اعلی-فریکوئنسی پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز کے لیے تھرمل کنڈکٹیو مواد کے انتخاب کو نہ صرف اعلی ترین تھرمل چالکتا کا تعاقب کرنا چاہیے، بلکہ ہائی-فریکوئنسی برقی کارکردگی کی ضروریات (مستحکم ڈائی الیکٹرک کنسٹنٹ Dk، کم ڈائی الیکٹرک نقصان Df)، تھرمل کارکردگی کی مماثلت، تھرمل کنڈکٹیویٹی (میچ تھرمل کنڈکٹیویٹی)، تھرمل کنڈکٹیویٹی (میچ تھرمل کنڈکٹیویٹی) کو بھی پورا کرنا چاہیے۔ گتانک)، اور عمل اور لاگت کی پابندیاں۔ کوئی مطلق "بہترین" آفاقی مواد نہیں ہے، اور بہترین حل کو درخواست کے منظر نامے کے مطابق ملایا جانا چاہیے۔
1، بنیادی انتخاب کی شرط: پہلے اعلی-فریکوئنسی برقی ضروریات کو پورا کریں
اعلی-تعدد کے حالات میں، مواد کی برقی کارکردگی کو تھرمل چالکتا پر ترجیح دی جاتی ہے۔ اگر تھرمل چالکتا مواد ضرورت سے زیادہ سگنل کے نقصان اور مائبادا کی مماثلت کا سبب بنتا ہے، یہاں تک کہ اگر تھرمل چالکتا گتانک زیادہ ہے، تو انہیں استعمال نہیں کیا جا سکتا:
تعدد بینڈ موافقت:
3~10GHz میڈیم سے ہائی فریکوئنسی منظرنامے (جیسے Wi Fi 6 اور Sub-6G کمیونیکیشن): بہتر اعلی تھرمل چالکتا FR-4 کو منتخب کیا جا سکتا ہے، جس کے لیے 0.008 سے کم یا اس کے برابر 3.0~4.0 Df کے مستحکم Dk کی ضرورت ہوتی ہے۔
10~30GHz اور اس سے اوپر کی ملی میٹر لہر کے منظرنامے (جیسے 5G ملی میٹر لہر اور ریڈار): Low Dk (2.5 سے کم یا اس کے برابر) اور کم Df (0.002 سے کم یا اس کے برابر) کاربن ہائیڈروجن سیرامک کمپوزٹ اور سیرامک میٹرکس مواد کو سگنل سے بچنے کے لیے منتخب کیا جانا چاہیے۔
تھرمل الیکٹرک پیرامیٹر بیلنس: مواد کی تھرمل چالکتا میں اضافہ عام طور پر فلرز کے اضافے کے ساتھ ہوتا ہے۔ اس بات کی تصدیق کرنا ضروری ہے کہ آیا فلرز ضرورت سے زیادہ Dk فریکوئنسی/درجہ حرارت کے بڑھنے اور Df میں اضافے کا سبب بنیں گے تاکہ سگنل کی سالمیت کے مسائل کو متعارف نہ کریں۔
2، مرکزی دھارے میں اعلی-فریکوئنسی پی سی بی سبسٹریٹ مواد کی تھرمل چالکتا اور موافقت کے منظرنامے
تھرمل چالکتا، برقی کارکردگی، اور مختلف سبسٹریٹ مواد کے قابل اطلاق منظرنامے نمایاں طور پر مختلف ہوتے ہیں، اور بجلی کی کثافت اور فریکوئنسی بینڈ کی ضروریات کے مطابق منتخب کیا جا سکتا ہے:
| مواد کی قسم | عام تھرمل چالکتا W/(m · K) | اعلی تعدد برقی کارکردگی | قابل اطلاق پاور کثافت کی حد | بنیادی قابل اطلاق منظرنامے۔ |
|---|---|---|---|---|
| روایتی FR-4 سبسٹریٹ | 0.25~0.5 | Df 10GHz سے اوپر 0.022-0.035 تک خراب ہو جاتا ہے، Dk میں بڑے اتار چڑھاو کے ساتھ | ~5W/cm² | کم پاور ہائی-3GHz سے نیچے فریکوئینسی سرکٹس، لاگت کے حساس حالات |
| اعلی تھرمل چالکتا ترمیم شدہ FR-4 سبسٹریٹ | 0.8~1.5 | Df کو 0.008 ~ 0.015 کے درمیان 10GHz پر کنٹرول کیا جا سکتا ہے، اور Dk استحکام بہتر ہو گیا ہے۔ | 5~15W/cm² | 3~10GHz میڈیم پاور ہائی-فریکوئنسی منظرنامے، جیسے عام RF فرنٹ-اینڈ اور انڈسٹریل کنٹرول RF بورڈ |
| ایلومینیم پر مبنی دھاتی سبسٹریٹ (MCPCB) | 1.0~5.0 (عام قسم)؛ 8~50W/(m · K) (اعلی تھرمل چالکتا موصلیت کی پرت کی قسم) | موصلیت کی تہہ کا Df نسبتاً زیادہ ہے اور صرف 10GHz سے نیچے کے منظرناموں کے لیے موزوں ہے۔ | 15~50W/cm² | 10GHz سے کم ہائی پاور RF منظرنامے، جیسے RF پاور سپلائیز اور گاڑی میں نصب ہائی-فریکوئنسی ماڈیولز |
| تانبے پر مبنی دھاتی سبسٹریٹ | 200~400 (تھرمو الیکٹرک علیحدگی کی قسم) | کم نقصان کی موصلیت کی تہہ درکار ہے، اعلی-تعدد کے نقصان کے ساتھ سیرامک سبسٹریٹ سے تھوڑا زیادہ | 50W/cm² | الٹرا ہائی پاور اور ہائی-10GHz سے کم تعدد کے منظرنامے، جیسے ہائی-پاور RF یمپلیفائر |
| ایلومینیم آکسائیڈ سیرامک سبسٹریٹ | 20~30 | Dk≈9.8,Df 0.0005 سے کم یا اس کے برابر، بہترین اعلی-فریکوئنسی کارکردگی | 50~100W/cm² | 10GHz سے زیادہ اعلی طاقت والے RF منظرنامے، جیسے IGBT RF ماڈیولز اور ایویونکس |
| ایلومینیم نائٹرائڈ سیرامک سبسٹریٹ | 150~200 | Dk≈8.8، Df 0.0003 سے کم یا اس کے برابر، ملی میٹر لہر فریکوئنسی بینڈ میں مستحکم کارکردگی | 100W/cm² | 24GHz سے اوپر کی ہائی پاور ملی میٹر لہر کے منظرنامے، جیسے ریڈار اور ہائی-اینڈ RF لیزر |
3، میچنگ تھرمل انٹرفیس میٹریلز کا انتخاب (TIM)
خود سبسٹریٹ کے علاوہ، حرارتی عنصر اور ہیٹ سنک/سبسٹریٹ کے درمیان تھرمل انٹرفیس مواد کو اعلی-فریکوئنسی منظرناموں کی ضروریات سے ملنے کی ضرورت ہے:
کم طفیلی پیرامیٹر کے تقاضے: پتلی، کم ڈائی الیکٹرک مستقل تھرمل کوندکٹو مواد کے استعمال کو ترجیح دی جانی چاہیے تاکہ اضافی پرجیوی گنجائش کو متعارف کرانے سے بچایا جا سکے جو اعلی-تعدد کی رکاوٹ کو متاثر کرتا ہے۔
تھرمل چالکتا کا انتخاب:
عام بجلی کے آلات: 2~5W/(m · K) کی تھرمل چالکتا کے ساتھ تھرمل کوندکٹو سلیکون چکنائی اور تھرمل کوندکٹو گاسکیٹ کا استعمال، کم قیمت اور اچھی پراسیس ایبلٹی کے ساتھ؛
ہائی ہیٹ فلوکس RF چپ: 8~15W/(m · K) کی تھرمل چالکتا کے ساتھ تھرمل کوندکٹو جیل اور فیز چینج میٹریل کو مائیکرو ویوائڈز کو بھرنے اور رابطے کی تھرمل مزاحمت کو کم کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔
موصلیت کے تقاضے: 3kV/mm سے زیادہ یا اس کے مساوی وولٹیج کے ساتھ تھرمل موصلیت کا مواد ہائی-وولٹیج اور ہائی-تعدد کے حالات کے لیے منتخب کیا جانا چاہیے تاکہ ہائی-وولٹیج کی خرابی سے بچا جا سکے۔
4، انتخاب کا فیصلہ-اقدامات کرنا
فکسڈ فریکوئنسی بینڈ: آپریٹنگ فریکوئنسی کی بنیاد پر مواد کی Dk اور Df حدوں کا تعین کریں، اور برقی کارکردگی کے تقاضوں کو پورا کرنے والے مواد کی رینج کو اسکرین کریں۔
طاقت کا حساب لگائیں: بنیادی حرارتی عنصر کی طاقت کی کثافت کا حساب لگائیں اور اسے تھرمل چالکتا کی سطح کے مطابق سبسٹریٹ کے ساتھ ملائیں۔
طاقت کی کثافت<15W/cm ²: High thermal conductivity modified FR-4 is preferred for the highest cost-effectiveness;
پاور کثافت 15~50W/cm²: ہائی تھرمل چالکتا موصلیت کی تہہ ایلومینیم پر مبنی MCPCB کا انتخاب کریں۔
Power density>50W/cm²، 10GHz سے نیچے: تانبے پر مبنی MCPCB کا انتخاب کریں۔
Power density>50W/cm ²، 10GHz سے اوپر: سیرامک سبسٹریٹ کا انتخاب کیا جاتا ہے، ملی میٹر لہر الٹرا-ہائی پاور منظرناموں میں ایلومینیم نائٹرائڈ سیرامکس کو ترجیح دی جاتی ہے۔
کیلیبریشن ہیٹ مماثلت: چپ اور تانبے کے ورق کے ساتھ مواد کے کوفیشینٹ آف تھرمل ایکسپینشن (CTE) کی مطابقت کی تصدیق کریں۔ مثال کے طور پر، FR-4 کا Z- محور CTE 40-60ppm/ ڈگری ہے، اور سیرامک سبسٹریٹ کا CTE سلکان چپ کے قریب ہے، جو تھرمل سائیکلنگ سولڈر جوائنٹ کی ناکامی کے خطرے کو کم کر سکتا ہے۔
لاگت پر کنٹرول: کارکردگی کے تقاضوں کو پورا کرنے کی بنیاد پر، ایلومینیم نائٹرائڈ سیرامکس جیسے زیادہ قیمت والے مواد کے ضرورت سے زیادہ استعمال سے گریز کریں، جن کی تھرمل چالکتا سب سے زیادہ ہوتی ہے لیکن ایلومینا سیرامکس سے 5-10 گنا زیادہ مہنگی ہوتی ہے، اور صرف ملی میٹر ہائی پاور ویو میں لاگت-مؤثر ہوتی ہے۔
5، اضافی تھرمل ڈیزائن مدد
مواد کا انتخاب صرف تھرمل مینجمنٹ کی بنیاد ہے اور گرمی کی کھپت کی کارکردگی کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے لیے ساختی ڈیزائن کے ساتھ مربوط ہونے کی ضرورت ہے:
حرارتی عنصر کے نیچے 0.2-0.3 ملی میٹر کے قطر کے ساتھ تھرمل تھرمل تھرمل کو ترتیب دیں، عمودی تھرمل مزاحمت کو کم کرنے کے لیے ہیکساگونل قریبی بندوبست کا استعمال کرتے ہوئے؛
پاور لیئر اور جیولوجیکل پرت 2oz (70 μm) یا اس سے اوپر کی موٹائی کے ساتھ تانبے کا استعمال کرتی ہے، تانبے کی کوریج کی شرح 80% سے زیادہ برقرار رکھتی ہے، پلانر تھرمل ڈفیوژن لیئر کے طور پر؛
مناسب طریقے سے اجزاء کی ترتیب، کنویکشن ڈکٹ کو محفوظ کریں، اور زیادہ گرمی پیدا کرنے والے اجزاء کو تھرمل حساس اجزاء سے دور رکھیں۔