前言

CATV 系統(tǒng)需要具有高線性度和高輸出功率的放大器以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻和數(shù)據(jù)。由于CATV 系統(tǒng)已發(fā)展到可融合更多的頻道并提供更高的數(shù)據(jù)速率，因此工作頻率、功率水平和失真水平會(huì)變得更具挑戰(zhàn)性。系統(tǒng)放大器中最具挑戰(zhàn)性的元件是功率倍增線路放大器，因?yàn)槠涔ぷ麟妷簽?4 伏并會(huì)消耗超過10 瓦的功率來實(shí)現(xiàn)所需的性能。有效消除這些元件所產(chǎn)生的熱量是確保最佳性能、長(zhǎng)使用壽命以及高可靠性的關(guān)鍵。

保持元件低工作溫度的通用方法是使用一個(gè)帶內(nèi)置散熱器的線路放大器混合模塊（如圖1 所示）。這可確保低溫度，因?yàn)榉糯笃髟苯优c大鋁塊連接，而鋁塊又與系統(tǒng)放大器外殼或底座接觸。這就在便利封裝中為帶散熱性能的電氣性能提供了完整的解決方案，并且目前在許多系統(tǒng)中普遍使用。此方法的局限性在于成本、尺寸和制造復(fù)雜性。

為了克服這些局限性，我們開發(fā)了一種易于使用的，定制的解決方案以適應(yīng)系統(tǒng)放大器底座和MMIC 功率倍增線路放大器的PCB（如圖2 所示）。MMIC 將放大器的關(guān)鍵元件整合到一個(gè)緊湊的封裝中，從而具有低成本、更小的電路板尺寸和更大的制造靈活性。MMIC 設(shè)計(jì)成包含一個(gè)散熱片的定制引腳封裝，以便獲得此性能。

本文提出了一些解決方案，使MMIC 線路放大器可在目前使用線路放大器混合模塊的系統(tǒng)中使用。我們將展示可將MMIC 工作溫度維持在混合模塊的溫度或以下，從而保持性能并確保高可靠性。

MMIC 散熱器解決方案

在PCB 上使用MMIC 線路放大器功率倍增器需要優(yōu)化散熱器，以便消耗MMIC 正下方至少10 瓦的功率。有兩種方法提供此散熱器：1) 直接內(nèi)置到底座中，2) 采用一個(gè)適配器塊。以下提出了三種方法來適應(yīng)底座，為MMIC 提供優(yōu)良的散熱器，這些方法易于使用并使系統(tǒng)成本較低。這些方法對(duì)不同類型的散熱器（平板或帶底座）、PCB 與散熱器塊不同方式的連接以及MMIC 與散熱器不同方式的接觸進(jìn)行了組合。三種方法的總結(jié)如表1 中所示。

表 1：散熱方法總結(jié)

方法1

使用標(biāo)準(zhǔn)回流焊連接工藝將MMIC 連接到PCB 上，并且PCB 設(shè)計(jì)有通孔，可形成通過電路板的熱流量。32 個(gè)通孔的直徑為0.89 mm 并在定制MMIC 散熱片下呈4x8 矩形樣式。在PCB 和底座之間插入一個(gè)平板塊以形成散熱器。在PCB 和塊之間涂上導(dǎo)熱膏并使用螺釘為PCB 下的平板塊提供附加的散熱接觸。圖3 顯示了方法1 的詳情，包括芯片和PCB 的剖視圖以及系統(tǒng)的散熱模型。散熱模型顯示了對(duì)系統(tǒng)中的熱阻有貢獻(xiàn)的所有元件。

方法2

使用標(biāo)準(zhǔn)回流焊連接工藝將MMIC 連接到PCB 上，并且PCB 設(shè)計(jì)有通孔，可形成通過電路板的熱流量。32 個(gè)通孔的直徑為0.89 mm 并在定制MMIC 散熱片下呈4x8 矩形樣式。在PCB 和底座之間插入一個(gè)平板塊以形成散熱器。將PCB 和塊之間的導(dǎo)熱膏換為焊料并再次使用螺釘為PCB 下的平板塊提供附加的散熱接觸。圖4 顯示了方法2 的詳情，包括芯片和PCB 的剖視圖以及系統(tǒng)的散熱模式。此散熱模型類似于方法1，具有相似數(shù)量的元件。整體熱阻較低，因?yàn)樘鎿Q導(dǎo)熱墊（膏）的焊料具有較低的熱阻。

方法3

MMIC 通過PCB 中的一個(gè)孔直接連接散熱器。散熱器具有一個(gè)底座，使定制MMIC 散熱片正好靠在帶導(dǎo)熱膏的散熱器底座上，為散熱器提供散熱接觸。圖5 顯示了方法3 的詳情，包括芯片和PCB 的剖視圖以及系統(tǒng)的散熱模型。如散熱模型中所示，此方法具有最低的熱阻，具有最少的熱阻元件，每個(gè)元件都具有低的熱阻值。

結(jié)果

對(duì)使用三種方法連接的ANADIGICS ACA2407 MMIC 線路放大器進(jìn)行了溫度測(cè)量。MMIC 在標(biāo)準(zhǔn)62 密耳厚的PCB 上的工作電壓和電流為24 伏和430 mA，總耗散功率為10.32 瓦。在MMIC 的引腳1 附近測(cè)量溫度升高，施加直流電源并且無射頻功率。圖6 顯示了3 種方法以及具有類似功率耗散的混合模塊在類似位置的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果表明所有三種方法都具有極好的散熱效果。方法2 和方法3 獲得的結(jié)果與參照混合模塊類似，而方法3 可獲得比混合模塊更低的溫度（低8.3 °C）。

總結(jié)

方法3，芯片通過PCB 直接連接，將PCB 用螺釘連接到底座散熱器上，可提供最低溫度的MMIC 并且溫度比混合模塊更低。表2 總結(jié)了與參照混合模塊相比，各種方法的散熱性能。

表 3：結(jié)果總結(jié)

除了可提供卓越的散熱性能外，方法3 還是一種在制造環(huán)境中容易實(shí)施的解決方案，并能提供最低成本的解決方案。每種方法都提供了非常良好的散熱性能和高可靠性解決方案，從而在系統(tǒng)放大器的設(shè)計(jì)和制造過程中具有靈活性。如果散熱器直接鑄造在底座上，將MMIC 與散熱器連接的三種方法中的每一種也都適用。

用一個(gè)定制的加固條將MMIC 夾緊到散熱器上并提供更好的散熱接觸，可實(shí)現(xiàn)散熱性能的額外改善。此方法如圖7 中所示，針對(duì)MMIC 尺寸、PCB 布局和散熱器解決方案進(jìn)行了加固條的優(yōu)化。

結(jié)論

我們?yōu)閷?shí)施具有低工作溫度和高可靠性的線路放大器功率倍增器MMIC 提出了制造解決方案。這些解決方案使系統(tǒng)放大器能適應(yīng)具有內(nèi)置散熱器或適配器的MMIC 放大器，并可提供易于制造的低成本方式以替代混合模塊線路放大器。