Dzięki wspólnemu projektowi obejmującemu dobór materiałów, optymalizację zarządzania ciepłem, projektowanie struktury elektromagnetycznej i precyzyjną kontrolę procesu, płytki drukowane-o wysokiej częstotliwości mogą systematycznie spełniać rygorystyczne wymagania wzmacniaczy wysokiej- mocy RF i mikrofalowych, rozwiązując trzy główne problemy: utratę sygnału, awarię termiczną i niedopasowanie impedancji przy dużej mocy.
Wybór podłoża rdzeniowego: równoważenie wydajności RF i przewodności cieplnej
Podstawową sprzecznością wzmacniaczy dużej-mocy jest równowaga pomiędzy niską utratą sygnału a dużą zdolnością rozpraszania ciepła, w związku z czym konieczne jest odpowiednie wybranie odpowiednich płytek
Scenariusze PA o małej i średniej mocy: preferowany jest Rogers RO4350B o przewodności cieplnej 0,69 W/m · K, Dk@10GHz =3.48, Df@10GHz =0.0037, przewodność cieplna jest dwukrotnie większa niż w przypadku zwykłego FR-4 i jest kompatybilny z konwencjonalnymi procesami produkcji PCB, zapewniając równowagę między wydajnością a kosztami.
Scenariusz wysokiej mocy RF/mikrofalowej: wybrano RT/duroid 6035HTC o przewodności cieplnej 1,44 W/m · K, czyli 2,4 razy większej niż w przypadku standardowych materiałów o-wysokiej częstotliwości. Został zaprojektowany specjalnie dla wzmacniaczy mocy-o dużej gęstości mocy i może szybko odprowadzać gęste ciepło lamp mocy GaN.
Scenariusz z małym modułem PA: Używając Rogers TMM10, Dk=9.20 może znacznie zmniejszyć rozmiar sieci dopasowującej o 1/4 długości fali, o przewodności cieplnej 0,76 W/m·K, równoważąc wymagania dotyczące miniaturyzacji i rozpraszania ciepła.
Wybór folii miedzianej: ścieżka sygnału wysokiej-częstotliwości wykorzystuje-ultraprofilową folię miedzianą (HVLP, Rz<2 μ m) to suppress conductor loss caused by skin effect; The high current carrying path uses 2oz-4oz thick copper foil to enhance the current carrying capacity.
Projekt systemu zarządzania ciepłem: eliminowanie awarii termicznych urządzeń zasilających
Sprawność drenu urządzeń GaN we wzmacniaczach dużej-mocy wynosi tylko 50% -65%, a 35% -50% zużycia energii zamieniane jest na ciepło, co wymaga budowy wielopoziomowych kanałów rozpraszania ciepła:
Podstawowy schemat rozpraszania ciepła: pod podkładką termiczną lampy zasilającej umieszczony jest układ termicznych otworów przelotowych o dużej-gęstości-o średnicy 0,2-0,3 mm, a otwory są w pełni metalizowane, aby bezpośrednio przewodziły ciepło do dolnej warstwy miedzi uziemiającej o dużej powierzchni, zmniejszając opór cieplny o ponad 40%.
Rozwiązanie zwiększające moc: dzięki zastosowaniu technologii osadzonych monet miedzianych bloki z czystej miedzi są osadzone w miejscu instalacji urządzeń zasilających PCB, a ciepło może być bezpośrednio przekazywane przez warstwę dielektryczną na potrzeby eksportu, co jest odpowiednie dla scenariuszy o ultra-wysokiej gęstości strumienia ciepła powyżej 10 W/cm².
Optymalizacja układu: Skoncentruj lampy o dużej mocy grzewczej na krawędzi płytki drukowanej w pobliżu zewnętrznego radiatora, aby uniknąć koncentracji gorących punktów; Folia miedziana ścieżki zasilania częściowo otwiera okna, odsłaniając miedź i jest bezpośrednio połączona z zewnętrzną strukturą rozpraszania ciepła za pomocą przewodzącego ciepło smaru silikonowego, co dodatkowo zmniejsza opór cieplny interfejsu.
Optymalizacja struktury elektromagnetycznej: zapewnienie integralności i stabilności sygnału
Dopasowana sieć wzmacniaczy- dużej mocy jest niezwykle wrażliwa na wahania impedancji i wymaga precyzyjnego projektu konstrukcyjnego, aby stłumić odbicia sygnału i samowzbudzenie
Ścisła kontrola impedancji: Charakterystyczna tolerancja impedancji wynosząca 50 Ω jest kontrolowana w zakresie ± 5%, a linia mikropaskowa o długości 1/4 długości fali jest modelowana i kalibrowana z wyprzedzeniem przy użyciu oprogramowania do symulacji pola elektromagnetycznego (HFSS), aby uniknąć zmian temperatury powodujących dryft Dk i dopasowane przesunięcie sieci.
Projekt uziemienia i ekranowania: dzięki zastosowaniu wielo-warstwowej struktury warstwowej „sygnału uziemienia” na płycie, kompletna i niepodzielna płaszczyzna uziemienia jest umieszczona poniżej obszaru rdzenia wzmacniacza mocy; Po obu stronach ścieżki sygnału rozmieszczone są metalowe ogrodzenia przelotowe, które izolują przesłuchy pomiędzy różnymi kanałami wzmacniacza i tłumią-samowzbudne oscylacje spowodowane sprzężeniem pasożytniczym.
Opakowanie i optymalizacja: Zminimalizuj powierzchnię podkładki tranzystora mocy zgodnie z wynikami symulacji, aby zmniejszyć pojemność pasożytniczą; W przypadku-szybkiego sygnału przelotowego-przez otwór zastosowano technologię wiercenia wstecznego, która eliminuje nadmiar pozostałości miedzianych filarów i pozwala uniknąć punktów rezonansowych w paśmie częstotliwości powyżej 20 GHz, które mogą powodować załamanie wzmocnienia.
Precyzyjna kontrola procesu: osiągnięcie wysokiej niezawodności produkcji masowej
Obróbka powierzchniowa: w przypadku ścieżek sygnałowych o wysokiej-częstotliwości preferowana jest technologia osadzania srebra, która zmniejsza straty w przewodzie o 0,2 dB w porównaniu z osadzaniem złota na cal przy 10 GHz. Jednocześnie należy zapewnić płaskość pól lutowniczych i unikać przekraczania współczynnika pustki spawalniczej w urządzeniach o dużej-mocy.
Dokładność laminowana: Ściśle kontroluj tolerancję grubości warstwy dielektrycznej w zakresie ± 0,02 mm, aby zapewnić spójność impedancji; Mieszana płyta dociskowa PTFE i FR-4 przyjmuje stopniowy proces ogrzewania i prasowania, aby uniknąć rozwarstwiania i odchyleń stałej dielektrycznej.
Weryfikacja środowiskowa: Gotowa płyta została poddana 100 cyklom temperaturowym od -40 stopni do+85 stopnia, aby sprawdzić, czy wahania mocy wyjściowej wzmacniacza mocy są mniejsze niż 0,5 dB w różnych temperaturach, spełniając wymagania trudnych warunków pracy, takich jak zewnętrzne stacje bazowe i radary montowane na pojazdach.