Grube zur Vermeidung thermischer Ausfälle von Hochfrequenz-HF-Platinen: So passen Sie das Substrat genau an den geeigneten Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten an
Kernparameter der Wärmeleitfähigkeit für verschiedene Arten von Materialien
| Materialtyp | Typische Wärmeleitfähigkeit | Kernfunktionen |
|---|---|---|
| Keramiksubstrat aus Aluminiumnitrid (AlN). | 150~180 W/mK | Extrem hohe Wärmeleitfähigkeit, CTE nahe an Siliziumchips, wodurch die thermische Belastung deutlich reduziert wird |
| Aluminiumoxid-Keramiksubstrat | ~20~30 W/mK | Extrem starke Temperaturbeständigkeit, geeignet für Hochfrequenz-, raue-Szenarien über 50 GHz |
| Hochleistungssubstrat auf Aluminiumbasis | Größer oder gleich 0,8 W/mK | Moderate Kosten, geeignet für konventionelle HF-Szenarien mittlerer bis hoher Leistung |
| Mit Keramik gefülltes PTFE (z. B. Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Ausgleich von geringem dielektrischem Verlust und grundlegender Wärmeleitfähigkeit, geeignet für Hochfrequenzszenarien in der Kommunikation und industriellen Steuerung |
| Rogers RO5870 | 0,22 W/mK | Geringer dielektrischer Verlust, geeignet für konventionelle 8-40-GHz-Leistungsradar- und 5G-Millimeterwellen-Szenarien |
| Rogers RO5880 | 0,2 W/mK | Extrem niedriger Df, optimiert für verlustarme Millimeterwellenszenarien |
| Modifizierter FR4 | 0,3–0,5 W/mK | Extrem niedrige Kosten, nur für Szenarien mit geringer{0}Leistung und niedriger{1}}Frequenz unter 2,5 GHz geeignet |
Grundlegende Beurteilungsprinzipien für die Auswahl des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten
Prioritätsanpassung des Leistungsniveaus: Für Szenarien mit hohem Wärmefluss wie Hochleistungsverstärkern und Flugradaren werden AlN-Keramiksubstrate bevorzugt, um lokale Überhitzung zu vermeiden, die zu Geräteausfällen führen kann. In konventionellen Kommunikationsszenarien mit niedriger bis mittlerer Leistung können PTFE-basierte Hochfrequenzmaterialien mit einer Leistung von 0,2–0,5 W/mK die Anforderungen erfüllen.
Unter Berücksichtigung der elektrischen Hochfrequenzleistung: Der Df-Index darf nicht dem Streben nach einer hohen Wärmeleitfähigkeit geopfert werden. Das Millimeterwellen-Frequenzband muss sicherstellen, dass Df kleiner oder gleich 0,002 ist. Unter dieser Prämisse sollte die Wärmeleitfähigkeit maximiert werden, um zu vermeiden, dass Signalverluste in zusätzliche Wärme umgewandelt werden.
CTE-Synchronanpassung: Der Wärmeausdehnungskoeffizient des ausgewählten Materials sollte nahe an dem von Kernchips wie GaAs und Silizium liegen, um Lotrisse während des Temperaturwechsels zu verhindern. Keramiksubstrate haben in dieser Hinsicht erhebliche Vorteile.
Priorität der Simulationsüberprüfung: Simulationsdaten zeigen, dass unter den gleichen Df-Bedingungen eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit von 0,2 W/mK auf 1,5 W/mK den Temperaturanstieg pro Eingangsleistungseinheit um 0,82 Grad/W reduzieren kann. Bei einer Eingangsleistung von 50 W kann die Gesamtkühlung 40 Grad erreichen, was viel besser ist, als einfach den Wärmeableitungseffekt von Df zu reduzieren.
Optimales Auswahlschema für typische Szenarien
Hochleistungsszenarien für die militärische Radar-/Satellitenkommunikation: Wählen Sie ein AlN-Keramiksubstrat mit einer Wärmeleitfähigkeit von 150-180 W/mK und kombinieren Sie es mit einer mit Keramik gefüllten dielektrischen PTFE-Schicht, um einen extrem geringen Signalverlust und ultimative Wärmeableitungsfähigkeit zu erreichen.
5G-Millimeterwellen-/77-GHz-Fahrzeugradar-Szenario: Rogers RO5870 wird bevorzugt, mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,22 W/mK, die herkömmliche Leistungskühlungsanforderungen erfüllen kann und gleichzeitig Df kleiner oder gleich 0,0012 gewährleistet, was Leistung und Kosten in Einklang bringt.
Industrielle Steuerungs-/Kommunikationsszenarien mit kleiner und mittlerer Leistung: Wählen Sie keramikgefüllte PTFE-Materialien wie Taconic RF-60 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,4 W/mK, die für die meisten Szenarien geeignet ist und gleichzeitig eine ausgezeichnete Stabilität der Dielektrizitätskonstante und eine hohe Verarbeitungskompatibilität aufweist.
Szenario mit niedrigen Kosten, niedriger{0}Frequenz und geringem-Energieverbrauch: Es wird modifiziertes FR4 mit hoher Wärmeleitfähigkeit und einem Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von mindestens 0,8 W/mK ausgewählt, das für nicht raue HF-Szenarien unter 2,5 GHz geeignet ist und die Materialkosten erheblich kontrolliert.