Jama za izbjegavanje toplinskog kvara na visokofrekventnoj RF ploči: kako točno uskladiti podlogu s odgovarajućim koeficijentom toplinske vodljivosti
Osnovni parametri toplinske vodljivosti za različite vrste materijala
| Vrsta materijala | Tipična toplinska vodljivost | Osnovne značajke |
|---|---|---|
| Keramička podloga od aluminij nitrida (AlN). | 150~180 W/mK | Ekstremno visoka toplinska vodljivost, CTE blizak silikonskim čipovima, značajno smanjujući toplinski stres |
| Keramička podloga od aluminij oksida | ~20~30 W/mK | Izuzetno jaka otpornost na temperaturu, pogodna za visoko-frekventne, oštre scenarije visoke-napone iznad 50 GHz |
| Supstrat na bazi aluminija velike snage | Veći ili jednak 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 toplinske vodljivosti, pogodno za-scenarije visoke frekvencije u komunikaciji i industrijskoj kontroli |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Niski dielektrični gubici, pogodan za 8-40 GHz konvencionalni energetski radar i scenarije 5G milimetarskih valova |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Ultra niski Df, optimiziran za scenarije niskih gubitaka milimetarskog vala |
| Modificirani FR4 | 0,3~0,5 W/mK | Izuzetno niska cijena, prikladno samo za niske-napajanja i niske-frekventne scenarije ispod 2,5 GHz |
Temeljna načela prosudbe za odabir koeficijenta toplinske vodljivosti
Prioritetno usklađivanje razine snage: Za scenarije velikog 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 scenarijima konvencionalne komunikacije niske do srednje snage, visokofrekventni-materijali na bazi PTFE-a sa snagom od 0,2~0,5 W/mK mogu ispuniti zahtjeve.
Uzimajući u obzir visoko{0}}električne performanse: Df indeks ne može se žrtvovati radi visoke toplinske vodljivosti. Frekvencijski pojas milimetarskih valova mora osigurati Df manji ili jednak 0,002. Prema ovoj premisi, toplinska vodljivost treba biti maksimizirana kako bi se izbjegao gubitak signala koji se pretvara u dodatnu toplinu.
CTE sinkrono usklađivanje: koeficijent toplinske ekspanzije odabranog materijala trebao bi biti blizak koeficijentu jezgrenih čipova kao što su GaAs i silicij kako bi se spriječilo pucanje lema tijekom temperaturnih ciklusa. Keramičke podloge u tom smislu imaju značajne prednosti.
Prioritet provjere simulacije: Podaci simulacije pokazuju da pod istim Df uvjetima, povećanje toplinske vodljivosti s 0,2 W/mK na 1,5 W/mK može smanjiti porast temperature po jedinici ulazne snage za 0,82 stupnja/W. Pod ulaznom snagom od 50 W, ukupno hlađenje može doseći 40 stupnjeva, što je puno bolje od jednostavnog smanjenja učinka rasipanja topline Df.
Optimalna shema odabira za tipične scenarije
Scenariji velike snage za vojnu radarsku/satelitsku komunikaciju: Odaberite AlN keramičku podlogu s toplinskom vodljivošću od 150-180 W/mK i kombinirajte je s keramičkim punjenim PTFE dielektričnim slojem kako biste postigli iznimno nizak gubitak signala i vrhunsku sposobnost rasipanja topline.
Scenarij 5G milimetarskih valova/77 GHz radara montiranog na vozilo: Rogers RO5870 je poželjan, s toplinskom vodljivošću od 0,22 W/mK koji može zadovoljiti zahtjeve konvencionalnog hlađenja uz istovremeno osiguravanje Df manje od ili jednako 0,0012, balansirajući performanse i cijenu.
Scenariji industrijske kontrole/komunikacije male i srednje snage: Odaberite PTFE materijale punjene keramikom kao što je Taconic RF-60, s toplinskom vodljivošću od 0,4 W/mK koji je prikladan za većinu scenarija, a istovremeno ima izvrsnu stabilnost dielektrične konstante i jaku kompatibilnost obrade.
Niska cijena, niska{0}}frekvencija, niska{1}}snaga: Odabran je modificirani FR4 visoke toplinske vodljivosti, s koeficijentom toplinske vodljivosti većim od ili jednakim 0,8 W/mK, prikladan za neoštre RF scenarije ispod 2,5 GHz, uvelike kontrolirajući troškove materijala.