Яма за избягване на термична повреда на високочестотна RF платка: как точно да съпоставим субстрата с подходящ коефициент на топлопроводимост
Основни параметри на топлопроводимостта за различни видове материали
| Тип материал | Типична топлопроводимост | Основни функции |
|---|---|---|
| Керамичен субстрат от алуминиев нитрид (AlN). | 150~180 W/mK | Изключително висока топлопроводимост, КТР близък до силициевите чипове, което значително намалява топлинния стрес |
| Керамичен субстрат от алуминиев оксид | ~20~30 W/mK | Изключително силна температурна устойчивост, подходяща за сценарии с висока-честота, сурови, висока{1}}мощност над 50GHz |
| Високомощен субстрат на алуминиева основа | По-голяма или равна на 0,8 W/mK | Умерена цена, подходяща за конвенционални RF сценарии със средна до висока мощност |
| PTFE с керамичен пълнеж (като Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Балансиране на ниска диелектрична загуба и основна топлопроводимост, подходящо за високо{0}}честотни сценарии при комуникация и промишлен контрол |
| Роджърс RO5870 | 0,22 W/mK | Ниска диелектрична загуба, подходяща за 8-40GHz конвенционален мощен радар и 5G сценарии с милиметрови вълни |
| Роджърс RO5880 | 0,2 W/mK | Ултра нисък Df, оптимизиран за сценарии с ниски загуби на милиметрови вълни |
| Модифициран FR4 | 0,3~0,5 W/mK | Изключително ниска цена, подходяща само за сценарии с ниска-мощност и ниска{1}}честота под 2,5 GHz |
Основни принципи на преценка за избор на коефициент на топлопроводимост
Приоритетно съответстващо ниво на мощност: За сценарии с висок топлинен поток, като например усилватели с висока-мощност и бордови радари, се предпочитат керамични субстрати от AlN, за да се избегне локално прегряване, което може да причини повреда на устройството; При сценарии за конвенционална комуникация с ниска до средна мощност високочестотните-материали на основата на PTFE с мощност от 0,2~0,5 W/mK могат да отговорят на изискванията.
Като се вземат предвид високо{0}}честотните електрически характеристики: Df индексът не може да бъде пожертван в името на преследването на висока топлопроводимост. Честотната лента на милиметровите вълни трябва да гарантира Df По-малко или равно на 0,002. При тази предпоставка топлопроводимостта трябва да бъде максимално увеличена, за да се избегне преобразуването на загуба на сигнал в допълнителна топлина.
CTE синхронно съвпадение: Коефициентът на топлинно разширение на избрания материал трябва да бъде близък до този на сърцевината на чипове като GaAs и силиций, за да се предотврати напукване на спойка по време на температурни цикли. Керамичните субстрати имат значителни предимства в това отношение.
Приоритет на проверка на симулацията: Данните от симулацията показват, че при същите условия на Df увеличаването на топлопроводимостта от 0,2 W/mK до 1,5 W/mK може да намали повишаването на температурата на единица входяща мощност с 0,82 градуса /W. При входна мощност от 50 W общото охлаждане може да достигне 40 градуса, което е много по-добре от просто намаляване на ефекта на разсейване на топлината на Df.
Оптимална схема за избор за типични сценарии
Сценарии с висока мощност за военни радарни/сателитни комуникации: Изберете AlN керамичен субстрат с топлопроводимост от 150-180 W/mK и го комбинирайте с напълнен с керамика PTFE диелектричен слой, за да постигнете ултраниска загуба на сигнал и максимална способност за разсейване на топлината.
Сценарий с 5G милиметрови вълни/77GHz радар, монтиран в превозно средство: предпочита се Rogers RO5870 с топлопроводимост от 0,22 W/mK, който може да отговори на изискванията за конвенционално охлаждане, като същевременно гарантира Df По-малко или равно на 0,0012, балансирайки производителност и цена.
Индустриален контрол/комуникационни сценарии с малка и средна мощност: Изберете PTFE материали с керамичен пълнеж, като Taconic RF-60, с топлопроводимост от 0,4 W/mK, която е подходяща за повечето сценарии, като същевременно има отлична стабилност на диелектричната константа и силна съвместимост при обработка.
Сценарий с ниска цена, ниска-честота, ниска{1}}мощност: Избран е модифициран FR4 с висока топлопроводимост, с коефициент на топлопроводимост По-голям или равен на 0,8 W/mK, подходящ за несурови сценарии с радиочестоти под 2,5 GHz, като значително контролира разходите за материали.