Aukšto dažnio RF plokštės šiluminio gedimo išvengimo duobė: kaip tiksliai suderinti pagrindą su tinkamu šilumos laidumo koeficientu
Pagrindiniai įvairių tipų medžiagų šilumos laidumo parametrai
| Medžiagos tipas | Tipiškas šilumos laidumas | Pagrindinės savybės |
|---|---|---|
| Aliuminio nitrido (AlN) keramikos substratas | 150–180 W/mK | Itin didelis šilumos laidumas, CTE artimas silicio lustams, žymiai sumažinantis šiluminį įtampą |
| Aliuminio oksido keramikos pagrindas | ~20~30 W/mK | Itin stiprus atsparumas temperatūrai, tinka aukšto-dažnio, atšiauriems, didelės-galios scenarijus, viršijančius 50 GHz |
| Didelės galios aliuminio pagrindu pagamintas substratas | Didesnis arba lygus 0,8 W/mK | Vidutinė kaina, tinka vidutinės ir didelės galios įprastiniams RF scenarijams |
| Keramika užpildytas PTFE (pvz., Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Subalansuoja mažus dielektrinius nuostolius ir pagrindinį šilumos laidumą, tinka aukšto{0}}dažnio scenarijams ryšių ir pramoninio valdymo srityje |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Maži dielektriniai nuostoliai, tinka 8–40 GHz įprastiniam galios radarui ir 5G milimetrinių bangų scenarijams |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Itin žemas Df, optimizuotas milimetrinių bangų mažų nuostolių scenarijams |
| Modifikuotas FR4 | 0,3–0,5 W/mK | Itin maža kaina, tinka tik mažos-galios ir žemo-dažnio, mažesnio nei 2,5 GHz, scenarijus |
Pagrindiniai sprendimo principai pasirenkant šilumos laidumo koeficientą
Prioriteto suderinimo galios lygis: esant dideliam šilumos srautui, pvz., didelės-galios stiprintuvams ir oro radarams, pirmenybė teikiama AlN keraminiams pagrindams, kad būtų išvengta vietinio perkaitimo, dėl kurio gali sugesti įrenginys; Mažos ir vidutinės galios įprasto ryšio scenarijuose PTFE pagrindu pagamintos aukšto dažnio medžiagos, kurių galia yra 0,2–0,5 W/mK, gali atitikti reikalavimus.
Atsižvelgiant į aukšto{0}}dažnio elektrines charakteristikas: Df indekso negalima paaukoti siekiant didelio šilumos laidumo. Milimetrinės bangos dažnių juosta turi užtikrinti, kad Df būtų mažesnis arba lygus 0,002. Pagal šią prielaidą šilumos laidumas turėtų būti maksimaliai padidintas, kad signalo praradimas nebūtų paverstas papildoma šiluma.
CTE sinchroninis suderinimas: pasirinktos medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas turi būti artimas šerdies lustų, tokių kaip GaAs ir silicis, koeficientui, kad būtų išvengta lydmetalio įtrūkimų temperatūros ciklo metu. Šiuo atžvilgiu keraminiai pagrindai turi didelių pranašumų.
Modeliavimo patikros prioritetas: modeliavimo duomenys rodo, kad tomis pačiomis Df sąlygomis padidinus šilumos laidumą nuo 0,2 W/mK iki 1,5 W/mK, temperatūros kilimas vienam įėjimo galios vienetui gali sumažėti 0,82 laipsnio /W. Esant 50 W įvesties galiai, bendras aušinimas gali siekti 40 laipsnių, o tai yra daug geriau nei tiesiog sumažinti Df šilumos išsklaidymo efektą.
Optimali tipinių scenarijų pasirinkimo schema
Didelės galios karinio radaro / palydovinio ryšio scenarijai: pasirinkite AlN keraminį pagrindą, kurio šilumos laidumas yra 150-180 W/mK, ir sujunkite jį su keramika užpildytu PTFE dielektriniu sluoksniu, kad pasiektumėte ypač mažus signalo nuostolius ir maksimalią šilumos išsklaidymo galimybę.
5G milimetrų bangos / 77 GHz transporto priemonėje sumontuoto radaro scenarijus: pirmenybė teikiama Rogers RO5870, kurio šilumos laidumas yra 0,22 W/mK, kuris gali atitikti įprastus galios aušinimo reikalavimus, kartu užtikrinant, kad Df būtų mažesnis arba lygus 0,0012, subalansuojant našumą ir kainą.
Pramoninio valdymo / mažos ir vidutinės galios komunikacijos scenarijai: pasirinkite keramine užpildytas PTFE medžiagas, tokias kaip Taconic RF-60, kurių šilumos laidumas yra 0,4 W/mK, tinka daugeliui scenarijų, taip pat pasižymi puikiu dielektrinės konstantos stabilumu ir dideliu apdorojimo suderinamumu.
Mažos kainos, žemo{0}}dažnio, mažos-galios scenarijus: pasirinktas didelio šilumos laidumo modifikuotas FR4, kurio šilumos laidumo koeficientas yra didesnis arba lygus 0,8 W/mK, tinka negriežtam RF scenarijui, mažesniam nei 2,5 GHz, labai kontroliuojant medžiagų sąnaudas.