Visokofrekvenčna RF plošča za preprečevanje toplotne okvare: kako natančno uskladiti podlago z ustreznim koeficientom toplotne prevodnosti
Osnovni parametri toplotne prevodnosti za različne vrste materialov
| Vrsta materiala | Tipična toplotna prevodnost | Osnovne funkcije |
|---|---|---|
| Keramični substrat iz aluminijevega nitrida (AlN). | 150~180 W/mK | Izjemno visoka toplotna prevodnost, CTE blizu silicijevih čipov, kar znatno zmanjša toplotno obremenitev |
| Keramična podlaga iz aluminijevega oksida | ~20~30 W/mK | Izjemno močna temperaturna odpornost, primerna za visoko-frekvenčne, ostre scenarije visoke-moči nad 50 GHz |
| Visoko zmogljiva podlaga na osnovi aluminija | Večji ali enak 0,8 W/mK | Zmerna cena, primerna za običajne RF scenarije srednje do visoke moči |
| PTFE, polnjen s keramiko (kot je Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Uravnoteženje nizke dielektrične izgube in osnovne toplotne prevodnosti, primerno za-visokofrekvenčne scenarije v komunikaciji in industrijskem nadzoru |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Nizka dielektrična izguba, primerna za 8-40 GHz konvencionalni močnostni radar in scenarije 5G milimetrskih valov |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Ultra nizek Df, optimiziran za scenarije nizkih izgub milimetrskega vala |
| Spremenjen FR4 | 0,3~0,5 W/mK | Izjemno nizka cena, primerna samo za scenarije z nizko-porabo energije in nizko{1}}frekvenčnostjo pod 2,5 GHz |
Osnovna načela presoje za izbiro koeficienta toplotne prevodnosti
Prioritetno ujemanje ravni moči: Za scenarije z visokim toplotnim pretokom, kot so visoko{0}}ojačevalniki moči in zračni radarji, so prednostne keramične podlage AlN, da se prepreči lokalno pregrevanje, ki lahko povzroči okvaro naprave; V običajnih komunikacijskih scenarijih nizke do srednje moči lahko visokofrekvenčni materiali na osnovi PTFE z močjo 0,2~0,5 W/mK izpolnjujejo zahteve.
Ob upoštevanju visoko{0}}frekvenčne električne zmogljivosti: indeksa Df ni mogoče žrtvovati zaradi visoke toplotne prevodnosti. Frekvenčni pas milimetrskih valov mora zagotavljati Df Manjši ali enak 0,002. V skladu s to predpostavko mora biti toplotna prevodnost čim večja, da se prepreči pretvorba izgube signala v dodatno toploto.
Sinhrono ujemanje CTE: Koeficient toplotnega raztezanja izbranega materiala mora biti blizu koeficientu jedrnih čipov, kot sta GaAs in silicij, da se prepreči pokanje spajke med temperaturnim ciklom. Keramične podlage imajo v tem pogledu pomembne prednosti.
Prednost preverjanja simulacije: Podatki simulacije kažejo, da lahko pod enakimi pogoji Df povečanje toplotne prevodnosti z 0,2 W/mK na 1,5 W/mK zmanjša dvig temperature na enoto vhodne moči za 0,82 stopinje/W. Pri vhodni moči 50 W lahko skupno hlajenje doseže 40 stopinj, kar je veliko bolje kot preprosto zmanjšanje učinka odvajanja toplote Df.
Optimalna izbirna shema za tipične scenarije
Scenariji visoke moči za vojaško radarsko/satelitsko komunikacijo: izberite keramični substrat AlN s toplotno prevodnostjo 150-180 W/mK in ga kombinirajte s keramično polnjeno dielektrično plastjo PTFE, da dosežete izjemno nizko izgubo signala in končno zmogljivost odvajanja toplote.
Scenarij 5G milimetrskega valovanja/77 GHz radarja, nameščenega v vozilu: Prednost je Rogers RO5870 s toplotno prevodnostjo 0,22 W/mK, ki lahko izpolnjuje zahteve običajnega hlajenja z električno energijo, hkrati pa zagotavlja Df Manjši ali enak 0,0012, kar uravnoteži zmogljivost in stroške.
Scenariji industrijskega krmiljenja/komunikacije z majhno in srednje močjo: izberite materiale PTFE, polnjene s keramiko, kot je Taconic RF-60, s toplotno prevodnostjo 0,4 W/mK, ki je primeren za večino scenarijev, hkrati pa ima odlično stabilnost dielektrične konstante in močno združljivost pri obdelavi.
Scenarij z nizkimi stroški, nizko-frekvenco, nizko{1}}porabo energije: izbran je modificiran FR4 z visoko toplotno prevodnostjo, s koeficientom toplotne prevodnosti večjim ali enakim 0,8 W/mK, primeren za scenarije RF, ki niso strogi pod 2,5 GHz, kar močno nadzoruje materialne stroške.