当射频/微波功率加载于印制电路板（PCB）上时会产生热量。在给定的PCB材料上设计一种实际的电路关键在于理解不同的材料特性如何影响射频/微波PCB的热性能，然后使电路在高频电路材料的温度允许范围内工作。

对于任意的射频/微波PCB，热量均是由电路元件产生的，例如高功率晶体管，它遵循一个常见的热量传递模型—即从热源流向PCB的散热器或冷却器。电路材料的特性与PCB上的热量传递趋势以及形成的导热模式如何密切相关。

PCB的导热模式和PCB上的电流密度分布相关。最好的PCB内电流转换为热量的描述方式就是PCB 的热导率（TC）。热导率是指一米厚的材料，两侧表面的温差为一度（开尔文）传递的热量，经常使用热导率来比较热流流经材料的能量损失比率。简单的说，高的热导率意味着热流能更好地流经材料。由于PCB由不同的材料组成，如热导率很高的铜以及热导率很低的介质材料，这样当热流流过PCB时会产生不同的热量损失比率，由此在导体边缘和介质板结合处生成导热模式。

具有高热导率的材料经常用于高功率的应用，因为热流能更有效率的流过材料。低热导率的PCB材料透过去的热量更少，电路温度增加更多。

相对来说，铜是一种非常好的电导体以及热导体，它的导热系数极高（400 W/m/K）。根据标准的热量传递模型，热量可以很快且很容易地流经铜导体，即热量从一个高温度的区域流向低温度的区域，如散热器。PCB中使用的介质热导率很低，其表现得更像是热绝缘体。例如，聚四氟乙烯（PTFE）电路材料提供好的介电特性但是其热导率很低（通常为0.20 W/m/K），由此，和铜相比能够透过它的热量小的多。对于电路材料来讲，要在相同功率下产生更少的热量，其热导率必须更高，如来自罗杰斯公司的RT/duroid® 6035HTC电路材料，其热导率为1.44 W/m/K。

介电常数是另一个可以影响电路材料导热模式的参数。介电常数是一个很重要的电路材料参数，它可以决定不同电路结构的尺寸。而且介电常数还与高频PCB导热能力密切相关，因为材料的介电常数可以决定给定特性阻抗下电路的尺寸，例如，对于典型的50欧姆微带电路设计，在给定信号频率的情况下，低介电常数的PCB材料相比于更高介电常数的电路材料，其走线更宽。

可以影响PCB导热模式的其他材料参数有耗散因数（以及其与材料损耗的联系），铜导体表面，甚至于PCB材料的厚度。正如前面所说的，介质材料更像是一种热绝缘体而非热导体，故更薄的电路材料相对更厚的电路材料来说可以提供更短的热流路径，由此在介质材料内部产生更少的热量。

要使更高的功率产生更少的热量，使用更小耗散因数的PCB材料会更好，因为低介质损耗对于射频/微波电路来说意味着低插入损耗，而低插入损耗意味着在高功率射频/微波电路中产生更小的热量。铜导体表面粗糙度同样和电路材料损耗相关，铜导体的表面越光滑，其导体损耗通常越小，而且在给定射频/微波功率下电路产生的热量越少。铜导体表面粗糙度更趋向于是一种频变效应，在不同频率下其产生的热量也不同。

另一种电路材料参数，即电路的最高工作温度，对于PCB材料的高功率应用来讲也是可用来进行比较。它是指电路在工作时间无限长的情况下所测得的最高温度。

为了更好地理解典型的PCB材料热属性，对很多不同微波PCB电路进行了增加热量测试，测试采用50欧姆微带传输线来传输高功率测试信号并且测试PCB材料的上升温度。不同的材料参数如前面提到的介质厚度，铜导体表面粗糙度以及介电常数和插入损耗与导热系数都会对结果产生不同的影响。

一种最差的情况是采用加工在介电常数为4.25，耗散因数为0.0200，热导率为0.25 W/m/K 而且插入损耗为0.37 dB/in 的FR-4电路材料上的传输线，微带传输线工作于3.4GHz。而最好的情况则是采用介电常数为3.60，耗散因数为0.0013且导热系数为1.44 W/m/K，插入损耗为0.11 dB/in的RT/duroid 6035HTC电路材料。当输入3.4GHz的85W的测试信号，这两种材料生成的热量差令人震惊。对于最差的情况，温度升高+74°C；而对于最好的情况，在同样的测试信号下，温度仅升高了+14°C。

理想情况下，热流在PCB结构的传导遵循热量传递模型，电路中所加载的源或电路上的有源器件产生的热量会形成一条由高温度区域流向低温度区域的通道。不同的PCB材料参数，如热导率，耗散因子等提供了导热模式如何在不同的PCB材料建立的思路，并且指导我们当选择高功率电路材料时如何确定其PCB材料的参数。

备注：本博客源自作者在2014IMS的微波应用研讨会上的演讲，题为：“电路基材特性对于微波PCB射频热量传递模型的影响 ”。该演讲文稿可从罗杰斯技术支持中心下载：www.rogerscorp.com/techub。

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