Тепловой режим HMC8205BF10, Допустимая долговременная температура микросхемы Опции

[Master_MW]

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.

[Master_MW]

"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.

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.

[MePavel]

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.

Ну выиграете Вы пару-тройку градусов при использовании медного корпуса. Логичнее подумать над уменьшением теплового сопротивления радиатора (увеличение площади рёбер и т.п.).