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

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.

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۔

20GHz سے نیچے تابکاری کے نقصان کو نظر انداز کرنے کے بعد، مائیکرو اسٹریپ ٹرانسمیشن لائن سرکٹ کے اندراج نقصان میں بنیادی طور پر دو حصے شامل ہیں: ڈائی الیکٹرک نقصان اور کنڈکٹر کا نقصان۔ دونوں کا تناسب بنیادی طور پر سرکٹ سبسٹریٹ کی موٹائی پر منحصر ہے۔ پتلی ذیلی جگہوں کے لیے، کنڈکٹر کا نقصان اہم جز ہے۔ کئی وجوہات کی بناء پر، عام طور پر موصل کے نقصان کی درست پیشین گوئی کرنا مشکل ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر، ایک موصل کی سطح کی کھردری برقی مقناطیسی لہروں کی ترسیل کی خصوصیات پر بہت بڑا اثر ڈالتی ہے۔ تانبے کے ورق کی سطح کی کھردری نہ صرف مائیکرو اسٹریپ سرکٹ کے برقی مقناطیسی لہر کے پھیلاؤ کو تبدیل کرے گی بلکہ سرکٹ کے موصل کے نقصان میں بھی اضافہ کرے گی۔ جلد کے اثر کی وجہ سے، کنڈکٹر کے نقصان پر تانبے کے ورق کی کھردری کا اثر بھی فریکوئنسی پر منحصر ہے۔ شکل 1 مختلف PCB موٹائیوں پر مبنی 50 اوہم مائیکرو اسٹریپ ٹرانسمیشن لائن سرکٹس کے اندراج کے نقصان کا موازنہ کرتا ہے، جو بالترتیب 6.6 mils اور 10 mils ہیں۔

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.

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.