Яма для уникнення теплової несправності високочастотної плати: як точно підібрати підкладку з відповідним коефіцієнтом теплопровідності
Основні параметри теплопровідності для різних видів матеріалів
| Тип матеріалу | Типова теплопровідність | Основні характеристики |
|---|---|---|
| Керамічна підкладка з нітриду алюмінію (AlN). | 150~180 Вт/мК | Надзвичайно висока теплопровідність, КТР близький до кремнієвих чіпів, що значно знижує термічне навантаження |
| Керамічна підкладка з оксиду алюмінію | ~20~30 Вт/мК | Надзвичайно сильна термостійкість, придатна для сценаріїв високої-частоти, жорстких умов, високої-потужності понад 50 ГГц |
| Високопотужна підкладка на основі алюмінію | Більше або дорівнює 0,8 Вт/мК | Помірна вартість, підходить для стандартних сценаріїв радіочастот середньої та високої потужності |
| PTFE з керамічним наповненням (наприклад, Taconic RF-60) | 0,4 Вт/мК | Баланс низьких діелектричних втрат і основної теплопровідності, підходить для високочастотних сценаріїв зв’язку та промислового керування |
| Роджерс RO5870 | 0,22 Вт/мК | Низькі діелектричні втрати, придатні для звичайних радарів потужності 8-40 ГГц і сценаріїв міліметрових хвиль 5G |
| Роджерс RO5880 | 0,2 Вт/мК | Наднизький Df, оптимізований для сценаріїв низьких втрат міліметрової хвилі |
| Модифікований FR4 | 0,3~0,5 Вт/мК | Надзвичайно низька вартість, підходить лише для низьких-потужностей і низьких{1}}сценаріїв частоти нижче 2,5 ГГц |
Основні принципи судження для вибору коефіцієнта теплопровідності
Пріоритетний відповідний рівень потужності: для сценаріїв із високим тепловим потоком, таких як підсилювачі високої-потужності та бортові радари, перевагу надають керамічним підкладкам AlN, щоб уникнути локального перегріву, який може спричинити поломку пристрою; У сценаріях звичайних зв’язків із низькою та середньою потужністю високочастотні-матеріали на основі PTFE з потужністю 0,2–0,5 Вт/мК можуть відповідати вимогам.
Беручи до уваги високочастотну електричну ефективність: індекс Df не можна приносити в жертву гонитві за високою теплопровідністю. Діапазон частот міліметрової хвилі повинен забезпечувати Df менше або дорівнює 0,002. Відповідно до цієї передумови, теплопровідність повинна бути максимальною, щоб уникнути перетворення втрати сигналу в додаткове тепло.
Синхронне узгодження CTE: коефіцієнт теплового розширення вибраного матеріалу має бути близьким до коефіцієнта серцевини мікросхем, таких як GaAs і кремній, щоб запобігти розтріскуванню припою під час зміни температури. У цьому плані керамічні підкладки мають значні переваги.
Пріоритет перевірки моделювання: Дані моделювання показують, що за тих самих умов Df збільшення теплопровідності з 0,2 Вт/мК до 1,5 Вт/мК може зменшити підвищення температури на одиницю вхідної потужності на 0,82 градуса/Вт. При споживаній потужності 50 Вт загальне охолодження може досягати 40 градусів, що набагато краще, ніж просто зменшення ефекту розсіювання тепла Df.
Оптимальна схема підбору для типових сценаріїв
Сценарії високої потужності для військового радіолокаційного/супутникового зв’язку: виберіть керамічну підкладку з алюмінію з теплопровідністю 150-180 Вт/мК і поєднайте її з діелектричним шаром PTFE з керамічним наповненням, щоб досягти наднизьких втрат сигналу та максимального розсіювання тепла.
Сценарій радіолокатора 5G міліметрових хвиль/77 ГГц, встановленого на транспортному засобі: кращим є Rogers RO5870 з теплопровідністю 0,22 Вт/мК, який може задовольнити вимоги до звичайного енергетичного охолодження, забезпечуючи при цьому Df менше або дорівнює 0,0012, збалансовуючи продуктивність і вартість.
Сценарії промислового керування/комунікацій малої та середньої потужності: вибирайте матеріали з керамічним наповненням PTFE, такі як Taconic RF-60, з теплопровідністю 0,4 Вт/мК, що підходить для більшості сценаріїв, а також має чудову стабільність діелектричної проникності та хорошу сумісність з обробкою.
Низька вартість, низька-частота, низька{1}}потужність: вибрано модифікований FR4 з високою теплопровідністю з коефіцієнтом теплопровідності, що перевищує або дорівнює 0,8 Вт/мК, що підходить для нежорстких сценаріїв радіочастот нижче 2,5 ГГц, значно контролюючи витрати на матеріали.