جب ہائی فریکوئنسی/مائیکرو ویو ریڈیو فریکوئنسی سگنل کو میں کھلایا جاتا ہے۔ پی سی بی سرکٹ، خود سرکٹ کی وجہ سے ہونے والا نقصان اور سرکٹ کا مواد لامحالہ گرمی کی ایک خاص مقدار پیدا کرے گا۔ نقصان جتنا زیادہ ہوگا، پی سی بی مواد سے گزرنے والی طاقت اتنی ہی زیادہ ہوگی، اور اتنی ہی زیادہ گرمی پیدا ہوگی۔ جب سرکٹ کا آپریٹنگ درجہ حرارت ریٹیڈ ویلیو سے زیادہ ہو جائے تو سرکٹ کچھ مسائل کا سبب بن سکتا ہے۔ مثال کے طور پر، عام آپریٹنگ پیرامیٹر MOT، جو PCBs میں اچھی طرح سے جانا جاتا ہے، زیادہ سے زیادہ آپریٹنگ درجہ حرارت ہے۔ جب آپریٹنگ درجہ حرارت MOT سے زیادہ ہو جاتا ہے، تو PCB سرکٹ کی کارکردگی اور وشوسنییتا کو خطرہ لاحق ہو جائے گا۔ برقی مقناطیسی ماڈلنگ اور تجرباتی پیمائشوں کے امتزاج کے ذریعے، RF مائکروویو PCBs کی تھرمل خصوصیات کو سمجھنے سے سرکٹ کی کارکردگی میں کمی اور اعلی درجہ حرارت کی وجہ سے ہونے والی وشوسنییتا کے انحطاط سے بچنے میں مدد مل سکتی ہے۔

یہ سمجھنا کہ سرکٹ کے مواد میں کیسے داخل ہونے کا نقصان ہوتا ہے اعلی تعدد پی سی بی سرکٹس کی تھرمل کارکردگی سے متعلق اہم عوامل کو بہتر طور پر بیان کرنے میں مدد کرتا ہے۔ یہ مضمون مائیکرو اسٹریپ ٹرانسمیشن لائن سرکٹ کو ایک مثال کے طور پر لے گا تاکہ سرکٹ کی تھرمل کارکردگی سے متعلق ٹریڈ آف پر تبادلہ خیال کیا جا سکے۔ دو طرفہ PCB ڈھانچے کے ساتھ مائکرو اسٹریپ سرکٹ میں، نقصانات میں ڈائی الیکٹرک نقصان، کنڈکٹر کا نقصان، تابکاری کا نقصان، اور رساو کا نقصان شامل ہے۔ نقصان کے مختلف اجزاء کے درمیان فرق بڑا ہے۔ چند مستثنیات کے ساتھ، اعلی تعدد پی سی بی سرکٹس کا رساو نقصان عام طور پر بہت کم ہوتا ہے۔ اس مضمون میں، چونکہ رساو نقصان کی قدر بہت کم ہے، اس لیے اسے فی الحال نظر انداز کر دیا جائے گا۔

تابکاری کا نقصان

تابکاری کے نقصان کا انحصار بہت سے سرکٹ پیرامیٹرز پر ہوتا ہے جیسے آپریٹنگ فریکوئنسی، سرکٹ سبسٹریٹ کی موٹائی، PCB ڈائی الیکٹرک مستقل (رشتہ دار ڈائی الیکٹرک مستقل یا εr) اور ڈیزائن پلان۔ جہاں تک ڈیزائن اسکیموں کا تعلق ہے، تابکاری کا نقصان اکثر سرکٹ میں خراب رکاوٹ کی تبدیلی یا سرکٹ میں برقی مقناطیسی لہر کی ترسیل میں فرق سے ہوتا ہے۔ سرکٹ امپیڈینس ٹرانسفارمیشن ایریا میں عام طور پر سگنل فیڈ ان ایریا، سٹیپ امپیڈینس پوائنٹ، اسٹب اور میچنگ نیٹ ورک شامل ہوتا ہے۔ معقول سرکٹ ڈیزائن ہموار رکاوٹ کی تبدیلی کو محسوس کر سکتا ہے، اس طرح سرکٹ کے تابکاری کے نقصان کو کم کر سکتا ہے۔ بلاشبہ، یہ سمجھنا چاہیے کہ سرکٹ کے کسی بھی انٹرفیس پر تابکاری کے نقصان کا باعث بننے والی رکاوٹ کی مماثلت کا امکان موجود ہے۔ آپریٹنگ فریکوئنسی کے نقطہ نظر سے، عام طور پر فریکوئنسی جتنی زیادہ ہوگی، سرکٹ کی تابکاری کا نقصان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔

تابکاری کے نقصان سے متعلق سرکٹ مواد کے پیرامیٹرز بنیادی طور پر ڈائی الیکٹرک مستقل اور پی سی بی مواد کی موٹائی ہیں۔ سرکٹ سبسٹریٹ جتنا موٹا ہوگا، تابکاری کے نقصان کا امکان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ پی سی بی مواد کا εr جتنا کم ہوگا، سرکٹ کا تابکاری کا نقصان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ مادی خصوصیات کو جامع طور پر وزن کرتے ہوئے، پتلی سرکٹ سبسٹریٹس کا استعمال کم εr سرکٹ مواد کی وجہ سے تابکاری کے نقصان کو پورا کرنے کے طریقے کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ سرکٹ تابکاری کے نقصان پر سرکٹ سبسٹریٹ موٹائی اور εr کا اثر ہے کیونکہ یہ فریکوئنسی پر منحصر فنکشن ہے۔ جب سرکٹ سبسٹریٹ کی موٹائی 20mil سے زیادہ نہیں ہوتی ہے اور آپریٹنگ فریکوئنسی 20GHz سے کم ہوتی ہے، تو سرکٹ کی تابکاری کا نقصان بہت کم ہوتا ہے۔ چونکہ اس مضمون میں زیادہ تر سرکٹ ماڈلنگ اور پیمائش کی فریکوئنسی 20GHz سے کم ہے، اس لیے اس مضمون میں بحث سرکٹ ہیٹنگ پر تابکاری کے نقصان کے اثر کو نظر انداز کرے گی۔

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

ماپا اور نقلی نتائج

شکل 1 میں وکر ناپے گئے نتائج اور نقلی نتائج پر مشتمل ہے۔ نقلی نتائج راجرز کارپوریشن کے MWI-2010 مائیکرو ویو امپیڈینس کیلکولیشن سافٹ ویئر کا استعمال کرکے حاصل کیے جاتے ہیں۔ MWI-2010 سافٹ ویئر مائیکرو اسٹریپ لائن ماڈلنگ کے میدان میں کلاسک پیپرز میں تجزیاتی مساوات کا حوالہ دیتا ہے۔ شکل 1 میں ٹیسٹ کے اعداد و شمار ویکٹر نیٹ ورک تجزیہ کار کے تفریق لمبائی کی پیمائش کے طریقے سے حاصل کیے گئے ہیں۔ یہ تصویر 1 سے دیکھا جا سکتا ہے کہ کل نقصان کے منحنی خطوط کے نقالی نتائج بنیادی طور پر ناپے گئے نتائج سے مطابقت رکھتے ہیں۔ یہ اعداد و شمار سے دیکھا جا سکتا ہے کہ پتلی سرکٹ کا کنڈکٹر نقصان (بائیں طرف کا وکر 6.6 ملی کی موٹائی کے مساوی ہے) کل اندراج کے نقصان کا بنیادی جزو ہے۔ جیسے جیسے سرکٹ کی موٹائی بڑھتی ہے (دائیں طرف کے وکر کے مطابق موٹائی 10 ملی لیٹر ہے)، ڈائی الیکٹرک نقصان اور کنڈکٹر کا نقصان قریب آتا ہے، اور دونوں مل کر اندراج کے کل نقصان کو تشکیل دیتے ہیں۔

شکل 1 میں سمولیشن ماڈل اور اصل سرکٹ میں استعمال ہونے والے سرکٹ میٹریل پیرامیٹرز ہیں: ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ 3.66، نقصان کا عنصر 0.0037، اور کاپر کنڈکٹر سطح کی کھردری 2.8 um RMS۔ جب ایک ہی سرکٹ کے مواد کے نیچے تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری کو کم کر دی جاتی ہے، تو شکل 6.6 میں 10 mil اور 1 mil سرکٹس کا کنڈکٹر نقصان نمایاں طور پر کم ہو جائے گا۔ تاہم، اثر 20 ملی سرکٹ کے لیے واضح نہیں ہے۔ شکل 2 مختلف کھردری کے ساتھ دو سرکٹ مواد کے ٹیسٹ کے نتائج دکھاتا ہے، یعنی Rogers RO4350B™ معیاری سرکٹ میٹریل جس میں زیادہ کھردرا پن اور Rogers RO4350B LoPro™ سرکٹ میٹریل کم کھردری کے ساتھ۔

جیسا کہ شکل 1 اور شکل 2 میں دکھایا گیا ہے، سرکٹ سبسٹریٹ جتنا پتلا ہوگا، سرکٹ کے اندراج کا نقصان اتنا ہی زیادہ ہوگا۔ اس کا مطلب یہ ہے کہ جب سرکٹ کو مخصوص مقدار میں RF مائکروویو پاور فراہم کی جائے گی، سرکٹ جتنا پتلا ہوگا زیادہ گرمی پیدا کرے گا۔ جب سرکٹ ہیٹنگ کے مسئلے کو جامع طور پر دیکھا جائے تو، ایک طرف، ایک پتلا سرکٹ اعلی طاقت کی سطح پر موٹے سرکٹ سے زیادہ گرمی پیدا کرتا ہے، لیکن دوسری طرف، ایک پتلا سرکٹ ہیٹ سنک کے ذریعے زیادہ موثر گرمی کا بہاؤ حاصل کر سکتا ہے۔ درجہ حرارت نسبتاً کم رکھیں۔

سرکٹ کے حرارتی مسئلے کو حل کرنے کے لیے، مثالی پتلی سرکٹ میں درج ذیل خصوصیات ہونی چاہئیں: سرکٹ کے مواد کا کم نقصان، تانبے کی پتلی سطح، کم εr اور اعلی تھرمل چالکتا۔ اعلی εr کے سرکٹ میٹریل کے مقابلے میں، کم εr کی حالت میں حاصل کی جانے والی اسی رکاوٹ کی موصل کی چوڑائی بڑی ہو سکتی ہے، جو سرکٹ کے کنڈکٹر کے نقصان کو کم کرنے کے لیے فائدہ مند ہے۔ سرکٹ گرمی کی کھپت کے نقطہ نظر سے، اگرچہ زیادہ تر اعلی تعدد پی سی بی سرکٹ سبسٹریٹس میں کنڈکٹرز کی نسبت بہت کم تھرمل چالکتا ہے، سرکٹ مواد کی تھرمل چالکتا اب بھی ایک بہت اہم پیرامیٹر ہے۔

سرکٹ سبسٹریٹس کی تھرمل چالکتا کے بارے میں بہت ساری بحثیں پچھلے مضامین میں بیان کی گئی ہیں، اور یہ مضمون پہلے کے مضامین سے کچھ نتائج اور معلومات کا حوالہ دے گا۔ مثال کے طور پر، مندرجہ ذیل مساوات اور شکل 3 پی سی بی سرکٹ مواد کی تھرمل کارکردگی سے متعلق عوامل کو سمجھنے میں مددگار ہیں۔ مساوات میں، k تھرمل چالکتا (W/m/K) ہے، A علاقہ ہے، TH حرارت کے منبع کا درجہ حرارت ہے، TC سرد ماخذ کا درجہ حرارت ہے، اور L گرمی کے منبع کے درمیان فاصلہ ہے۔ سرد ذریعہ.