A nagyfrekvenciás rádiófrekvenciás kártya termikus meghibásodását elkerülő gödör: hogyan lehet pontosan illeszteni a hordozót a megfelelő hővezető képességgel
A különböző típusú anyagok hővezető képességének fő paraméterei
| Anyag típusa | Tipikus hővezető képesség | Alapvető jellemzők |
|---|---|---|
| Alumínium-nitrid (AlN) kerámia hordozó | 150-180 W/mK | Rendkívül magas hővezető képesség, a szilícium chipekhez közeli CTE, jelentősen csökkentve a hőterhelést |
| Alumínium-oxid kerámia hordozó | ~20~30 W/mK | Rendkívül erős hőállóság, alkalmas magas{0}}frekvenciás, durva, nagy-teljesítményű forgatókönyvekhez 50 GHz felett |
| Nagy teljesítményű alumínium alapú hordozó | Nagyobb vagy egyenlő, mint 0,8 W/mK | Mérsékelt költség, közepes és nagy teljesítményű hagyományos RF forgatókönyvekhez |
| Kerámiával töltött PTFE (például Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Kiegyensúlyozza az alacsony dielektromos veszteséget és az alapvető hővezetőképességet, alkalmas nagy{0}}frekvenciás forgatókönyvekre a kommunikáció és az ipari szabályozás |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Alacsony dielektromos veszteség, alkalmas 8-40 GHz-es hagyományos teljesítményradarokhoz és 5G milliméteres hullámokhoz |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Ultra alacsony Df, optimalizálva milliméteres hullám alacsony veszteség forgatókönyvek |
| Módosított FR4 | 0,3-0,5 W/mK | Rendkívül alacsony költség, csak alacsony{0}}teljesítményű és 2,5 GHz alatti{1}}frekvenciás forgatókönyvekhez alkalmas |
A hővezetési együttható kiválasztásának alapelvei
Prioritásegyeztetési teljesítményszint: Nagy hőáramú forgatókönyveknél, például nagy{0}}teljesítményű erősítőknél és légradaroknál az AlN kerámia hordozók előnyben részesítendők az eszköz meghibásodását okozó helyi túlmelegedés elkerülése érdekében; Alacsony és közepes teljesítményű hagyományos kommunikációs forgatókönyvek esetén a PTFE-alapú, 0,2–0,5 W/mK teljesítményű, nagy{1}}frekvenciás anyagok megfelelnek a követelményeknek.
Figyelembe véve a nagy{0}}frekvenciás elektromos teljesítményt: a Df-indexet nem lehet feláldozni a magas hővezetőképesség elérésére. A milliméteres hullámfrekvencia-sávnak biztosítania kell, hogy Df kisebb vagy egyenlő legyen, mint 0,002. Ennek értelmében a hővezető képességet maximalizálni kell, hogy elkerüljük a jelveszteség további hővé alakulását.
CTE szinkron illesztés: A kiválasztott anyag hőtágulási együtthatójának közel kell lennie a magchipek, például a GaAs és a szilícium hőtágulási együtthatójához, hogy megakadályozza a forrasztási repedést a hőmérsékleti ciklus során. A kerámia hordozóknak ebben a tekintetben jelentős előnyei vannak.
A szimuláció ellenőrzési prioritása: A szimulációs adatok azt mutatják, hogy azonos Df feltételek mellett a hővezető tényező 0,2 W/mK-ról 1,5 W/mK-ra növelése 0,82 fokkal /W-tal csökkentheti az egységnyi bemeneti teljesítményre vetített hőmérséklet-emelkedést. 50 W bemeneti teljesítmény mellett a teljes hűtés elérheti a 40 fokot, ami sokkal jobb, mint egyszerűen csökkenteni a Df hőelvezető hatását.
Optimális kiválasztási séma tipikus forgatókönyvekhez
Nagy teljesítményű forgatókönyvek katonai radar/műholdas kommunikációhoz: Válasszon AlN kerámia hordozót 150-180 W/mK hővezető képességgel, és kombinálja kerámiával töltött PTFE dielektromos réteggel az ultraalacsony jelveszteség és a végső hőelvezetési képesség elérése érdekében.
5G milliméteres hullám/77 GHz járműre szerelt radar forgatókönyv: a Rogers RO5870 előnyben részesítendő, 0,22 W/mK hővezető képességgel, amely megfelel a hagyományos teljesítményhűtési követelményeknek, miközben biztosítja a 0,0012-nél kisebb vagy azzal egyenlő Df-t, kiegyensúlyozva a teljesítményt és a költségeket.
Ipari vezérlés/kis és közepes teljesítményű kommunikációs forgatókönyvek: Válasszon kerámiával töltött PTFE anyagokat, mint például a Taconic RF-60, 0,4 W/mK hővezető képességgel, amely a legtöbb forgatókönyvhöz alkalmas, ugyanakkor kiváló dielektromos állandó stabilitást és erős feldolgozási kompatibilitást biztosít.
Alacsony költségű, alacsony{0}}frekvenciás, alacsony{1}}teljesítményű forgatókönyv: A nagy hővezetőképességű módosított FR4 van kiválasztva, 0,8 W/mK vagy annál nagyobb hővezetési együtthatóval, amely alkalmas nem durva, 2,5 GHz alatti rádiófrekvenciás forgatókönyvekre, nagymértékben szabályozva az anyagköltségeket.