Fosse d'évitement des défaillances thermiques des cartes RF haute fréquence : comment faire correspondre avec précision le substrat avec un coefficient de conductivité thermique approprié
Paramètres de base de la conductivité thermique pour différents types de matériaux
| Type de matériau | Conductivité thermique typique | Fonctionnalités principales |
|---|---|---|
| Substrat céramique en nitrure d'aluminium (AlN) | 150~180 W/mK | Conductivité thermique extrêmement élevée, CTE proche des puces de silicium, réduisant considérablement le stress thermique |
| Substrat céramique en oxyde d'aluminium | ~20~30 W/mK | Résistance à la température extrêmement forte, adaptée aux scénarios à haute-fréquence, difficiles et à haute-puissance supérieure à 50 GHz. |
| Substrat à base d'aluminium haute puissance | Supérieur ou égal à 0,8 W/mK | Coût modéré, adapté aux scénarios RF conventionnels de puissance moyenne à élevée |
| PTFE chargé en céramique (tel que Taconic RF-60) | 0,4 W/mK | Équilibrant une faible perte diélectrique et une conductivité thermique de base, adapté aux scénarios à haute -fréquence dans les domaines de la communication et du contrôle industriel |
| RogersRO5870 | 0,22 W/mK | Faible perte diélectrique, adaptée aux radars de puissance conventionnels de 8 à 40 GHz et aux scénarios d'ondes millimétriques 5G |
| RogersRO5880 | 0,2 W/mK | Df ultra faible, optimisé pour les scénarios de faibles pertes à ondes millimétriques |
| FR4 modifié | 0,3 ~ 0,5 W/mK | Coût extrêmement faible, adapté uniquement aux scénarios de faible-puissance et de basse-fréquence inférieure à 2,5 GHz. |
Principes de jugement de base pour la sélection du coefficient de conductivité thermique
Niveau de puissance de correspondance de priorité : pour les scénarios de flux de chaleur élevé tels que les amplificateurs de puissance-de haute puissance et les radars aéroportés, les substrats en céramique AlN sont préférés pour éviter une surchauffe locale susceptible de provoquer une panne de l'appareil ; Dans les scénarios de communication conventionnels de faible à moyenne puissance, les matériaux haute fréquence-à base de PTFE avec une puissance de 0,2 à 0,5 W/mK peuvent répondre aux exigences.
Prise en compte des performances électriques à haute-fréquence : l'indice Df ne peut pas être sacrifié au profit de la recherche d'une conductivité thermique élevée. La bande de fréquence des ondes millimétriques doit assurer un Df inférieur ou égal à 0,002. Dans ce principe, la conductivité thermique doit être maximisée pour éviter que la perte de signal ne soit convertie en chaleur supplémentaire.
Correspondance synchrone CTE : le coefficient de dilatation thermique du matériau sélectionné doit être proche de celui des puces centrales telles que le GaAs et le silicium pour éviter la fissuration de la soudure pendant le cycle de température. Les substrats céramiques présentent des avantages significatifs à cet égard.
Priorité de vérification de la simulation : les données de simulation montrent que dans les mêmes conditions Df, l'augmentation de la conductivité thermique de 0,2 W/mK à 1,5 W/mK peut réduire l'augmentation de la température par unité de puissance d'entrée de 0,82 degré/W. Avec une puissance d'entrée de 50 W, le refroidissement global peut atteindre 40 degrés, ce qui est bien mieux que de simplement réduire l'effet de dissipation thermique du Df.
Schéma de sélection optimal pour les scénarios typiques
Scénarios de puissance élevée pour les communications militaires radar/satellite : choisissez un substrat céramique AlN avec une conductivité thermique de 150-180 W/mK et combinez-le avec une couche diélectrique PTFE remplie de céramique pour obtenir une perte de signal ultra-faible et une capacité de dissipation thermique ultime.
Scénario de radar monté sur véhicule à ondes millimétriques 5G/77 GHz : le Rogers RO5870 est préféré, avec une conductivité thermique de 0,22 W/mK qui peut répondre aux exigences conventionnelles de refroidissement de l'alimentation tout en garantissant un Df inférieur ou égal à 0,0012, équilibrant les performances et le coût.
Scénarios de contrôle industriel/communication de petite et moyenne puissance : sélectionnez des matériaux PTFE chargés en céramique tels que le Taconic RF-60, avec une conductivité thermique de 0,4 W/mK qui convient à la plupart des scénarios, tout en ayant également une excellente stabilité de constante diélectrique et une forte compatibilité de traitement.
Scénario à faible coût, basse-fréquence et faible-puissance : le FR4 modifié à haute conductivité thermique est sélectionné, avec un coefficient de conductivité thermique supérieur ou égal à 0,8 W/mK, adapté aux scénarios RF non difficiles inférieurs à 2,5 GHz, contrôlant considérablement les coûts des matériaux.