高性能系统的氮化镓热分析

       图4展示了胶层厚度、体导热率和总芯片贴装热阻之间的关系。

       图5展示了精确芯片贴装性能数据的重要性。图中，GaN功率放大器芯片采用典型QFN封装建模。最大沟道温度针对芯片贴装热阻抗(RD/A")进行绘制。

       随着RD/A"接近零（即芯片贴装性能提升），最高沟道温度(TCH)下降，接近芯片和QFN基板的传导热阻所确定的限值。左侧垂直虚线表示完全由测得的胶层厚度(L)和供应商提供的体热导率数值(k)计算得到的RD/A"。右侧垂直虚线表示实验室测得的RD/A"。

       就该特定芯片/封装组合而言，不考虑界面阻抗时，TCH低估了40℃。

       本模型的芯片工作时PDISS = 23 W。如果计算得到总封装热阻Rθ，则忽略界面阻抗时得到的错误值为：
Rθ= (TCH–TBASE)/ PDISS= (180℃-100℃)/23W=3.5℃/W
而实际封装热阻可更为精确地表示为：
Rθ= (TCH-TBASE)/ PDISS=(220℃-100℃)/23W =5.2℃/W

4 Qorvo公司改进型封装选项

        Qorvo公司在满足全球GaN技术要求方面处于业界领先地位，制定了丰富完善的研发计划，并发布了大量基于GaN标准的产品。随着GaN技术的发展及其功率潜能逐渐为人所实现，现有的半导体封装技术已经难以有效支持高功率GaN产品。在此背景下，Qorvo公司开发了改进型封装选项，为不断扩展的军事和商业GaN应用提供完整的产品解决方案。Qorvo公司用于高性能系统的最新GaN封装选项有铜基GaN和塑封GaN，它们呈现于2014年发布的大量产品之中。

4.1 铜基GaN

        铜封装可实现高可靠性、高功率、大芯片尺寸，目前此类需求正不断增加。Qorvo公司开发了包含引脚的铜法兰封装（通常称为模块）可处理极高功率，同时可轻松调节以便满足小尺寸、大尺寸、多芯片和元器件的要求。铜法兰相对于低CTE工业标准（比如CuW和CuMo）的热性能非常出色，同时可增加系统级可靠性，允许焊接至高CTE散热片。

4.2 塑封GaN

       Qorvo公司还提供塑封GaN选项——空腔塑封或超模压塑封。这些封装尺寸极小、成本极低，但依然具有良好的功率容量。塑料封装的CTE与PCB匹配，因此具有极佳的系统级可靠性。小封装尺寸和出色的射频性能使其成为昂贵的法兰或金属背板模块元器件的绝佳替代产品。

5 总结

        总而言之，包括微区拉曼和电气测量在内的组合式热测量法精度极高，且应当与热仿真一同使用，以获得有关GaN器件热性能的精确信息。使用这种综合方法可实现紧密联系的MTTF曲线和产品级热仿真。

        其他重要的考虑因素有：针对高性能系统的高级封装选项、环氧树脂相比焊接时的接触电阻考虑，以及影响器件工作温度的芯片贴装性能。