您的工作是否涉及有源/無(wú)源微電子電路和設(shè)計(jì)?如果涉及，您可能非常了解高溫會(huì)對(duì)這些器件產(chǎn)生哪些不利影響。高工作溫度會(huì)導(dǎo)致性能下降，服務(wù)壽命縮短。因此，工程師應(yīng)始終考慮熱因素的影響，以消除器件設(shè)計(jì)中的潛在問(wèn)題。

在人們眼中，氮化鎵 (GaN) 仍然是一種相對(duì)較新的半導(dǎo)體技術(shù)。因?yàn)樾阅艹錾?，它被越?lái)越多地用于以前主要采用傳統(tǒng)技術(shù)的市場(chǎng)領(lǐng)域。GaN 超越現(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)領(lǐng)域是熱管理。簡(jiǎn)而言之，GaN 比其他半導(dǎo)體技術(shù)“更能散熱”。

這篇博客文章和視頻名為“了解 GaN 熱分析”，就如何采用 GaN 實(shí)現(xiàn)合理的熱設(shè)計(jì)提供一些實(shí)用技巧。

如何確定 GaN 的可靠性

對(duì)于半導(dǎo)體的可靠性，部分是通過(guò)估算器件的最高信道溫度 (TCH,MAX)，進(jìn)而估算器件的生命周期來(lái)確定的。這些數(shù)值是通過(guò)測(cè)量熱阻、功耗和熱傳遞，并據(jù)此建模來(lái)獲取的。

您將會(huì)了解：

GaN 的可靠性和熱阻

計(jì)算器件的功耗

估算器件的信道溫度和使用壽命

紅外 (IR) 顯微鏡使用廣泛，通過(guò)尋找半導(dǎo)體器件中的熱點(diǎn)來(lái)確定故障位置。但是，空間分辨率限制、反射面成像困難和芯片的表面結(jié)構(gòu)(空氣橋)限制了紅外成像在測(cè)量 GaN 信道溫度時(shí)的作用。此外，即使通過(guò)紅外測(cè)試獲得了完全準(zhǔn)確的數(shù)值，但實(shí)際的最高信道溫度實(shí)際上是器件柵級(jí)下方某個(gè)位置的值。

盡管使用紅外技術(shù)存在局限性，它仍然是測(cè)量器件溫度的常用技術(shù)。Qorvo 除了紅外成像外，還采取了幾個(gè)額外的步驟來(lái)準(zhǔn)確確定 GaN TCH,MAX。我們將 3D 熱模型(也稱為有限元分析 (FEA))技術(shù)與顯微拉曼熱成像技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用，然后將得出的結(jié)果與 RF 測(cè)試和紅外成像結(jié)果比較。采用這個(gè)組合數(shù)據(jù)集，我們?yōu)榉庋b器件開(kāi)發(fā)了一個(gè) FEA 模型，以提供準(zhǔn)確的 TCH,MAX 值。

確定器件的最大 TCH 和 FEA 可靠性估值的兩個(gè)主要步驟

(1) 找到器件的紅外表面 TCH

首先，必須確定器件的基本溫度。

無(wú)論該器件是裸片形式或封裝形式，基本溫度的測(cè)量方式都相同，一般是使用熱電偶測(cè)量。

一旦基本溫度確定，下一步就是計(jì)算功耗。

使用 Qorvo 的在線 PAE/Pdiss/Tj 計(jì)算器，幫助確定您的器件功耗。

您也可以使用這個(gè)計(jì)算器來(lái)確定最高信道溫度。

(2) 確定 FEA 器件的平均無(wú)故障時(shí)間

如之前所述，GaN 器件的實(shí)際最大 TCH 通常是器件柵級(jí)下方表面下的溫度，具體請(qǐng)參見(jiàn) GaN 器件信道溫度、熱阻和可靠性估值。

在已知紅外表面溫度值的情況下，您可以使用 FEA 模型溫度估值與紅外估值圖表(如下所示)來(lái)確定 FEA 模型的 TCH 和 GaN 器件生命周期估值。

然后使用 FEA 模型的 TCH 值和 Qorvo GaN 器件的可靠性圖表來(lái)確定生命周期預(yù)測(cè)。

我們建議您觀看視頻教程短片“了解 GaN 熱分析”，查看應(yīng)用筆記 GaN 器件信道溫度、熱阻和可靠性估值，以便更詳細(xì)地了解這個(gè)主題。

審核編輯：湯梓紅