Groapă pentru evitarea defecțiunilor termice a plăcii RF de înaltă frecvență: cum să potriviți cu precizie substratul cu un coeficient adecvat de conductivitate termică
Parametrii de bază ai conductivității termice pentru diferite tipuri de materiale
| Tip material | Conductivitate termică tipică | Caracteristici de bază |
|---|---|---|
| Substrat ceramic cu nitrură de aluminiu (AlN). | 150~180 W/mK | Conductivitate termică extrem de ridicată, CTE aproape de cipurile de siliciu, reducând semnificativ stresul termic |
| Substrat ceramic de oxid de aluminiu | ~20~30 W/mK | Rezistență la temperatură extrem de puternică, potrivită pentru scenarii de-frecvență înaltă, dure, de mare-putere peste 50GHz |
| Substrat pe bază de aluminiu de mare putere | Mai mare sau egal cu 0,8 W/mK | Cost moderat, potrivit pentru scenarii RF convenționale de putere medie până la mare |
| PTFE umplut cu ceramică (cum ar fi Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Echilibrarea pierderilor dielectrice scăzute și a conductibilității termice de bază, potrivită pentru scenarii de-frecvență înaltă în comunicații și control industrial |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Pierdere dielectrică scăzută, potrivită pentru radarul de putere convențional de 8-40 GHz și scenarii cu unde milimetrice 5G |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Df ultra scăzut, optimizat pentru scenarii cu pierderi reduse cu unde milimetrice |
| FR4 modificat | 0,3~0,5 W/mK | Cost extrem de scăzut, potrivit doar pentru scenarii de-putere redusă și de frecvență{{1} joasă sub 2,5 GHz |
Principiile de bază ale judecății pentru selectarea coeficientului de conductivitate termică
Nivelul de putere de potrivire cu prioritate: pentru scenarii cu flux de căldură ridicat, cum ar fi amplificatoare de putere mare-și radare aeropurtate, substraturile ceramice AlN sunt preferate pentru a evita supraîncălzirea locală care poate cauza defecțiunea dispozitivului; În scenariile convenționale de comunicare cu putere scăzută până la medie, materialele de înaltă-frecvență pe bază de PTFE cu o putere de 0,2~0,5 W/mK pot îndeplini cerințele.
Ținând cont de performanța electrică de-frecvență înaltă: indicele Df nu poate fi sacrificat pentru a obține o conductivitate termică ridicată. Banda de frecvență a undelor milimetrice trebuie să asigure Df Mai mică sau egală cu 0,002. Conform acestei premise, conductivitatea termică ar trebui să fie maximizată pentru a evita ca pierderea semnalului să fie convertită în căldură suplimentară.
Potrivire sincronă CTE: coeficientul de dilatare termică al materialului selectat ar trebui să fie apropiat de cel al cipurilor de bază, cum ar fi GaAs și siliciu, pentru a preveni fisurarea lipirii în timpul ciclului de temperatură. Substraturile ceramice au avantaje semnificative în acest sens.
Prioritatea verificării simulării: datele de simulare arată că, în aceleași condiții Df, creșterea conductibilității termice de la 0,2 W/mK la 1,5 W/mK poate reduce creșterea temperaturii pe unitate de putere de intrare cu 0,82 grade /W. Sub o putere de intrare de 50 W, răcirea totală poate ajunge la 40 de grade, ceea ce este mult mai bun decât simpla reducere a efectului de disipare a căldurii al Df.
Schema de selecție optimă pentru scenarii tipice
Scenarii de mare putere pentru comunicații militare cu radar/satelit: alegeți un substrat ceramic AlN cu o conductivitate termică de 150-180 W/mK și combinați-l cu stratul dielectric PTFE umplut cu ceramică pentru a obține o pierdere de semnal ultra-scăzută și o capacitate maximă de disipare a căldurii.
Scenariul radar montat pe vehicul cu unde milimetrice 5G/77GHz: este preferat Rogers RO5870, cu o conductivitate termică de 0,22 W/mK, care poate îndeplini cerințele convenționale de putere de răcire, asigurând în același timp Df mai mic sau egal cu 0,0012, echilibrând performanța și costul.
Control industrial/scenarii de comunicare cu putere mică și medie: Selectați materiale PTFE umplute cu ceramică, cum ar fi Taconic RF-60, cu o conductivitate termică de 0,4 W/mK, care este potrivită pentru majoritatea scenariilor, având în același timp o stabilitate excelentă a constantei dielectrice și o compatibilitate puternică de procesare.
Scenariu cu cost redus,{0}}frecvență scăzută,-putere scăzută: este selectat FR4 cu conductivitate termică ridicată modificat, cu un coeficient de conductivitate termică mai mare sau egal cu 0,8 W/mK, potrivit pentru scenarii RF non dure sub 2,5 GHz, controlând foarte mult costurile materialelor.