Augstas frekvences RF plātnes termiskās atteices novēršanas bedre: kā precīzi saskaņot substrātu ar piemērotu siltumvadītspējas koeficientu
Siltumvadītspējas pamatparametri dažādiem materiālu veidiem
| Materiāla veids | Tipiska siltumvadītspēja | Galvenās funkcijas |
|---|---|---|
| Alumīnija nitrīda (AlN) keramikas substrāts | 150–180 W/mK | Īpaši augsta siltumvadītspēja, CTE tuvu silīcija mikroshēmām, ievērojami samazinot termisko stresu |
| Alumīnija oksīda keramikas substrāts | ~20~30 W/mK | Īpaši spēcīga temperatūras izturība, piemērota augstas{0}}frekvences, skarbiem, lielas-jaudas scenārijiem virs 50 GHz |
| Augstas jaudas alumīnija substrāts | Lielāks vai vienāds ar 0,8 W/mK | Mērenas izmaksas, piemērotas vidējas vai lielas jaudas parastajiem RF scenārijiem |
| Ar keramiku pildīts PTFE (piemēram, Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Līdzsvaro zemus dielektriskos zudumus un pamata siltumvadītspēju, piemērots augstas{0}}frekvences scenārijiem sakaru un rūpnieciskās vadības jomā |
| Rodžers RO5870 | 0,22 W/mK | Zemi dielektriskie zudumi, piemērots 8-40 GHz parastajam jaudas radaram un 5G milimetru viļņu scenārijiem |
| Rodžers RO5880 | 0,2 W/mK | Īpaši zems Df, optimizēts milimetru viļņu zemu zudumu scenārijiem |
| Modificēts FR4 | 0,3–0,5 W/mK | Īpaši zemas izmaksas, piemērotas tikai zemas-jaudas un zemas-frekvences scenārijiem zem 2,5 GHz |
Galvenie sprieduma principi siltumvadītspējas koeficienta izvēlei
Prioritātes atbilstības jaudas līmenis: augstas siltuma plūsmas scenārijos, piemēram, lieljaudas pastiprinātājiem un gaisa radariem, priekšroka tiek dota AlN keramikas substrātiem, lai izvairītos no lokālas pārkaršanas, kas var izraisīt ierīces kļūmi. Zemas un vidējas jaudas parasto sakaru scenārijos uz PTFE bāzes izgatavoti augstas frekvences materiāli ar jaudu 0,2–0,5 W/mK var atbilst prasībām.
Ņemot vērā augstas{0}}frekvences elektrisko veiktspēju: Df indeksu nevar upurēt augstas siltumvadītspējas sasniegšanai. Milimetru viļņu frekvenču joslai jānodrošina Df, kas ir mazāks par 0,002 vai vienāds ar to. Saskaņā ar šo priekšnoteikumu siltumvadītspēja ir jāpalielina, lai izvairītos no signāla zuduma pārvēršanas papildu siltumā.
CTE sinhronā saskaņošana: atlasītā materiāla termiskās izplešanās koeficientam jābūt tuvu serdeņa mikroshēmu, piemēram, GaAs un silīcija, siltuma izplešanās koeficientam, lai novērstu lodēšanas plaisāšanu temperatūras cikla laikā. Keramikas pamatnēm šajā ziņā ir būtiskas priekšrocības.
Simulācijas verifikācijas prioritāte: Simulācijas dati liecina, ka tādos pašos Df apstākļos, palielinot siltumvadītspēju no 0,2 W/mK līdz 1,5 W/mK, temperatūras paaugstināšanās uz ieejas jaudas vienību var samazināties par 0,82 grādiem /W. Ar 50 W ieejas jaudu kopējā dzesēšana var sasniegt 40 grādus, kas ir daudz labāk nekā vienkārši samazināt Df siltuma izkliedes efektu.
Optimāla atlases shēma tipiskiem scenārijiem
Lieljaudas scenāriji militāriem radara/satelīta sakariem: izvēlieties AlN keramikas substrātu ar siltumvadītspēju 150-180 W/mK un apvienojiet to ar keramikas pildītu PTFE dielektrisko slāni, lai panāktu īpaši zemu signāla zudumu un maksimālu siltuma izkliedes spēju.
5 G milimetru viļņu/77 GHz transportlīdzeklī uzstādīta radara scenārijs: priekšroka tiek dota Rogers RO5870, kura siltumvadītspēja ir 0,22 W/mK, kas atbilst parastajām jaudas dzesēšanas prasībām, vienlaikus nodrošinot Df, kas ir mazāks vai vienāds ar 0,0012, līdzsvarojot veiktspēju un izmaksas.
Rūpnieciskās vadības/mazas un vidējas jaudas komunikācijas scenāriji: izvēlieties ar keramiku pildītus PTFE materiālus, piemēram, Taconic RF-60, ar siltumvadītspēju 0,4 W/mK, kas ir piemēroti lielākajai daļai scenāriju, vienlaikus ar izcilu dielektriskās konstantes stabilitāti un spēcīgu apstrādes savietojamību.
Zemu izmaksu, zemas{0}}frekvences, zemas{1}}jaudas scenārijs: ir atlasīts augstas siltumvadītspējas modificēts FR4 ar siltumvadītspējas koeficientu, kas ir lielāks par 0,8 W/mK vai vienāds ar to, piemērots RF scenārijiem, kas ir mazāki par 2,5 GHz, ievērojami kontrolējot materiālu izmaksas.