Чрез съвместния дизайн на избора на материал, оптимизирането на термичното управление, дизайна на електромагнитната структура и прецизния контрол на процеса, високо{0}}честотните печатни платки могат систематично да отговарят на строгите изисквания на RF и микровълновите усилватели с висока-мощност, решавайки трите основни болезнени точки на загуба на сигнал, термична повреда и несъответствие на импеданса при висока мощност.
Избор на основния субстрат: Балансиране на RF производителност и топлопроводимост
Основното противоречие на усилвателите с висока-мощност е балансът между ниска загуба на сигнал и висока способност за разсейване на топлината и е необходимо да се изберат подходящи платки съответно
Сценарии за PA с малка и средна мощност: Предпочита се Rogers RO4350B с топлопроводимост от 0,69 W/m · K, Dk@10GHz =3.48, Df@10GHz =0.0037, топлопроводимостта е два пъти по-висока от тази на обикновения FR-4 и е съвместим с конвенционалните производствени процеси на печатни платки, постигайки баланс между производителност и цена.
Високомощен RF/микровълнов сценарий: избран е RT/duroid 6035HTC с топлопроводимост от 1,44 W/m · K, което е 2,4 пъти повече от стандартните високо-честотни материали. Той е проектиран специално за усилватели на мощност с висока-плътност на мощността и може бързо да изнася плътната топлина на GaN захранващите тръби.
Сценарий с малък PA модул: Използвайки Rogers TMM10, Dk=9.20 може значително да намали размера на мрежата за съвпадение на 1/4 дължина на вълната с топлопроводимост от 0,76 W/m · K, балансирайки изискванията за миниатюризация и разсейване на топлината.
Избор на медно фолио: Високо{0}}честотният път на сигнала използва ултра{1}}медно фолио с нисък профил (HVLP, Rz<2 μ m) to suppress conductor loss caused by skin effect; The high current carrying path uses 2oz-4oz thick copper foil to enhance the current carrying capacity.
Проектиране на система за термично управление: Елиминиране на топлинна повреда на захранващи устройства
Ефективността на изтичане на GaN устройства в усилватели с висока-мощност е само 50% -65%, а 35% -50% от консумацията на енергия се преобразува в топлина, което изисква изграждането на многостепенни канали за разсейване на топлината:
Основна схема за разсейване на топлината: Под термичната подложка на захранващата тръба е разположен -плотност през-матрица от отвори с диаметър 0,2-0,3 mm, а отворите са напълно метализирани, за да отвеждат топлината директно към долния заземен меден слой с голяма площ, намалявайки топлинното съпротивление с повече от 40%.
Решение за подобряване на високата мощност: Възприемайки технологията за вградени медни монети, блокове от чиста мед са вградени в позицията за инсталиране на захранващи устройства с печатни платки и топлината може да се предава директно през диелектричния слой за износ, подходящо за сценарии с ултра-висока плътност на топлинния поток над 10 W/cm².
Оптимизиране на оформлението: Концентрирайте тръби с висока мощност на нагряване на ръба на печатната платка близо до външния радиатор, за да избегнете концентрацията на горещи точки; Медното фолио на захранващия път частично отваря прозорци, за да изложи медта, и е директно свързано с външната структура за разсейване на топлината чрез топлопроводима силиконова грес, което допълнително намалява термичното съпротивление на интерфейса.
Оптимизация на електромагнитната структура: осигуряване на целостта и стабилността на сигнала
Съвпадащата мрежа от усилватели с висока-мощност е изключително чувствителна към импедансни колебания и изисква прецизен структурен дизайн за потискане на отражението на сигнала и самовъзбуждането
Стриктен контрол на импеданса: Толерансът на характеристичния импеданс от 50 Ω се контролира в рамките на ± 5%, а микролентовата линия с дължина на вълната 1/4 се моделира и калибрира предварително с помощта на софтуер за симулация на електромагнитно поле (HFSS), за да се избегнат температурни промени, причиняващи Dk дрейф и съвпадащо отместване на мрежата.
Дизайн на заземяване и екраниране: Възприемайки сандвич структура на многослойна платка „сигнал за заземяване на сигнала“, пълна и неразделена заземителна равнина е поставена под сърцевината на усилвателя на мощността; Металните прегради са подредени от двете страни на пътя на сигнала, за да изолират кръстосаните смущения между различните канали на усилвателя и да потискат само-възбудените трептения, причинени от паразитно свързване.
Опаковка и оптимизация чрез: Намалете до минимум площта на подложката на силовия транзистор според резултатите от симулацията, за да намалите паразитния капацитет; Високоскоростният-сигнал през-отвор приема технология за обратно пробиване, за да елиминира излишните остатъчни медни колони и да избегне резонансни точки в честотната лента над 20 GHz, което може да причини срив на усилването.
Прецизен контрол на процеса: постигане на висока надеждност при масово производство
Повърхностна обработка: Технологията за отлагане на сребро е предпочитана за високо-честотни пътеки на сигнала, намалявайки загубата на проводник с 0,2 dB в сравнение с отлагането на злато/ инч @ 10 GHz. В същото време осигурете плоскостта на подложките за запояване и избягвайте превишаването на скоростта на празно заваряване на устройства с висока-мощност.
Ламинирана точност: стриктно контролирайте толеранса на дебелината на диелектричния слой в рамките на ± 0,02 mm, за да осигурите последователност на импеданса; Смесената плоча за пресоване от PTFE и FR-4 използва стъпаловиден процес на нагряване и пресоване, за да се избегне разслояване и отклонение на диелектричната константа.
Проверка на околната среда: Завършената платка е претърпяла 100 температурни цикъла от -40 градуса до +85 градуса, за да се провери, че колебанието на изходната мощност на усилвателя на мощност е по-малко от 0,5 dB при различни температури, отговаряйки на изискванията за тежки условия на работа, като външни базови станции и радари, монтирани на превозно средство.