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

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.

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.

Selepas mengabaikan kehilangan sinaran di bawah 20GHz, kehilangan sisipan litar saluran penghantaran mikrojalur terutamanya termasuk dua bahagian: kehilangan dielektrik dan kehilangan konduktor. Perkadaran kedua-duanya bergantung pada ketebalan substrat litar. Untuk substrat yang lebih nipis, kehilangan konduktor adalah komponen utama. Atas banyak sebab, secara amnya sukar untuk meramal kehilangan konduktor dengan tepat. Sebagai contoh, kekasaran permukaan konduktor mempunyai pengaruh yang besar terhadap ciri penghantaran gelombang elektromagnet. Kekasaran permukaan kerajang kuprum bukan sahaja akan mengubah pemalar perambatan gelombang elektromagnet litar mikrojalur, tetapi juga meningkatkan kehilangan konduktor litar. Disebabkan oleh kesan kulit, pengaruh kekasaran kerajang kuprum terhadap kehilangan konduktor juga bergantung kepada kekerapan. Rajah 1 membandingkan kehilangan sisipan litar talian penghantaran jalur mikro 50 ohm berdasarkan ketebalan PCB yang berbeza, iaitu masing-masing 6.6 mil dan 10 mil.

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.

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.