah 3 berguna untuk memahami faktor yang berkaitan dengan prestasi terma bahan litar PCB. Dalam persamaan, k ialah kekonduksian terma (W/m/K), A ialah luas, TH ialah suhu sumber haba, TC ialah suhu sumber sejuk, dan L ialah jarak antara punca haba dan sumber sejuk.