Jama za izbjegavanje termičkog kvara na visokofrekventnoj RF ploči: kako precizno uskladiti podlogu s odgovarajućim koeficijentom toplinske provodljivosti
Osnovni parametri toplotne provodljivosti za različite vrste materijala
| Vrsta materijala | Tipična toplotna provodljivost | Osnovne karakteristike |
|---|---|---|
| Keramička podloga od aluminijum nitrida (AlN). | 150~180 W/mK | Izuzetno visoka toplotna provodljivost, CTE blizak silikonskim čipovima, značajno smanjuje termički stres |
| Keramička podloga od aluminijum oksida | ~20~30 W/mK | Izuzetno jaka otpornost na temperaturu, pogodna za visoko-frekventne, oštre, velike-scenije iznad 50GHz |
| Podloga na bazi aluminijuma velike snage | Veća ili jednaka 0,8 W/mK | Umjerena cijena, pogodna za konvencionalne RF scenarije srednje do velike snage |
| PTFE punjen keramikom (kao što je Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Balansiranje niskog dielektričnog gubitka i osnovne toplotne provodljivosti, pogodno za visoko-scenarije u komunikaciji i industrijskoj kontroli |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Nizak dielektrični gubitak, pogodan za 8-40GHz konvencionalni radar snage i scenarije 5G milimetarskih valova |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Ultra nizak Df, optimizovan za scenarije malih gubitaka u milimetarskim talasima |
| Modificiran FR4 | 0,3~0,5 W/mK | Ekstremno niska cijena, pogodna samo za scenarije niske-napone i niske-frekvencije ispod 2,5GHz |
Osnovni principi prosuđivanja za odabir koeficijenta toplotne provodljivosti
Nivo snage u skladu s prioritetom: Za scenarije visokog protoka topline kao što su pojačala velike- snage i radari u zraku, poželjne su AlN keramičke podloge kako bi se izbjeglo lokalno pregrijavanje koje može uzrokovati kvar uređaja; U konvencionalnim komunikacijskim scenarijima male do srednje snage, visokofrekventni materijali na bazi PTFE-a sa snagom od 0,2~0,5 W/mK mogu ispuniti zahtjeve.
Uzimajući u obzir električne performanse visoke{0}}frekvencije: Df indeks se ne može žrtvovati za postizanje visoke toplotne provodljivosti. Frekvencijski opseg milimetarskog talasa mora osigurati Df manji ili jednak 0,002. Pod ovom pretpostavkom, toplotna provodljivost treba biti maksimizirana kako bi se izbjeglo pretvaranje gubitka signala u dodatnu toplinu.
CTE sinhrono usklađivanje: koeficijent termičke ekspanzije odabranog materijala trebao bi biti blizak koeficijentu jezgre čipova kao što su GaAs i silicijum kako bi se spriječilo pucanje lema tokom temperaturnih ciklusa. Keramičke podloge u tom pogledu imaju značajne prednosti.
Prioritet verifikacije simulacije: Podaci simulacije pokazuju da pod istim uslovima Df, povećanje toplotne provodljivosti sa 0,2 W/mK na 1,5 W/mK može smanjiti porast temperature po jedinici ulazne snage za 0,82 stepena/W. Pod ulaznom snagom od 50W, ukupno hlađenje može dostići 40 stepeni, što je mnogo bolje od jednostavnog smanjenja efekta rasipanje toplote Df.
Optimalna šema odabira za tipične scenarije
Scenariji velike snage za vojnu radarsku/satelitsku komunikaciju: Odaberite AlN keramičku podlogu s toplotnom provodljivošću od 150-180 W/mK i kombinirajte je sa keramičkim punjenim PTFE dielektričnim slojem kako biste postigli ultra-niske gubitke signala i vrhunsku sposobnost odvođenja topline.
5G milimetarski talas/77GHz radarski scenario montiran na vozilo: Poželjan je Rogers RO5870, sa toplotnom provodljivošću od 0,22 W/mK koja može da zadovolji konvencionalne zahteve za hlađenje snage, dok istovremeno obezbeđuje Df manji od ili jednak 0,0012, balansirajući performanse i cenu.
Industrijska kontrola/komunikacijski scenariji male i srednje snage: Odaberite PTFE materijale punjene keramikom kao što je Taconic RF-60, sa toplotnom provodljivošću od 0,4 W/mK koji je pogodan za većinu scenarija, a istovremeno ima odličnu stabilnost dielektrične konstante i jaku kompatibilnost u procesu.
Scenario niske cijene, niske-frekvencije, niske-snage: odabran je modificirani FR4 visoke toplotne provodljivosti, sa koeficijentom toplotne provodljivosti većim ili jednakim 0,8 W/mK, pogodan za neoštre RF scenarije ispod 2,5 GHz, koji u velikoj mjeri kontrolira troškove materijala.