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Technique RF
Discussion sur l'effet thermique des circuits PCB à haute fréquence
Technique RF
Discussion sur l'effet thermique des circuits PCB à haute fréquence

Discussion sur l'effet thermique des circuits PCB à haute fréquence

2021-08-23
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Author:Fanny

When the hf/Le Signal RF Micro - ondes est envoyé PCB haute fréquence Circuit électrique Plaque, Les pertes causées par le circuit lui - même et les matériaux du circuit produisent inévitablement une certaine quantité de chaleur. Plus la perte est importante, the higher the power passing through the PCB material, Plus la chaleur produite est grande. When the operating temperature of the circuit exceeds the rated value, Il peut y avoir des problèmes avec le circuit. Par exemple:, a typical operating parameter known to PCBs is MOT or maximum operating temperature. Lorsque la température de fonctionnement dépasse mot, Performance et fiabilité du système Circuit PCB will be threatened. Combinaison de la modélisation expérimentale et de la mesure électromagnétique, understanding the thermal characteristics of RF microwave PCB can help to avoid circuit performance degradation and reliability degradation caused by high temperature.


1. Perte de rayonnement

The radiation loss depends on the operating frequency, Épaisseur du substrat de circuit, the dielectric constant (relative dielectric constant or ε R) of the PCB, and many other circuit parameters such as the design scheme. En termes de conception, radiation losses often result from poor impedance conversion in the circuit or differences in electromagnetic wave transmission in the circuit. La région de transformation de l'impédance du circuit comprend habituellement la région d'entrée du signal., step impedance point, Stub, and matching network. Une conception raisonnable du circuit peut réaliser une transformation d'impédance lisse et réduire la perte de rayonnement du circuit. Bien sûr., it should be recognized that there is a possibility of impedance mismatch at any interface of the circuit leading to radiation losses. Du point de vue de la fréquence de fonctionnement, the higher the frequency, Plus la perte de rayonnement du circuit est grande.

Circuit PCB haute fréquence

Les principaux paramètres des matériaux de circuit liés à la perte de rayonnement sont la constante diélectrique et l'épaisseur des PCB. Plus le substrat du circuit est épais, plus la probabilité de perte de rayonnement est élevée; Plus l'206r du matériau PCB est faible, plus la perte de rayonnement du circuit est grande. L'utilisation d'un substrat de circuit mince peut compenser la perte de rayonnement causée par les matériaux de circuit à faible teneur en µr dans la combinaison des propriétés du matériau. L'effet de l'épaisseur du substrat et de l'Île r sur la perte de rayonnement du circuit est dû au fait qu'il s'agit d'une fonction de corrélation de fréquence. La perte de rayonnement du circuit est très faible lorsque l'épaisseur du substrat du circuit n'est pas supérieure à 20 ml et que la fréquence de fonctionnement est inférieure à 20 GHz. Étant donné que la plupart des circuits modélisés et mesurés dans cet article ont des fréquences inférieures à 20 GHz, l'effet des pertes de rayonnement sur le chauffage des circuits est négligé dans cette discussion.

Après avoir ignoré la perte de rayonnement en dessous de 20 GHz, la perte d'insertion du circuit de ligne de transmission Microstrip se compose principalement de la perte diélectrique et de la perte de conducteur, dont la proportion dépend principalement de l'épaisseur du substrat du circuit. Pour les substrats plus minces, la perte de conducteur est la composante principale. Pour de nombreuses raisons, il est difficile de prévoir avec précision les pertes de conducteurs. Par exemple, la rugosité de surface du conducteur a une grande influence sur les caractéristiques de propagation des ondes électromagnétiques. La rugosité de surface de la Feuille de cuivre peut non seulement modifier la constante de propagation des ondes électromagnétiques, mais aussi augmenter la perte du conducteur. En raison de l'effet cutané, l'effet de la rugosité de la Feuille de cuivre sur la perte de conducteur est également lié à la fréquence.

Circuit PCB haute fréquence

Circuit PCB haute fréquence

2, Modèle thermique

Dans un circuit Microstrip, la couche conductrice supérieure agit comme un plan de signal, la couche conductrice inférieure remplit le plan local et la couche diélectrique remplit entre les deux plans. On suppose que le plan du signal est utilisé comme source de chaleur, que la chaleur est générée par le plan du signal, que le sol a des ailettes de refroidissement et qu'il est utilisé comme source de froid, et que le substrat est utilisé comme conducteur de chaleur pour transférer la chaleur du plan du signal au sol. Bien que le processus de chauffage réel dans un circuit Microstrip soit complexe, cette hypothèse est acceptable pour un modèle thermique simple. Le substrat de circuit est un très mauvais conducteur thermique. Par exemple, le cuivre est un bon conducteur de chaleur avec une conductivité thermique de 400 W / M / k; Cependant, la conductivité thermique de la plupart des substrats commerciaux de PCB est bien inférieure à cette valeur, avec seulement 0,2 à 0,3 W / M / K. l'équation du flux de chaleur explique pourquoi les circuits minces (plus petits l) peuvent améliorer le flux de chaleur et obtenir une meilleure dissipation de chaleur à des niveaux de puissance élevés. En même temps, dans des conditions de haute puissance, le substrat à haute conductivité thermique peut obtenir une densité de flux de chaleur plus élevée et un meilleur effet de dissipation de chaleur que le substrat à faible conductivité thermique.

The rf microwave power of PCB is limited by the MOT of the circuit and the working environment of the circuit. Le niveau de puissance est acceptable si la puissance de charge ne provoque pas un chauffage du circuit supérieur au mot du circuit.. Of course, La puissance de charge réchauffera le circuit et fera en sorte que la température du circuit dépasse la température ambiante extérieure.. When the external temperature is +25°C, La puissance micro - onde RF chargée ne produit pas plus de chaleur que le mot. When the same power level is applied to the circuit at an external temperature of +50°C, Le circuit peut produire plus de chaleur que le mot et causer une défaillance du circuit. Comme indiqué ci - dessus, the power of PCB haute fréquence circuit Plaque also depends on the external working environment to some extent.

Circuit PCB haute fréquence

3, Influence factor

To better understand the factors affecting the thermal performance of the Circuit PCB, Etude du circuit de ligne de transmission Microstrip de 50 ohms en utilisant la structure des figures 1 et 2. Circuits pour l'usinage de différentes épaisseurs et rugosité du cuivre sur le même type de PCB. En outre, in addition to the tightly coupled grounded coplanar waveguide microstrip circuits machined on the low-loss Matériaux PCB, Le circuit est usiné à haute perte Matériaux PCB for evaluation. La puissance micro - onde RF d'entrée varie de 5W à 85W, and all circuits have return losses greater than 18dB at 3.4gh Band 0.25 inch covered copper fin. Le circuit est recouvert d'un film conducteur électrothermique coolspan. This thermosetting adhesive material has a thermal conductivity of 6 W/m/K.

Enregistrer le chauffage du circuit à une puissance spécifique à l'aide d'un imageur infrarouge. To ensure the accuracy of the measurement, La couleur du circuit et de sa surface dans le champ de vision de l'imageur infrarouge doit être uniforme.. L'utilisation de la peinture noire comme couleur de surface permet à l'imageur thermique d'obtenir une image thermique précise. The downside is that using black paint increases insertion losses on transmission lines. L'augmentation de la perte d'insertion entraînera une augmentation de la chaleur enregistrée, which can be considered the worst-case heat. En outre, the effect of insertion loss (temperature rise) on the ground coplanar waveguide is greater than that of the microstrip circuit because the ground - signal - the ground region of the coplanar waveguide is covered with black paint and the current density in this region is high.

4., Conclusion

From the perspective of heat control, Différents facteurs de perte d'insertion, a simple thermal model, Certains paramètres du matériau du circuit principal sont analysés pour comprendre l'effet thermique du circuit. Circuit PCB Dans des conditions de signaux RF et micro - ondes de haute puissance. En général, relatively thin circuit materials, Haute conductivité thermique, smooth copper foil surface, Faible coefficient de perte pour réduire l'effet de chauffage Carte de circuit PCB haute fréquence under the condition of high power RF and microwave signal.