Kõrgsagedusliku raadiosagedusplaadi termilise rikke vältimise auk: kuidas substraati täpselt sobitada sobiva soojusjuhtivusteguriga
Erinevat tüüpi materjalide soojusjuhtivuse põhiparameetrid
| Materjali tüüp | Tüüpiline soojusjuhtivus | Põhifunktsioonid |
|---|---|---|
| Alumiiniumnitriid (AlN) keraamiline substraat | 150-180 W/mK | Äärmiselt kõrge soojusjuhtivus, CTE on räni kiipidele lähedal, vähendades oluliselt termilist stressi |
| Alumiiniumoksiidkeraamiline aluspind | ~20~30 W/mK | Äärmiselt tugev temperatuuritaluvus, sobib kõrge-sagedusega, karmide, suure-võimsusega stsenaariumide jaoks üle 50 GHz |
| Suure võimsusega alumiiniumist põhimik | Suurem või võrdne 0,8 W/mK | Mõõdukas hind, sobib keskmise kuni suure võimsusega tavapäraste raadiosageduslike stsenaariumide jaoks |
| Keraamilise täidisega PTFE (nt Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Tasakaalustab väikese dielektrilise kadu ja põhilise soojusjuhtivuse, sobib kõrgsageduslike stsenaariumide jaoks side- ja tööstusjuhtimises{0}} |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Madal dielektriline kadu, sobib 8-40 GHz tavapärase võimsusradari ja 5G millimeeterlaine stsenaariumide jaoks |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Ülimadala Df, optimeeritud millimeeterlaine väikese kadu stsenaariumide jaoks |
| Muudetud FR4 | 0,3-0,5 W/mK | Äärmiselt odav, sobib ainult madala-võimsusega ja madala-sagedusega alla 2,5 GHz |
Soojusjuhtivusteguri valimise põhiprintsiibid
Prioriteedi sobitamise võimsustase: suure soojusvoo stsenaariumide puhul, nagu suure{0}}võimsusega võimendid ja õhuradarid, eelistatakse AlN keraamilisi substraate, et vältida kohalikku ülekuumenemist, mis võib põhjustada seadme rikke; Madala kuni keskmise võimsusega tavapäraste sidestsenaariumide korral vastavad nõuetele PTFE-põhised kõrgsageduslikud materjalid võimsusega 0,2–0,5 W/mK.
Võttes arvesse kõrgsageduslikku-elektrilist jõudlust: Df-indeksit ei saa ohverdada kõrge soojusjuhtivuse saavutamiseks. Millimeeterlaine sagedusriba peab tagama, et Df on väiksem kui 0,002 või sellega võrdne. Selle eelduse kohaselt tuleks soojusjuhtivus olla maksimeeritud, et vältida signaalikadude muundamist täiendavaks soojuseks.
CTE sünkroonne sobitamine: valitud materjali soojuspaisumistegur peaks olema lähedane südamikukiipide, nagu GaAs ja räni, soojuspaisumistegur, et vältida jootmise pragunemist temperatuuritsükli ajal. Keraamilistel aluspindadel on selles osas olulisi eeliseid.
Simulatsiooni kontrollimise prioriteet: Simulatsiooniandmed näitavad, et samades Df-tingimustes võib soojusjuhtivuse suurendamine 0,2 W/mK-lt 1,5 W/mK-ni vähendada temperatuuri tõusu sisendvõimsuse ühiku kohta 0,82 kraadi /W võrra. 50 W sisendvõimsusel võib üldine jahutus ulatuda 40 kraadini, mis on palju parem kui lihtsalt Df soojuse hajumise efekti vähendamine.
Optimaalne valikuskeem tüüpiliste stsenaariumide jaoks
Suure võimsusega stsenaariumid sõjalise radari/satelliitside jaoks: valige AlN keraamiline substraat soojusjuhtivusega 150-180 W/mK ja kombineerige see keraamilise PTFE dielektrilise kihiga, et saavutada üliväike signaalikadu ja ülim soojuse hajutamise võime.
5G millimeetri laine / 77 GHz sõidukile paigaldatud radari stsenaarium: eelistatud on Rogers RO5870, mille soojusjuhtivus on 0,22 W/mK ja mis vastab tavapärastele toitejahutusnõuetele, tagades samal ajal Df-i, mis on väiksem või võrdne 0,0012, tasakaalustades jõudlust ja kulusid.
Tööstusliku juhtimise/väikese ja keskmise võimsusega sidestsenaariumid: valige keraamilise täidisega PTFE materjalid, nagu Taconic RF-60, mille soojusjuhtivus on 0,4 W/mK, mis sobib enamiku stsenaariumide jaoks, kuid millel on ka suurepärane dielektrilise konstandi stabiilsus ja tugev töötlemisühilduvus.
Madala kulu,-sageduse ja vähese võimsusega-stsenaarium: valitud on suure soojusjuhtivusega modifitseeritud FR4, mille soojusjuhtivuse koefitsient on suurem või võrdne 0,8 W/mK, sobib mittekarmide raadiosageduslike stsenaariumide jaoks alla 2,5 GHz, kontrollides oluliselt materjalikulusid.