Vysokofrekvenčná vysokofrekvenčná doska na zamedzenie tepelného zlyhania: ako presne prispôsobiť substrát s vhodným koeficientom tepelnej vodivosti
Základné parametre tepelnej vodivosti pre rôzne typy materiálov
| Typ materiálu | Typická tepelná vodivosť | Základné vlastnosti |
|---|---|---|
| Keramický substrát z nitridu hliníka (AlN). | 150~180 W/mK | Extrémne vysoká tepelná vodivosť, CTE blízka kremíkovým čipom, výrazne znižuje tepelné namáhanie |
| Keramický substrát z oxidu hlinitého | ~20~30 W/mK | Extrémne vysoká teplotná odolnosť, vhodná pre vysoko-frekvenčné, drsné a{1}}výkonové scenáre nad 50 GHz |
| Vysokovýkonný substrát na báze hliníka | Väčšie alebo rovné 0,8 W/mK | Stredná cena, vhodná pre bežné RF scenáre so stredným až vysokým výkonom |
| Keramikou plnený PTFE (ako Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Vyvažovanie nízkych dielektrických strát a základnej tepelnej vodivosti, vhodné pre vysoko{0}}frekvenčné scenáre v komunikácii a priemyselnom riadení |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Nízka dielektrická strata, vhodná pre konvenčné výkonové radary 8-40 GHz a scenáre s milimetrovými vlnami 5G |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Ultra nízke Df, optimalizované pre scenáre s nízkou stratou milimetrových vĺn |
| Upravený FR4 | 0,3~0,5 W/mK | Extrémne nízke náklady, vhodné len pre scenáre s nízkou{0}}spotrebou a nízkou{1}}frekvenciou pod 2,5 GHz |
Základné princípy posudzovania pre výber koeficientu tepelnej vodivosti
Prioritné prispôsobenie úrovne výkonu: Pre scenáre s vysokým tepelným tokom, ako sú zosilňovače s vysokým{0}}výkonom a letecké radary, sa uprednostňujú keramické substráty AlN, aby sa predišlo lokálnemu prehriatiu, ktoré môže spôsobiť poruchu zariadenia; V scenároch konvenčnej komunikácie s nízkou až strednou spotrebou môžu požiadavky splniť vysokofrekvenčné materiály na báze PTFE- s výkonom 0,2 až 0,5 W/mK.
Ak vezmeme do úvahy vysoko{0}}frekvenčný elektrický výkon: Index Df nemožno obetovať honbe za vysokou tepelnou vodivosťou. Frekvenčné pásmo milimetrových vĺn musí zabezpečiť Df menšie alebo rovné 0,002. Podľa tohto predpokladu by mala byť tepelná vodivosť maximalizovaná, aby sa zabránilo premene straty signálu na dodatočné teplo.
Synchrónne prispôsobenie CTE: Koeficient tepelnej rozťažnosti zvoleného materiálu by mal byť blízky koeficientu jadrového čipu, ako je GaAs a kremík, aby sa zabránilo praskaniu spájky počas teplotného cyklu. Keramické substráty majú v tomto smere významné výhody.
Priorita overenia simulácie: Údaje zo simulácie ukazujú, že za rovnakých podmienok Df môže zvýšenie tepelnej vodivosti z 0,2 W/mK na 1,5 W/mK znížiť nárast teploty na jednotku príkonu o 0,82 stupňa/W. Pri vstupnom výkone 50 W môže celkové chladenie dosiahnuť 40 stupňov, čo je oveľa lepšie ako jednoduché zníženie efektu rozptylu tepla Df.
Optimálna výberová schéma pre typické scenáre
Scenáre vysokého výkonu pre vojenskú radarovú/satelitnú komunikáciu: Vyberte si keramický substrát AlN s tepelnou vodivosťou 150-180 W/mK a skombinujte ho s keramickou naplnenou PTFE dielektrickou vrstvou, aby ste dosiahli ultra nízke straty signálu a maximálnu schopnosť rozptylu tepla.
Scenár radaru namontovaného vo vozidle s milimetrovou vlnou 5G/77 GHz: Uprednostňuje sa Rogers RO5870 s tepelnou vodivosťou 0,22 W/mK, ktorá dokáže splniť konvenčné požiadavky na chladenie energie a zároveň zabezpečiť Df menšie alebo rovné 0,0012, čím sa vyrovná výkon a náklady.
Priemyselné riadenie/scenáre komunikácie malého a stredného výkonu: Vyberte materiály PTFE plnené keramikou, ako je Taconic RF-60, s tepelnou vodivosťou 0,4 W/mK, ktorá je vhodná pre väčšinu scenárov, pričom má tiež vynikajúcu stabilitu dielektrickej konštanty a vysokú kompatibilitu so spracovaním.
Nízka cena, nízka{0}}frekvencia, nízky{1}}príkon: Vyberá sa modifikovaný modul FR4 s vysokou tepelnou vodivosťou, s koeficientom tepelnej vodivosti väčším alebo rovným 0,8 W/mK, vhodný pre nenáročné RF scenáre pod 2,5 GHz, čím sa výrazne kontrolujú náklady na materiál.