گودال جلوگیری از شکست حرارتی برد RF فرکانس بالا: نحوه تطبیق دقیق بستر با ضریب هدایت حرارتی مناسب
پارامترهای اصلی هدایت حرارتی برای انواع مختلف مواد
| نوع مواد | هدایت حرارتی معمولی | ویژگی های اصلی |
|---|---|---|
| زیرلایه سرامیکی نیترید آلومینیوم (AlN). | 150 تا 180 W/mK | هدایت حرارتی بسیار بالا، CTE نزدیک به تراشه های سیلیکونی، به طور قابل توجهی استرس حرارتی را کاهش می دهد |
| بستر سرامیکی اکسید آلومینیوم | ~20~30 W/mK | مقاومت دمایی بسیار قوی، مناسب برای سناریوهای با فرکانس بالا، تند-بالای 50 گیگاهرتز |
| زیرلایه مبتنی بر آلومینیوم با قدرت بالا | بزرگتر یا مساوی 0.8 W/mK | هزینه متوسط، مناسب برای سناریوهای RF معمولی با توان متوسط تا بالا |
| PTFE پر از سرامیک (مانند Taconic RF-60) | 0.4 W/mK | متعادل کردن تلفات دی الکتریک کم و هدایت حرارتی پایه، مناسب برای سناریوهای فرکانس بالا در ارتباطات و کنترل صنعتی |
| راجرز RO5870 | 0.22 W/mK | تلفات دی الکتریک کم، مناسب برای رادار برق معمولی 8 تا 40 گیگاهرتز و سناریوهای موج میلی متری 5G |
| راجرز RO5880 | 0.2 W/mK | Df بسیار کم، بهینه سازی شده برای سناریوهای کم تلفات موج میلی متری |
| FR4 اصلاح شده | 0.3 تا 0.5 W/mK | هزینه بسیار کم، فقط برای سناریوهای-مصرف کم و فرکانس پایین- زیر 2.5 گیگاهرتز مناسب است |
اصول قضاوت اصلی برای انتخاب ضریب هدایت حرارتی
سطح توان تطبیق اولویت: برای سناریوهای جریان گرمای بالا مانند تقویتکنندههای{0}قدرت بالا و رادارهای هوابرد، بسترهای سرامیکی AlN برای جلوگیری از گرمای بیش از حد موضعی که ممکن است باعث خرابی دستگاه شود، ترجیح داده میشوند. در سناریوهای ارتباطی معمولی با توان کم تا متوسط، مواد با فرکانس{1}بالا مبتنی بر PTFE با توان 0.2 تا 0.5 W/mK میتوانند الزامات را برآورده کنند.
با در نظر گرفتن{0}عملکرد الکتریکی فرکانس بالا: شاخص Df نمیتواند قربانی هدایت حرارتی بالا شود. باند فرکانس موج میلیمتری باید Df کمتر یا مساوی 0.002 را تضمین کند. تحت این فرض، هدایت حرارتی باید به حداکثر برسد تا از تبدیل سیگنال به گرمای اضافی جلوگیری شود.
تطابق همزمان CTE: ضریب انبساط حرارتی ماده انتخاب شده باید نزدیک به تراشه های هسته مانند GaAs و سیلیکون باشد تا از ترک خوردگی لحیم کاری در طول چرخه دما جلوگیری شود. بسترهای سرامیکی از این نظر مزایای قابل توجهی دارند.
اولویت تایید شبیهسازی: دادههای شبیهسازی نشان میدهند که تحت شرایط Df یکسان، افزایش رسانایی حرارتی از 0.2 W/mK به 1.5 W/mK میتواند افزایش دما در واحد توان ورودی را 0.82 درجه بر وات کاهش دهد. تحت توان ورودی 50 وات، خنک کننده کلی می تواند به 40 درجه برسد، که بسیار بهتر از کاهش صرفاً اثر اتلاف گرما Df است.
طرح انتخاب بهینه برای سناریوهای معمولی
سناریوهای توان بالا برای ارتباطات رادار/ماهواره نظامی: بستر سرامیکی AlN را با رسانایی حرارتی 150-180 W/mK انتخاب کنید و آن را با لایه دی الکتریک PTFE پر از سرامیکی ترکیب کنید تا سیگنال بسیار کم و قابلیت اتلاف حرارت نهایی را بدست آورید.
سناریو رادار موج 5G/77 گیگاهرتز بر روی خودرو: Rogers RO5870 ترجیح داده میشود، با رسانایی حرارتی 0.22 W/mK که میتواند نیازهای خنککننده توان معمولی را برآورده کند و در عین حال اطمینان حاصل شود که Df کمتر یا برابر با 0.0012 است، عملکرد و هزینه را متعادل میکند.
سناریوهای کنترل صنعتی/ارتباطات قدرت کوچک و متوسط: مواد PTFE پر از سرامیک مانند Taconic RF-60 را انتخاب کنید، با رسانایی حرارتی 0.4 W/mK که برای اکثر سناریوها مناسب است، در حالی که دارای پایداری ثابت دی الکتریک عالی و سازگاری با پردازش قوی است.
سناریوی کم هزینه،-فرکانس پایین،-قدرت کم: FR4 اصلاح شده با هدایت حرارتی بالا انتخاب شده است، با ضریب هدایت حرارتی بزرگتر یا برابر با 0.8 W/mK، مناسب برای سناریوهای RF غیر خشن زیر 2.5 گیگاهرتز، که تا حد زیادی هزینه های مواد را کنترل می کند.