Cuộn cảm gắn bề mặt 2000nH Cuộn cảm choke RF dây siêu nhỏ 10MHz - 40GHz

Tổng quan sản phẩm

HALT68005 là một cuộn cảm hình nón băng thông rộng được tối ưu hóa cho các mạng DC injection của bias tee sóng milimet. Nó cung cấp độ tự cảm danh định 2000 nH (2.0 μH) — cao nhất trong dòng cuộn cảm hình nón băng thông rộng — được quấn bằng dây đồng siêu mịn không oxy 0.05 mm (50 μm) trong cấu trúc hình nón lõi không khí thuôn dần liên tục. Linh kiện được định mức cho dòng điện thiên vị DC liên tục 200 mA và hoạt động từ 10 MHz đến 40 GHz trong phạm vi nhiệt độ -55°C đến +125°C.

Trong một bias tee, cuộn cảm choke dẫn dòng điện thiên vị DC đến thiết bị hoạt động trong khi tạo ra trở kháng RF cao trên băng thông tín hiệu. Độ tự cảm 2000 nH của HALT68005 mở rộng giới hạn tần số thấp xuống 10 MHz, bao phủ các tín hiệu giám sát, điều chế viễn trắc và các tín hiệu điều khiển chậm đi trên các đường thiên vị trong các module quang cắm 40G/100G và các hệ thống mảng pha. Ở đầu sóng milimet, dây 0.05 mm giảm thiểu diện tích bề mặt dây dẫn giữa các vòng dây, triệt tiêu điện dung ký sinh để duy trì hành vi cảm ứng thực sự qua 40 GHz.

Dây 0.05 mm là loại dây có đường kính nhỏ nhất trong dòng sản phẩm. Cấu hình dây 0.08 mm tùy chọn có sẵn theo đơn đặt hàng tùy chỉnh cho các ứng dụng yêu cầu dòng điện DC cao hơn ở tần số giới hạn thấp hơn. Cấu trúc lõi không khí loại bỏ hiện tượng bão hòa từ, đảm bảo độ tự cảm 2000 nH đầy đủ được duy trì trong phạm vi dòng điện DC 0–200 mA. Linh kiện được cung cấp kèm theo dữ liệu .s2p Touchstone được đặc trưng bằng thiết bị cố định (10 MHz–40 GHz, 201 điểm, TRL-de-embedded), mô hình cơ khí 3D STEP và mô hình EM HFSS tham số hóa để mô phỏng đồng bộ PCB chính xác.

Thông số kỹ thuật

Thiết kế mạch Bias Tee cho hoạt động 40 GHz

Đường dẫn RF

Đường viền vi sóng 50-Ω hoặc đường dẫn sóng coplanar có nối đất (GCPW) kết nối Cổng 1 với Cổng 2. Đầu nhọn hẹp của cuộn cảm được hàn vào đường dẫn này tại điểm nối chữ T. Đường kính ~0.40 mm ở đỉnh tạo ra điện dung shunt tối thiểu, bảo toàn S21 qua 40 GHz. Tại điểm nối này, cuộn cảm xuất hiện như một mạch hở trở kháng cao đối với năng lượng RF trong khi xuất hiện như một đường dẫn điện trở thấp đối với dòng điện DC.

Nút tiêm thiên vị DC

Đầu đế rộng kết nối với một miếng đệm cấp DC. Một mạng tụ điện bypass băng thông rộng được đặt trong vòng 1 mm của miếng đệm này:

• Tụ gốm 100 pF (cho tách sóng sóng milimet)
• Tụ gốm 10 nF (cho tách sóng vi sóng)
• Tùy chọn 1 μF (cho loại bỏ nhiễu nguồn tần số thấp)

Ở mức định mức 200 mA, DCR quấn khoảng 3.5 Ω tạo ra sụt áp DC khoảng 0.7 V — chấp nhận được đối với các mạch thiên vị thiết bị hoạt động nơi nguồn thiên vị có thể bù cho sụt áp IR này.

Cách ly RF-DC

Độ tự cảm 2000 nH tạo ra trở kháng >2.2 kΩ trên dải định mức, tương đương với cách ly RF-tới-DC >66 dB tham chiếu đến 50 Ω. Điều này vượt quá mức cách ly 40–50 dB điển hình cần thiết cho hoạt động bias tee sạch trong các ứng dụng đo lường và truyền thông.

Xác minh hiệu suất đa tần số

Sự tiêu tán I²R ở dòng điện định mức khoảng 140 mW ở nhiệt độ môi trường 25°C dựa trên DCR điển hình khoảng 3.5 Ω. Thiết kế nhiệt giải quyết vấn đề này thông qua:

Giới hạn tăng nhiệt độ:

• Định mức cho ΔT ≤ 15°C, ngăn chặn vòng lặp phản hồi dương TCR nơi nhiệt độ tăng làm tăng điện trở suất đồng (+0.39%/°C), làm tăng thêm sự tiêu tán.Đối lưu tự nhiên:
• Cấu trúc lõi không khí lộ ra bức xạ và đối lưu tự do. Khoảng cách không khí tối thiểu 0.5 mm xung quanh thân cuộn dây hỗ trợ hoạt động định mức.Biên độ cách điện:
• Cách điện men polyimide được định mức cho hoạt động liên tục 200°C, cung cấp biên độ nhiệt đáng kể phía trên nhiệt độ nối lớn nhất trong trường hợp xấu nhất ở nhiệt độ môi trường +125°C với 15°C tự làm nóng.Không có tổn hao lõi:
• Không giống như các cuộn cảm ferrite tiêu tán năng lượng bổ sung thông qua từ trễ và dòng điện xoáy, HALT68005 lõi không khí không có thành phần tổn hao từ. Tất cả sự tiêu tán đều có thể dự đoán được chỉ từ tổn hao I²R của đồng.Quy trình lắp ráp chi tiết

Bước 1 — Căn chỉnh vật lý

Đặt đầu nhỏ (đỉnh hình nón) hướng xuống, vuông góc (≈90°) với đường truyền RF. Độ lệch góc tạo ra khớp nối từ không đối xứng làm suy giảm tổn thất phản hồi S11 trên 20 GHz. Xác minh hướng dưới kính hiển vi nổi 10×.

Bước 2 — Dây dẫn đỉnh đến đường dẫn RF

Hàn dây dẫn bay ở đỉnh trực tiếp vào đường viền vi sóng 50-Ω. Cắt dây dẫn giữa mối hàn và vòng dây đầu tiên đến ≤0.3 mm. Ở 40 GHz, mỗi 0.5 mm dây dẫn thừa sẽ thêm khoảng 0.3 nH độ tự cảm nối tiếp không mong muốn làm dịch chuyển điểm khớp đầu vào và giảm băng thông hiệu quả. Sử dụng kìm cắt phẳng chính xác dưới kính hiển vi.

Bước 3 — Dây dẫn đế đến nút thiên vị DC

Hàn dây dẫn đế rộng vào miếng đệm đầu vào thiên vị DC. Đặt các tụ điện bypass gốm 100 pF và 10 nF trong vòng 1 mm của miếng đệm này, với tụ điện có giá trị nhỏ hơn gần miếng đệm nhất để có độ tự cảm nối tiếp thấp nhất ở tần số sóng milimet. Có thể đặt tụ điện 1 μF tùy chọn liền kề để tách sóng tần số thấp.

Bước 4 — Ổn định bằng keo epoxy

Áp dụng một chấm keo epoxy không dẫn điện, ít bay hơi (khuyến nghị Epotek H70E hoặc H65) với đường kính ≤0.3 mm vào mặt bên của cuộn dây nơi nó tiếp xúc với đế. Bước này là bắt buộc: nếu không có keo cố định, kích thích âm thanh hoặc cơ học sẽ điều biến khoảng cách giữa các vòng dây ở quy mô micron, tạo ra các dải biên nhiễu pha trên sóng mang RF. Không bọc kín hoàn toàn cuộn dây — lớp điện môi dư thừa sẽ thêm điện dung shunt ký sinh làm suy giảm hiệu suất sóng milimet.

Bước 5 — Hồ sơ nhiệt hàn

Dây 0.05 mm yêu cầu ngân sách nhiệt ngắn hơn so với các loại dây dày hơn:

Nhiệt độ đầu mỏ hàn:

• 280–320°C, mỏ hàn vi điều khiểnThời gian lưu nhiệt:
• ≤2 giây mỗi mối nối (so với 3 giây đối với dây 0.08 mm). Dây dẫn 0.05 mm có diện tích mặt cắt ngang ít hơn khoảng 60% và đạt nhiệt độ hàn nhanh hơn. Gia nhiệt kéo dài sẽ làm mềm đồng kéo đã được xử lý nhiệt, làm mềm cuộn dây thuôn dần chính xác.Tương thích hợp kim:
• SAC305 (không chì), eutectic AuSn (nhiệt độ cao), PbSn (tiêu chuẩn). Cả ba đều hoàn toàn tương thích.Kiểm tra:
• Xác minh độ phủ mối hàn dưới kính hiển vi nổi 20×. Sửa chữa giới hạn trong một chu kỳ nhiệt mỗi mối nối.Chứng nhận độ tin cậy

Chu kỳ nhiệt:

• Không có sự không tương thích CTE — dây đồng là vật liệu cấu trúc duy nhất. Không có giao diện ferrite-đồng hoặc gốm-đồng bị nứt dưới chu kỳ -55°C đến +125°C.Rung động:
• Các cụm được ổn định bằng epoxy vượt qua MIL-STD-202 Phương pháp 204 (rung động) và Phương pháp 213 (sốc cơ học). Khối lượng cuộn dây <5 mg giữ cho cộng hưởng cơ học nằm trên phổ kích thích điển hình.Khả năng chống oxy hóa dây dẫn:Lớp mạ vàng/thiếc bảo vệ dây dẫn đồng trong thời gian lưu trữ định mức 20–25°C ở 40–60% RH trong môi trường phòng sạch.
• Kịch bản ứng dụngThị trường

Ứng dụng

A: Dây 0.05 mm (tiêu chuẩn) cung cấp băng thông tối đa 40 GHz với công suất 200 mA. Tùy chọn tùy chỉnh 0.08 mm giảm DCR quấn để có khả năng dòng điện cao hơn nhưng giảm tần số sử dụng giới hạn do tăng điện dung giữa các vòng dây. Chọn 0.05 mm nếu bias tee của bạn hoạt động trên 20 GHz và dòng điện dưới 200 mA. Chọn tùy chọn 0.08 mm cho các ứng dụng dưới 20 GHz nơi khả năng xử lý dòng điện là ưu tiên.

H: Tại sao HALT68005 yêu cầu thời gian hàn ≤2 giây trong khi các biến thể dây 0.08 mm cho phép 3 giây?
A: Dây 0.05 mm có diện tích mặt cắt ngang ít hơn khoảng 60% so với dây 0.08 mm. Nó đạt nhiệt độ hàn nhanh hơn và có khối lượng nhiệt ít hơn để tản nhiệt. Gia nhiệt kéo dài làm mềm đồng kéo đã được xử lý, làm mềm vĩnh viễn cuộn dây thuôn dần chính xác, điều này có thể làm thay đổi hồ sơ điện dung phân tán và dịch chuyển SRF.

H: Cơ chế lỗi là gì nếu bỏ qua việc ổn định bằng keo epoxy?
A: Nếu không có keo cố định, cuộn dây lõi không khí không được hỗ trợ có thể rung động dưới tác động của âm thanh hoặc cơ học. Rung động ở quy mô micron điều biến khoảng cách giữa các vòng dây, tạo ra các dải biên nhiễu pha trên sóng mang RF. Trong môi trường rung động cao, các dây dẫn không được hỗ trợ có thể bị mỏi tại điểm tập trung ứng suất mối hàn theo thời gian.

H: Mô hình này khác với HALT68005A như thế nào?
A: Cả hai đều có thông số lõi giống hệt nhau (2000 nH, dây 0.05 mm, 10 MHz–40 GHz, 200 mA). HALT68005 cung cấp hướng dẫn cụ thể cho ứng dụng cho các mạng DC injection bias tee sóng milimet: cấu trúc mạch bias tee hoàn chỉnh với giá trị linh kiện, phân tích nhiệt cho hoạt động liên tục 200 mA, quy trình vận hành tiêu chuẩn lắp ráp chi tiết năm bước với tiêu chí kiểm tra quang học và dữ liệu chứng nhận độ tin cậy môi trường. HALT68005A cung cấp tài liệu cuộn cảm hình nón băng thông siêu rộng đa dụng với ma trận so sánh với dòng HALT6005.