Yüksek frekanslı RF kartı termal arıza önleme çukuru: alt tabakanın uygun termal iletkenlik katsayısıyla doğru şekilde nasıl eşleştirileceği
Farklı malzeme türleri için termal iletkenliğin temel parametreleri
| Malzeme Türü | Tipik termal iletkenlik | Temel Özellikler |
|---|---|---|
| Alüminyum nitrür (AlN) seramik substrat | 150~180 W/mK | Son derece yüksek termal iletkenlik, silikon çiplere yakın CTE, termal stresi önemli ölçüde azaltır |
| Alüminyum oksit seramik substrat | ~20~30 W/mK | 50 GHz'in üzerindeki yüksek-frekans, zorlu, yüksek-güç senaryolarına uygun, son derece güçlü sıcaklık direnci |
| Yüksek güçlü alüminyum bazlı alt tabaka | 0,8 W/mK'den büyük veya eşit | Orta ila yüksek güçlü geleneksel RF senaryolarına uygun orta maliyetli |
| Seramik dolgulu PTFE (Taconic RF-60 gibi) | 0,4 W/mK | İletişim ve endüstriyel kontrolde yüksek{0}}frekans senaryolarına uygun, düşük dielektrik kaybı ve temel termal iletkenliği dengeleyen |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | 8-40GHz konvansiyonel güç radarı ve 5G milimetre dalga senaryolarına uygun, düşük dielektrik kaybı |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Milimetrik dalga düşük kayıp senaryoları için optimize edilmiş ultra düşük Df |
| Değiştirilmiş FR4 | 0,3~0,5 W/mK | Son derece düşük maliyet, yalnızca 2,5 GHz'in altındaki düşük-güç ve düşük-frekans senaryoları için uygundur |
Isıl iletkenlik katsayısının seçilmesine ilişkin temel değerlendirme ilkeleri
Öncelik eşleştirme güç seviyesi: Yüksek-güç amplifikatörleri ve havadaki radarlar gibi yüksek ısı akışı senaryoları için, cihazın arızalanmasına neden olabilecek yerel aşırı ısınmayı önlemek amacıyla AlN seramik alt tabakalar tercih edilir; Düşük ila orta güçlü geleneksel iletişim senaryolarında, 0,2~0,5 W/mK gücüne sahip PTFE tabanlı yüksek-frekanslı malzemeler gereksinimleri karşılayabilir.
Yüksek-frekanslı elektrik performansını hesaba katarsak: Yüksek termal iletkenlik uğruna Df endeksinden fedakarlık edilemez. Milimetre dalga frekans bandı Df'nin 0,002'den küçük veya ona eşit olmasını sağlamalıdır. Bu öncül altında, sinyal kaybının ilave ısıya dönüşmesini önlemek için termal iletkenliğin maksimuma çıkarılması gerekir.
CTE senkron eşleştirme: Seçilen malzemenin termal genleşme katsayısı, sıcaklık döngüsü sırasında lehimin çatlamasını önlemek için GaAs ve silikon gibi çekirdek çiplerinkine yakın olmalıdır. Seramik altlıkların bu konuda önemli avantajları bulunmaktadır.
Simülasyon doğrulama önceliği: Simülasyon verileri, aynı Df koşulları altında termal iletkenliğin 0,2 W/mK'den 1,5 W/mK'ye arttırılmasının birim giriş gücü başına sıcaklık artışını 0,82 derece/W azaltabileceğini göstermektedir. 50W'lık bir giriş gücü altında genel soğutma 40 dereceye ulaşabilir; bu, Df'nin ısı dağıtım etkisini azaltmaktan çok daha iyidir.
Tipik senaryolar için optimum seçim şeması
Askeri radar/uydu iletişimi için yüksek güçlü senaryolar: 150-180 W/mK termal iletkenliğe sahip AlN seramik alt tabakayı seçin ve ultra düşük sinyal kaybı ve üstün ısı dağıtma özelliği elde etmek için bunu seramik dolgulu PTFE dielektrik katmanla birleştirin.
5G milimetre dalga/77GHz araca monteli radar senaryosu: Performans ve maliyeti dengeleyerek Df'nin 0,0012'den az veya ona eşit olmasını sağlarken geleneksel güç soğutma gereksinimlerini karşılayabilen 0,22 W/mK termal iletkenliğe sahip Rogers RO5870 tercih edilir.
Endüstriyel kontrol/küçük ve orta güçte iletişim senaryoları: Çoğu senaryo için uygun olan ve aynı zamanda mükemmel dielektrik sabit stabilitesine ve güçlü işleme uyumluluğuna sahip olan, 0,4 W/mK termal iletkenliğe sahip Taconic RF-60 gibi seramik dolgulu PTFE malzemeleri seçin.
Düşük maliyetli, düşük-frekans, düşük-güç senaryosu: 0,8 W/mK'den büyük veya ona eşit bir termal iletkenlik katsayısına sahip, 2,5 GHz'in altındaki sert olmayan RF senaryoları için uygun olan ve malzeme maliyetlerini büyük ölçüde kontrol eden, yüksek termal iletkenliğe sahip değiştirilmiş FR4 seçilmiştir.