高性能系統(tǒng)的氮化鎵熱分析

　　圖4展示了膠層厚度、體導(dǎo)熱率和總芯片貼裝熱阻之間的關(guān)系。

　　圖5展示了精確芯片貼裝性能數(shù)據(jù)的重要性。圖中，GaN功率放大器芯片采用典型QFN封裝建模。最大溝道溫度針對芯片貼裝熱阻抗(R_D/A”)進行繪制。

　　隨著R_D/A”接近于零(即芯片貼裝性能提升)，最高溝道溫度(T_CH)下降，接近芯片和QFN基板的傳導(dǎo)熱阻所確定的限值。左側(cè)垂直虛線表示完全由測得的膠層厚度(L)和供應(yīng)商提供的體熱導(dǎo)率數(shù)值(k)計算得到的R_D/A”。右側(cè)垂直虛線表示實驗室測得的R_D/A”。

　　就該特定芯片/封裝組合而言，不考慮界面阻抗時，T_CH低估了40℃。

　　本模型的芯片工作時PDISS = 23 W。如果計算得到總封裝熱阻Rθ，則忽略界面阻抗時得到的錯誤值為：

　　R_θ= (T_CH–T_BASE)/ P_DISS= (180℃-100℃)/23W=3.5℃/W

　　而實際封裝熱阻可更為精確地表示為：

　　R_θ= (T_CH-T_BASE)/ P_DISS=(220℃-100℃)/23W =5.2℃/W

4 Qorvo公司改進型封裝選項

　　Qorvo公司在滿足全球GaN技術(shù)要求方面處于業(yè)界領(lǐng)先地位，制定了豐富完善的研發(fā)計劃，并發(fā)布了大量基于GaN標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。隨著GaN技術(shù)的發(fā)展及其功率潛能逐漸為人所實現(xiàn)，現(xiàn)有的半導(dǎo)體封裝技術(shù)已經(jīng)難以有效支持高功率GaN產(chǎn)品。在此背景下，Qorvo公司開發(fā)了改進型封裝選項，為不斷擴展的軍事和商業(yè)GaN應(yīng)用提供完整的產(chǎn)品解決方案。Qorvo公司用于高性能系統(tǒng)的最新GaN封裝選項有銅基GaN和塑封GaN，它們呈現(xiàn)于2014年發(fā)布的大量產(chǎn)品之中。

4.1 銅基GaN

　　銅封裝可實現(xiàn)高可靠性、高功率、大芯片尺寸，目前此類需求正不斷增加。Qorvo公司開發(fā)了包含引腳的銅法蘭封裝(通常稱為模塊)可處理極高功率，同時可輕松調(diào)節(jié)以滿足小尺寸、大尺寸、多芯片和元器件的要求。銅法蘭相對于低CTE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(比如CuW和CuMo)的熱性能非常出色，同時可增加系統(tǒng)級可靠性，允許焊接至高CTE散熱片。

4.2 塑封GaN

　　Qorvo公司還提供塑封GaN選項——空腔塑封或超模壓塑封。這些封裝尺寸小、成本低，但依然具有良好的功率容量。塑料封裝的CTE與PCB匹配，因此具有很好的系統(tǒng)級可靠性。小封裝尺寸和出色的射頻性能使其成為昂貴的法蘭或金屬背板模塊元器件的絕佳替代產(chǎn)品。

5 總結(jié)

　　總而言之，包括微區(qū)拉曼和電氣測量在內(nèi)的組合式熱測量法精度高，且應(yīng)當(dāng)與熱仿真一同使用，以獲得有關(guān)GaN器件熱性能的精確信息。使用這種綜合方法可實現(xiàn)緊密聯(lián)系的MTTF曲線和產(chǎn)品級熱仿真。

　　其他重要的考慮因素有：針對高性能系統(tǒng)的高級封裝選項、環(huán)氧樹脂相比焊接時的接觸電阻，以及影響器件工作溫度的芯片貼裝性能。

參考文獻：

　　[1]N. Killat and M. Kuball, University of Bristol, H.H. Wills Physics Laboratory; T.-M. Chou, U. Chowdhury, and J. Jimenez, Qorvo, Inc. Temperature Assessment of AlGaN/GaN HEMTs:A Comparative study by Raman, Electrical and IR Thermography

　　[2]J. Pomeroy, M. Bernardoni, M. Kuball, H.H. Wills Physics Laboratory, University of Bristol; D.C. Dumka, D.M. Fanning, Qorvo, Inc. Low Thermal Resistance GaN-on-Diamond Transistors Characterized by 3-D Raman Thermography Mapping

　　[3]S. Kiefer, M. Nair, P. Sanders, J. Steele, M. Sutton, R. Thoma, S. Wilson, Motorola Digital DNA Laboratories; G. Albright, C. Li, J. McDonald, Quantum Focus Inc. Infrared Microthermography for Integrated Circuit Fault Location; Sensitivity and Limitations

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第1期第18頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。