Перейти к содержанию

    

Тепловой режим HMC8205BF10

Добрый день, уважаемые коллеги.

 

Возникла проблема в следующем. Для одной из задач потребовалось сложить в октаве мощность 4-х микросхем HMC8205BF10.

 

Сложил на квадратурных мостах HDS2F, все прекрасно с точки зрения СВЧ, потери на суммирование 4-х усилителей всего 0,45 дБ в 2-4 ГГц. На данный момент занимаюсь конструктивным оформлением в серийное производство,

а опыта по подобным вещам маловато. Токи через каждую из четырех микросхем не превышают 1,5 А. (необходимо было получить достаточно высокую мощность P1dB)

 

Возникли следующие вопросы:

 

1. Какая максимальная рабочая температура самого кристалла? Для миллиона часов наработки допускается температура +225 градусов.

 

Можно ли подымать выше для уменьшения габаритов системы охлаждения или нежелательно? Например, у TGA2578-CP температура кристалла для наработки 100 000 т часов составляет 260 градусов, для наработки 1 000 000 часов - те же 225 градусов.

 

По ТЗ же наработка на отказ 10 000 часов.

 

 

2. Из какого материала выгоднее выполнить корпус? СВЧ блоки стараюсь покрывать иммерсионным серебром, но на алюминий серебро ложиться только через промежуточное покрытие (никель-бор, например). А дополнительное покрытие - это лишнее термосопротивление. Или имеет смысл сделать из латуни, на нее серебро ложится напрямую?

 

 

3. Вопрос может и дилетантский, но так и не смог разобраться точно. Тепловое сопротивление кристалл-корпус микросхемы для HMC8205BF10 составляет 1,57 градуса Цельсия на Ватт. То есть, градиент между корпусом и 1,57*(50Вольт х 1,5 А) = 115,5 градусов. Сильно уж много. С другой стороны, для температуры кристалла 260 градусов микросхема может работать при температуре ее корпуса 144,5 градуса. Это заключение справедливо?

 

 

Заранее благодарен.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Если массо- габарит позволяет, и за копейку не удавят, то я бы делал из меди. Любые сплавы(латунь в т.ч.) обычно имеют большее термосопротивление. Или можно попробовать подложить двумерную термопрокладку из наноуглерода, чтобы тепло по корпусу раскидать.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
2. Из какого материала выгоднее выполнить корпус? СВЧ блоки стараюсь покрывать иммерсионным серебром, но на алюминий серебро ложиться только через промежуточное покрытие (никель-бор, например). А дополнительное покрытие - это лишнее термосопротивление. Или имеет смысл сделать из латуни, на нее серебро ложится напрямую?

3. Вопрос может и дилетантский, но так и не смог разобраться точно. Тепловое сопротивление кристалл-корпус микросхемы для HMC8205BF10 составляет 1,57 градуса Цельсия на Ватт. То есть, градиент между корпусом и 1,57*(50Вольт х 1,5 А) = 115,5 градусов. Сильно уж много. С другой стороны, для температуры кристалла 260 градусов микросхема может работать при температуре ее корпуса 144,5 градуса. Это заключение справедливо?

Там максимальный ток 1,3А, но ваши рассуждения в целом верны. Что указано во второй строке документа: При температуре на корпусе 85С, температура перехода будет 187 град (при Uпит 50В).

 

Толщина промежуточного покрытия никель-бор, ничтожно мала, что много вы там не потеряете. У Латуни в два раза меньше теплопроводность нежели у чистого Алюминия, тут вы потеряете больше, так как толщины уже совсем другие.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Там максимальный ток 1,3А, но ваши рассуждения в целом верны. Что указано во второй строке документа: При температуре на корпусе 85С, температура перехода будет 187 град (при Uпит 50В).

 

Толщина промежуточного покрытия никель-бор, ничтожно мала, что много вы там не потеряете. У Латуни в два раза меньше теплопроводность нежели у чистого Алюминия, тут вы потеряете больше, так как толщины уже совсем другие.

 

Как раз максимальный ток может быть много больше, чем 1300 мА. например, график 27 страницы 9 даташита. При входной мощности +20 дБмВт потребляемый ток равен 1800 мА. Но это детали. Более интересует максимальная температура кристалла для наработки 100 000 часов. Она явно не 225 градусов.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Как раз максимальный ток может быть много больше, чем 1300 мА. например, график 27 страницы 9 даташита. При входной мощности +20 дБмВт потребляемый ток равен 1800 мА. Но это детали. Более интересует максимальная температура кристалла для наработки 100 000 часов. Она явно не 225 градусов.

Я бы прочитал, это так: Что максимальная температура на кристалле 225 градусов, и при этом наработка будет 1млн. Но из этого не следует , что при температуре 250 градусов наработка будет 100 тыс, так как при такой температуре наработка может быть 0 (м/сх сгорит).

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Если массо- габарит позволяет, и за копейку не удавят, то я бы делал из меди. Любые сплавы(латунь в т.ч.) обычно имеют большее термосопротивление. Или можно попробовать подложить двумерную термопрокладку из наноуглерода, чтобы тепло по корпусу раскидать.

 

Спасибо за совет. А вы не в курсе, чистая медь будет отводить тепло эффективнее алюминия?

 

Я бы прочитал, это так: Что максимальная температура на кристалле 225 градусов, и при этом наработка будет 1млн. Но из этого не следует , что при температуре 250 градусов наработка будет 100 тыс, так как при такой температуре наработка может быть 0 (м/сх сгорит).

 

Возможно, хотя и маловероятно. У меня нет в данной области опыта, потому я создал данный топик. На самый край, буду выяснять данный вопрос экспериментально, но не хотелось бы.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

"Теоретические основы теплотехники" автор A.М. Литвин

ТЕПРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ккал/м*ч*град

Алюминий 180-200

Медь чистая 350

Серебро 350 - 360

Медь обычная 300-320

 

Теплопроводность меди почти в два раза выше.

Но это только поможет отвести тепло от места контакта кристалла с корпусом, рассеивать это тепло также нужно, а это уже вопрос конструкции системы охлаждения.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
У Латуни в два раза меньше теплопроводность нежели у чистого Алюминия, тут вы потеряете больше, так как толщины уже совсем другие.

Латунь ЛС 59-1 ГОСТ 15527-2004 - 121 Вт/(м*K).

Латунь Л 96 - 234 Вт/(м*K),

Дюраль Д-16 ГОСТ 4784-97 - 177 Вт/(м*K).

 

Так что с латунью не всё так плохо. При тех размерах корпуса микросхемы теплопроводность материала основания большого значения не имеет.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Ставьте холодильник на элементах Пельте и будет всё ОК! Если это вписывается в конструкцию, конечно.

Или криогенератор - это ещё веселее. Но тут именно хвост виляет собакою. Иного пока и не представляю...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
2. Из какого материала выгоднее выполнить корпус? СВЧ блоки стараюсь покрывать иммерсионным серебром, но на алюминий серебро ложиться только через промежуточное покрытие (никель-бор, например). А дополнительное покрытие - это лишнее термосопротивление. Или имеет смысл сделать из латуни, на нее серебро ложится напрямую?

 

Заранее благодарен.

 

Сплав АМг-61 (коррозийно стойкий) можно покрыть олово-висмутом или химическим\гальваническим никелем.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Heat spreader - некая подложка, которая разведет тепло на большую площадь чем изначальный кристалл., а потом справятся и обычная медь или алюминий. Может быть и металлизированным алмазом, и нитридом алюминия, и еще куча вариантов.

Температура перехода выше 200 градусов- это за гранью добра и зла для долгой и спокойной жизни для большинства полупроводников, кроме нитрида.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Температура перехода выше 200 градусов- это за гранью добра и зла для долгой и спокойной жизни для большинства полупроводников, кроме нитрида.

Тут надо смотреть на кристалл, а не на технологию. +85 - это приговор, а не диагноз, но тут никакие сплавы не спасут, кроме "холодильника", но не вентилятора. Сам работал с кристаллами и сам знаю, как это сложно. А уж если корпусированы - вдвойне сложнее: дно корпуса дальше чем...

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Тут надо смотреть на кристалл, а не на технологию. +85 - это приговор,

Нитриду и 200 градусов фигня, чего не сказать про арсенид и кремний- германий.

 

Fig-3.jpg

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
Нитриду и 200 градусов фигня, чего не сказать про арсенид и кремний- германий.

Это всё замечательно, но что будет с характеристиками при перегреве? Там на 12-м рисунке вижу серьёзное снижение усиления в полосе.

Кроме того, если там рядом есть кремниевые и арсенид-галиевые братья по оружию, то надо и о них как-то позаботиться в плане надёжности.

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты
"Теоретические основы теплотехники" автор A.М. Литвин

ТЕПРОПРОВОДНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, ккал/м*ч*град

Алюминий 180-200

Медь чистая 350

Серебро 350 - 360Медь обычная 300-320 Ватт

Теплопроводность меди почти в два раза выше.

Но это только поможет отвести тепло от места контакта кристалла с корпусом, рассеивать это тепло также нужно, а это уже вопрос конструкции системы охлаждения.

 

Да, похоже, вы правы. Скорее всего , так как за каждую копейку в этом проекте не душат, придется сделать корпус из меди. А рассеивать уже алюминиевым радиатором с обдувом.

 

Латунь ЛС 59-1 ГОСТ 15527-2004 - 121 Вт/(м*K).

Латунь Л 96 - 234 Вт/(м*K),

Дюраль Д-16 ГОСТ 4784-97 - 177 Вт/(м*K).

 

Так что с латунью не всё так плохо. При тех размерах корпуса микросхемы теплопроводность материала основания большого значения не имеет.

 

согласен. Но проблема в том. что данных микросхем стоит 4, в экспериментальном корпусе из Д16Т. Сам корпус стоит на огромном радиаторе с двумя вентиляторами в качестве обдува. При включении двух микросхем проблем нету. ПРи включении еще двух корпус в течении примерно часа все-таки разогревается до 90 градусов по Цельсию, где уже срабатывает термозащита. Включение происходит после остывания корпуса до 50 градусов, что и происходит буквально через 40 секунд. То есть, интуитивно , не хватает букавально чуть-чуть теплопроводности. Возможно, медный корпус решит проблему.

 

Ставьте холодильник на элементах Пельте и будет всё ОК! Если это вписывается в конструкцию, конечно.

Или криогенератор - это ещё веселее. Но тут именно хвост виляет собакою. Иного пока и не представляю...

 

Александр, доброго времени суток! Рад Вас слышать:) Действительно, на крайний случай предусмотрен вариант с элементом Пельтье, но хотелось бы обойтись классическими методами. Просто элементы Пельтье потащат за собой резкий рост энегропотребеления.

 

 

Нитриду и 200 градусов фигня, чего не сказать про арсенид и кремний- германий.

 

Fig-3.jpg

 

Да и при 260 градусах температуры кристалла та же TGA2578-CP должна наработать 100 000 часов на отказ. Жаль, на HMC8250BF10 нет аналогичного графика.

 

 

Это всё замечательно, но что будет с характеристиками при перегреве? Там на 12-м рисунке вижу серьёзное снижение усиления в полосе.

Кроме того, если там рядом есть кремниевые и арсенид-галиевые братья по оружию, то надо и о них как-то позаботиться в плане надёжности.

 

По моим экспериментам с HMC8205BF10 и TGA2578-CP - практически никак. Одно уточнение - меня интересует точка компрессии по выходу 1 дБ в октавном диапазоне, то есть ток через каждую микросхему где-то 1450 мА, то есть не сильно выше, чем без сигнала по входу (1300 мА). По включению усилителя - коэффициент передачи чуть больше номинального, с прогревом припадает где-то на 1,5 -2 дБ. В качестве предусилителя - 2 последовательно включенные HMC637. Точка компрессии выходной мощности после суммирования 4-х HMC8205 что сразу после включения, что непосредственно перед срабатываем термозащиты - плавает не более чем на 1 дБ чтос натяжкой, но можно списать на погрешность измерения :). Нелинейность ФЧХ изменений не претерпевает.

 

Поделиться сообщением


Ссылка на сообщение
Поделиться на другие сайты

Для публикации сообщений создайте учётную запись или авторизуйтесь

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать учетную запись

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Регистрация нового пользователя

Войти

Уже есть аккаунт? Войти в систему.

Войти