Kur sinjali i radiofrekuencës me frekuencë të lartë/mikrovalë futet në PCB qark, humbja e shkaktuar nga vetë qarku dhe materiali i qarkut në mënyrë të pashmangshme do të gjenerojnë një sasi të caktuar nxehtësie. Sa më e madhe të jetë humbja, aq më e lartë është fuqia që kalon përmes materialit PCB dhe aq më e madhe është nxehtësia e gjeneruar. Kur temperatura e funksionimit të qarkut tejkalon vlerën e vlerësuar, qarku mund të shkaktojë disa probleme. Për shembull, parametri tipik i funksionimit MOT, i cili njihet mirë në PCB, është temperatura maksimale e funksionimit. Kur temperatura e funksionimit tejkalon MOT, performanca dhe besueshmëria e qarkut PCB do të kërcënohen. Nëpërmjet kombinimit të modelimit elektromagnetik dhe matjeve eksperimentale, të kuptuarit e karakteristikave termike të PCB-ve me mikrovalë RF mund të ndihmojë në shmangien e degradimit të performancës së qarkut dhe degradimit të besueshmërisë të shkaktuar nga temperaturat e larta.

Të kuptuarit se si ndodh humbja e futjes në materialet e qarkut ndihmon për të përshkruar më mirë faktorët e rëndësishëm që lidhen me performancën termike të qarqeve PCB me frekuencë të lartë. Ky artikull do të marrë qarkun e linjës së transmetimit me mikrostrip si shembull për të diskutuar kompromiset që lidhen me performancën termike të qarkut. Në një qark mikrostrip me një strukturë PCB të dyanshme, humbjet përfshijnë humbjen dielektrike, humbjen e përcjellësit, humbjen e rrezatimit dhe humbjen e rrjedhjes. Dallimi midis komponentëve të ndryshëm të humbjes është i madh. Me disa përjashtime, humbja e rrjedhjes së qarqeve PCB me frekuencë të lartë është përgjithësisht shumë e ulët. Në këtë artikull, meqenëse vlera e humbjes së rrjedhjes është shumë e ulët, ajo do të injorohet për momentin.

Humbja e rrezatimit

Humbja e rrezatimit varet nga shumë parametra të qarkut si frekuenca e funksionimit, trashësia e nënshtresës së qarkut, konstanta dielektrike e PCB (konstanta dielektrike relative ose εr) dhe plani i projektimit. Për sa i përket skemave të projektimit, humbja e rrezatimit shpesh rrjedh nga transformimi i dobët i impedancës në qark ose ndryshimet në transmetimin e valëve elektromagnetike në qark. Zona e transformimit të rezistencës së qarkut zakonisht përfshin zonën e hyrjes së sinjalit, pikën e rezistencës së hapit, cungun dhe rrjetin e përputhjes. Dizajni i arsyeshëm i qarkut mund të realizojë një transformim të qetë të impedancës, duke reduktuar kështu humbjen e rrezatimit të qarkut. Natyrisht, duhet kuptuar se ekziston mundësia e mospërputhjes së rezistencës që çon në humbje të rrezatimit në çdo ndërfaqe të qarkut. Nga pikëpamja e frekuencës së funksionimit, zakonisht sa më e lartë të jetë frekuenca, aq më e madhe është humbja e rrezatimit të qarkut.

Parametrat e materialeve të qarkut që lidhen me humbjen e rrezatimit janë kryesisht konstanta dielektrike dhe trashësia e materialit PCB. Sa më i trashë të jetë nënshtresa e qarkut, aq më e madhe është mundësia e shkaktimit të humbjes së rrezatimit; sa më i ulët të jetë εr i materialit PCB, aq më e madhe është humbja e rrezatimit të qarkut. Duke peshuar plotësisht karakteristikat e materialit, përdorimi i nënshtresave të qarkut të hollë mund të përdoret si një mënyrë për të kompensuar humbjen e rrezatimit të shkaktuar nga materialet me qark të ulët εr. Ndikimi i trashësisë së nënshtresës së qarkut dhe εr në humbjen e rrezatimit të qarkut është sepse është një funksion i varur nga frekuenca. Kur trashësia e nënshtresës së qarkut nuk kalon 20 mil dhe frekuenca e funksionimit është më e ulët se 20 GHz, humbja e rrezatimit të qarkut është shumë e ulët. Meqenëse shumica e frekuencave të modelimit dhe matjes së qarkut në këtë artikull janë më të ulëta se 20 GHz, diskutimi në këtë artikull do të injorojë ndikimin e humbjes së rrezatimit në ngrohjen e qarkut.

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

Rezultatet e matura dhe të simuluara

Kurba në figurën 1 përmban rezultatet e matura dhe rezultatet e simulimit. Rezultatet e simulimit janë marrë duke përdorur softuerin për llogaritjen e rezistencës së rezistencës mikrovalore MWI-2010 të Rogers Corporation. Softueri MWI-2010 citon ekuacionet analitike në punimet klasike në fushën e modelimit të linjave me mikrostrip. Të dhënat e provës në figurën 1 janë marrë me metodën e matjes së gjatësisë diferenciale të një analizuesi të rrjetit vektorial. Mund të shihet nga Fig. 1 se rezultatet e simulimit të kurbës së humbjes totale janë në thelb në përputhje me rezultatet e matura. Nga figura mund të shihet se humbja e përcjellësit të qarkut më të hollë (lakorja në të majtë korrespondon me një trashësi prej 6.6 mil) është komponenti kryesor i humbjes totale të futjes. Ndërsa trashësia e qarkut rritet (trashësia që korrespondon me kurbën në të djathtë është 10 mil), humbja dielektrike dhe humbja e përcjellësit priren të afrohen, dhe të dyja së bashku përbëjnë humbjen totale të futjes.

Modeli i simulimit në figurën 1 dhe parametrat e materialit të qarkut të përdorur në qarkun aktual janë: konstanta dielektrike 3.66, faktori i humbjes 0.0037 dhe vrazhdësia e sipërfaqes së përcjellësit të bakrit 2.8 um RMS. Kur vrazhdësia e sipërfaqes së fletës së bakrit nën të njëjtin material qarku zvogëlohet, humbja e përcjellësit të qarqeve 6.6 mil dhe 10 mil në Figurën 1 do të reduktohet ndjeshëm; megjithatë, efekti nuk është i dukshëm për qarkun 20 mil. Figura 2 tregon rezultatet e testimit të dy materialeve të qarkut me vrazhdësi të ndryshme, përkatësisht materialin standard të qarkut Rogers RO4350B™ me vrazhdësi të lartë dhe materialin e qarkut Rogers RO4350B LoPro™ me vrazhdësi të ulët.

Siç tregohet në Figurën 1 dhe Figura 2, sa më e hollë të jetë nënshtresa e qarkut, aq më e lartë është humbja e futjes së qarkut. Kjo do të thotë që kur qarku ushqehet me një sasi të caktuar të fuqisë së mikrovalës RF, aq më i hollë qarku do të gjenerojë më shumë nxehtësi. Kur peshohet në mënyrë gjithëpërfshirëse çështja e ngrohjes së qarkut, nga njëra anë, një qark më i hollë gjeneron më shumë nxehtësi sesa një qark i trashë në nivele të larta të fuqisë, por nga ana tjetër, një qark më i hollë mund të marrë një rrjedhje më efektive të nxehtësisë përmes lavamanit të nxehtësisë. Mbani temperaturën relativisht të ulët.

Për të zgjidhur problemin e ngrohjes së qarkut, qarku ideal i hollë duhet të ketë këto karakteristika: faktor i ulët i humbjes së materialit të qarkut, sipërfaqe e hollë e lëmuar e bakrit, εr e ulët dhe përçueshmëri e lartë termike. Krahasuar me materialin e qarkut me εr të lartë, gjerësia e përcjellësit të së njëjtës rezistencë të përftuar në kushtet e εr të ulët mund të jetë më e madhe, gjë që është e dobishme për të reduktuar humbjen e përcjellësit të qarkut. Nga këndvështrimi i shpërndarjes së nxehtësisë së qarkut, megjithëse shumica e nënshtresave të qarkut PCB me frekuencë të lartë kanë përçueshmëri termike shumë të dobët në krahasim me përçuesit, përçueshmëria termike e materialeve të qarkut është ende një parametër shumë i rëndësishëm.

Shumë diskutime rreth përçueshmërisë termike të nënshtresave të qarkut janë shtjelluar në artikujt e mëparshëm dhe ky artikull do të citojë disa rezultate dhe informacione nga artikujt e mëparshëm. Për shembull, ekuacioni i mëposhtëm dhe Figura 3 janë të dobishme për të kuptuar faktorët që lidhen me performancën termike të materialeve të qarkut PCB. Në ekuacion, k është përçueshmëria termike (W/m/K), A është zona, TH është temperatura e burimit të nxehtësisë, TC është temperatura e burimit të ftohtë dhe L është distanca midis burimit të nxehtësisë dhe burimi i ftohtë.