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，因為其工作電壓為24 伏并會消耗超過10 瓦的功率來實現(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,，因為放大器元件直接與大鋁塊連接，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)計成包含一個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)計有通孔,，可形成通過電路板的熱流量,。32 個通孔的直徑為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)計有通孔,，可形成通過電路板的熱流量。32 個通孔的直徑為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,，因為替換導(dǎo)熱墊（膏）的焊料具有較低的熱阻。

方法3

MMIC 通過PCB 中的一個孔直接連接散熱器,。散熱器具有一個底座,，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，每個元件都具有低的熱阻值,。

結(jié)果

對使用三種方法連接的ANADIGICS ACA2407 MMIC 線路放大器進(jìn)行了溫度測量,。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量結(jié)果,。測量結(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,，可實現(xiàn)散熱性能的額外改善。此方法如圖7 中所示,，針對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)閷嵤┚哂械凸ぷ鳒囟群透呖煽啃缘木€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。